Partea I . CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA [611675]

1

CUPRINS

Partea I . CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA
1. Stadiul actual privind propulsiile hibride existente pe aeronave. ……… …..
2. Regulamentele impuse ……………………………………………………………………
3. Design conceptual . Stabilirea soluției constructive……. ………………………
3.1.Scop ………………………………………………………………………………………..
3.2.Stabilirea solu ției constructive ……………………………………………………
3.2.1. Alegerea și amplasarea motorului electric …………………………
3.2.2. Alegerea cuplajului ………………………………………………………..
3.2.3. Alegerea flanșelor și suportului……………………………………….
4. Prototipare virtuală. Modelare 3D……………. ……………………………………..
4.1.Modelare motor electric și cuplaj unisens…………….. …………………….
4.2.Proiectare flanșe… …………………………………………………………………….
4.3.Proiectare suport………………………. ……………………………
4.4.Propulsia finală………………………… ……………………………
5. Centrajul aeronavei ………………………………………………………………….. ……
5.1.Centrele de masă ale componentelor…………………………………………..
5.2.Centrul de masă al propulsiei electrice………………………………………..
5.3.Centrajul avionului pentru ambele configurații…………………………. …
6. Analiză cu metoda elementelor finite a componentelor ………………… ……
6.1.Calculul forțelor……………………………………………………………………. …
6.2.Analiza suportului propulsiei electrice…………………………… ……….. …
6.3.Analiza flanselor …………………………..
7. Analiz a CFD a ansamblului.. ……………………………………………………….. …

Partea a II -a. ASPECTE TEHNOLOGICE
1. Procesele tehnologice de realizare a componentelor.. ……………………… …
1.1.Flanșe ……………… ……………………………… ……………………………………..
1.2.Suportul motorului electric………………………………………………………..
2. Asamblarea propulsiei hibride pe aeronavă…… ……….. …………… …………..
3. Verificarea șuruburilor și rulmenților ………
4. Observații constructive…………..

2
3
7
8
8
8
9
14

18
18
25

27
30
33
35
39
39
39
43

56

59
60
60

62

2

PARTEA I
CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA

3

1. Stadiul actual

1.1. Studiul introductiv

Propulsia hibridă este acea propulsie alcătuită dintr -o combinație de două sau mai multe
motoare. Cea mai utilizată combinație este cea dintre un motor termic și unul electric. Propulsia
hibridă este folosită la locomotive și de asemenea este larg răspândită la multe dintre
automobilele de ultimă generație.
În cazul aeronavelor , tot mai multe companii î ncearcă proiectarea de aeronave cu
propulsie electrică sau hibridă. În cele ce urmează sunt prezentate toat e aeronavele cu pro pulsie
hibridă apărute pe piață până acum, acestea fiind urmă toarele:

Pipistrel Hypstair
Pipistrel este o companie din Slovenia producătoare de avioane ultraușoare, având o
gamă de 10 modele de aeronave printre care și modele cu motoare electrice și unul hibrid.
Propulsia hibridă Hypstair dezvoltată de către companie și-a facut apariția î n anul 2016 și
dezvoltă o putere de 200 kW, fiind astfel cea mai puternică propulsie hibridă aparută în domeniul
aeronautic în acel an . Sistemul hibrid este unul combinat, astfel că acesta poate funcționa doar cu
motorul electric alimentat de baterii, și cu motorul termic cu rol de generare de energie electrică.
Cu alte cuvinte motorul termic nu angrenează elicea avionului, neproducând astfel tracțiune,
folosindu -se în schi mb motorul electric. Propulsia folosește o putere de aproximativ 200 kW la
zborul în urcare și 150 kW pentru zborul de croazieră.

4
Fig. 1.1. Propulsia Hypstair pe o aeronava Pipistrel

Siemens DA36 E -Star
Apărut pentru prima dată în public la un spectaco l aviatic din Paris , avionul produs de
Siemens în colaborare cu EADS și Diamond Aircraft funcționează pe aceleași principii precum
Pipistrel Hypstair. Motorul electric fiind cel care antrenează elicea, motorul termic pe benzină
este pus în funcțiune doar c ând bateriile se golesc, generând astfel curent electric printr -un
generator. Scopul producătorilor este de a scădea consumul de combustibil și de a maximiza
eficiența sistemului. Totodată, este redus și nivelul de zgomot.
Motorul electric de zvoltă 94 cai putere (70 kW) folosindu -se de baterii la decolare si
urcare, după care este alimentat de motorul rotativ Yankel de 40 cai putere la zborul de
croazieră.
Bateriile sunt ampl asate în aripi iar datorită gre utății lor, capacitatea de încărcare a
avionului est e limitată.

Fig. 1.2. Motorul hibrid al avionului DA36 E -Star

HYSKY 60
Compania Ashot Ashkelon din Israel împreună cu companiile italiene „Efesto” și
„C.F.M. Air” au pus bazele unui nou sistem de propulsie hibridă denumit HYSKY 60, un sistem
sub forma unui kit ce se adaptează pe motoarele Rotax 912 și 914. Kitul format dintr -un motor

5
electric , o cutie de transmisie cu ambreiaj cu arbore propriu pentru elice și sistemele electrice ca
baterii, are rolul de a conferii un sistem de rezervă, sau un plus de p utere in zborul cu aeronava.
Sistemul se montează pe motoarele Rotax cu cutia de transmisie și apoi motorul electric pe care
va fi montată elicea la final, astfel că motorul Rotax și cel electric se folosesc de același arbore
de transmisie ce trece prin cu tia de transmisie. Echipamentul are mai multe moduri de lucru
acestea fiind: antrenarea elicei de c ătre fiecare motor în parte sau antrenarea ambelor motoare
(electric și termic), folosirea motorului electric ca starter, ca încărcător pentru baterii și pen tru
producerea de tracțiune inversă prin învârtirea elicei în sens opus . Sistemul funcționează și ca
sistem de siguranță, bateriile furnizând energie timp de aproximativ 6 minute în cazul opririi
motorului Rotax, asigurând un zbor de până la 20 km . Ansambl ul are o greutate de 30 kg fără
baterii. Motorul electric și cutia de transmisie necesită suporți speciali pentru montarea pe
structura motorului Rotax.

Fig. 3.3. Motorul Rotax cu sistemul de propulsie hibrid HYSKY 60

Flight Design
Compania germană Fl ight Design a dezvoltat, precum modelul anterior, un sistem de
propulsie hibridă de asistență. Scopul propulsiei este de a suplimenta motoarele Rotax 914 cu
încă 40 cai putere în orice fază a zborului, să ajute pornirea și sa lungească distanța de planare în
cazul opririi motorului Rotax. De asemenea motorul electric poate încărca bateriile în timpul
unei coborâri. Construcția sistemului este una simplă, motorul electric fiind montat pe structura
motorului Rotax, transmisia către elice realizându -se printr -o curea, metodă care nu va solicita

6
arborele de transmisie . Compania pretinde consum de combustibil și emisii de gaze scăzute, si o
eficiență a motorului electric de 95% la 7000 rotații pe minut. Sistemul a ramas in faza de
concept/prototip.

Fig. 1.4. P rototip propulsie hibridă a Flight Design

7

2. Regulamente impuse

Regulamentele care fac referire la sistemele de propulsie și caracteristicile constructive
ale aeronavelor hibride și deasemenea celor electrice, încă nu există, tehnologia pentru astfe l de
aeronave și propulsii fiind încă în dezvoltare.
Majoritatea propulsiilor hibride apărute sunt la stadiul de prototip sau în curs de
certificare. Certificări nu există și nu se cunoaște dacă sunt pe cale să apară.
Singurele certificări în domeniu de spre care se cunoaște situație sunt cele pentru aeronave
electrice. Cum piața aeronavelor cu propulsie strict electrică este în dezvoltare rapidă, se încearcă
certificarea acestora. Avioanele în cauză sunt majoritatea prototipuri. Totuși, pe lângă acestea
există deja câteva modele electrice care și -au făcut loc pe piață. Pentru aceste aeronave nu se
cunoaște încă stadiul certficărilor.
Certificările apărute deja fac parte doar din categoria echipamentelor și aparatelor
electrice folosite în domeniul aviați ei. Acestea fac referire la cele echipamentele precum aparate
de bord, aparate electrice, etc. care sunt folosite în toată industria aeronautică. Echipamentele
care au legătura strict și cu domeniul propulsiilor hibride și electrice sunt bateriile, cabluri le
folosite, diverse aparate, etc. În urmatoarea parte există detalii pentru astfel de echipamente.
Agenția europeană pentru siguranța aviației EASA a dezvăluit informații despre viitoare
planuri pentru certificarea aeronavelor electrice. Până acum aceșt ia au publicat documentul nr.
SC-LSA-F2480 -01 în data de 29 martie 2017 cu privire la Condițiile speciale pentru bateriile cu
litiu ale propulsiei LSA.
Condițiile speciale pentru baterii prezintă următoarele cerințe care trebuie respectate:
– Fiecare bateri e trebuie să fie în așa fel construită astfel încât să permită o circulație a cât
de multă energie electr ică este necesară pentru consum .
– Se poate considera folosirea motorului ca generator pentru încărcarea bateriilor pentru
zborul în coborâre .
– Temperatur a si presiunea bateriilor trebuie menținute în limite normale în orice condiții
de zbor (încărcare, decărcare, zbor sau taxi) .
– Designul bateriei și instalația trebuie să fie capabilă să susțină creșterile necontrolabile de
temperatură și presiune .
– Caracter isticile bateriei și avarii le acesteia precum dereglajul termic, umflarea, explozia
sau emisiile toxice trebuie să fie identificabile .
– Celulele bateriei și restul componentelor trebuie proiectate, asamblate și instalate astfel
încât s a minimizeze efectele avariilor.

8
– Instalațiile bateriilor litiu trebuie să aibă sisteme de control a ratei de încărcare automate
pentru a prevenii supraîncărcarea și supraîncălzirea .
– O protecție împotriva supraîncărcării și descărcării critice trebuie să fie furnizată .
– O cantita te de energie utilizabilă trebuie să fie stabilită. Unele design -uri previn folosirea
întregii cantități de energie în scopul protejării bateriei, iar alte design -uri permit folosirea
întregii cantități pentru situații de urgență.
– Bateriile trebuie montate în așa fel încât să nu dăuneze sau să ranească ocupanții. Vaporii
sau lichidele scurse nu trebuie să ajungă la aceștia .
– Trebuie prevăzută proiectarea de precauții pentru baterii și instalație împotriva
contactului dintre componente, suporți sau structura înconjurătoare.
– Cablurile electrice trebuie montate în așa fel încât influențele electromagnetice sau
reciproce să nu pericliteze condițiile de siguranță .
– Design -ul și instalația bateriilor și conductorilor, incluzând traseele și conectorii, trebuie
să min imizeze riscul de scurt circuit sau electroșoc în sistemele de înaltă tensiune (high
voltage) .
– Sustenabilitatea și fiabilitatea bateriilor trebuie demonstrată bazând u-se pe experiență și
teste sau pe un plan acceptat de EASA. Bateriile și celulele bateriil or trebuie calificate
conform standardelor acceptate (ex: RTCA/DO 311) sau bazate pe un plan acceptat de
EASA.
– Mentenanța trebuie să conțină proceduri pentru depozitarea corectă și managementul
bateriilor de propulsie în locurile de depozitare, să prevină înlocuirea bateriilor cu cele
degradate, care au capacitatea de reținere a cantității de energie degradată, sau care au
alte defecte cauzate de depozitări îndelungate la nivele slabe de încărcare.

9

3. Design conceptual

3.1. Scop

Prezentul proiect face ref erire la proiectarea unui sistem de propulsie hibridă, adică un
ansamblu de 2 motoare montate pe aceiași aeronavă. Aeronavele ușoare în funcțiune în perioada
actuală sunt propulsate de un motor termic cu piston alimentat de combustibili fosili.
Sistemul h ibrid astfel propus se proiectează doar pentru aeronavele ultraușoare care sunt
propulsate de un motor termic cu piston și are rol de modificare și îmbunătățire a sistemelor de
propulsie actuale existente. Aceasta constă în adă ugarea unei surse de propulsi e alta față de
motorul termic deja existent pe aeronavă, adică un motor electric.
Astfel, propulsia hibridă rezultată va fi formată din 2 parți:
a. Propulsia cu motor termic deja existent pe aeronavă (ex: Rotax) .
b. Propulsia suplimentară cu motor electric și c omponentele aferente.

Scopurile sistemului hibrid:
– trecerea pe combustibili ecologici și regenerabili a aeronavelor , fără modificarea
structurală sau înlocuirea acestora
– scăderea consumului de combustibil și a poluării
– crearea unui surplus de putere tran smis către elicea avionului
– existența unei propulsii îmbunătă țite cu tehnologie de generație nouă pentru avioanele
vechi sau care nu pot fi modificate.
– asigurarea unei autonomii mai mari de zbor
– asigurarea unei propulsii alternative în cazurile de urgență cauzate de defecț iunile apărute
la motorul termic.

3.2. Stabilirea soluției constructive

Sistemul hibrid se bazează pe montarea unui motor electric de putere mare în zona
motorului termic astfel încât mișcarea de rotație produsă de acesta să fie transmisă l a elice tot
odată cu cea a motorului termic .
În prezentul proiect sistemul hibrid a fost ales a se monta pe motoarele cu piston Rotax,
modelele 912, 912iS și 914. Aceste 3 tipuri de modele sunt asemănătoare constructiv, cu același

10
suport de montare pe str uctura aeronavelor. De altfel aceste modele de motor sunt printre cele
mai folosite pentru aeronavele ușoare și ultraușoare.
Montarea motorului electric va trebui să se facă cât mai simplu constructiv, fără a
modifica pă rți ale motorului termic sau ale ae ronavei în dezvoltare.

Despre propulsia hibridă
În esență, orice automo bil care are două surse de putere, spre exemplu una termică și una
electrică, se califică pentru adjectivul de „hibrid”, luând exemplu numeroasele modele de
automobile hibride existe nte deja.
Sistemele hibride sunt clasificate în 3 categorii după structura asamblării:
– Hibrid paralel
În acest tip de sistem, motorul termic si cel electr ic sunt amplasate și transmit mișcarea de rotație
prin același ax, motorul electric deobicei doar aju tând motorul termic.
– Hibrid serie
Cel mai vechi tip de vehicul cu propulsie hibridă serie este locomotiva diesel -electrică. Aici nu
există baterie, sistemul f iind compus dintr -un generator ș i mai multe motoare electrice care
propulsează locomotiva.
– Hibrid serie -paralel
Acest tip de propulsie hibrid ă este cel mai răspândit pentru autovehiculele actuale. Acesta
funționează atât serie cât și paralel, folosind motorul electric, motorul termic sau o combinație
între acestea. Față de cel paralel, la acesta, motor ul el ectric poate propulsa independent
vehiculul.

 În acest proiect propulsia se va fi una de tip serie -paralel, deoarece se adaugă motorului
termic Rotax , acesta propulsând în continuare aeronava și totodată se va încerca
propulsarea doar cu motorul elect ric, cel termic fiind oprit.
Odată ales tip ul de propulsie, se va trece la alegerea motorului electric și se va creea o
modalitate de asamblarea a acestuia pe aeronavă .

3.2.1. Alegerea și amplasarea motorului electric

Componenta principală a propulsiei electri ce este, desigur, motorul electric. Amplasarea
se va alege tot la acest subpunct deoarece depinde foarte mult de tipul motorului electric .
Piața motoarelor electrice este una foarte vastă, astfel că există numeroase forme și tipuri
de motoare. Acestea sun t formate din 2 p ărți principale: statorul și rotorul, adică partea m otorului

11
care stă fixă pe montaj , respectiv partea care se rotește. Una din părți va fi compus ă din m ultiple
bobine care vor creea câ mpul magnetic alimentate de un curent electric continu u (CC) sau
alternativ (CA) , iar cealaltă dintr -un grup de magneți.
De aici rezultă 2 categorii de motoare electrice
– Motoare brushed (cu perii): acestea au bobinele amplasate pe rotor, pentru aceasta se
folosesc perii colectoare sub forma unor lamele metal ice care transfera curentul electric
de la cablurile aflate pe stator. Acestea sunt primele tipuri de motoare electrice apărute,
cu o eficiență între 70% – 80%, având un randament scăzut datorită pierderii de energie
prin frecarea periilor și prin necesita tea schimbării acestora în timp (fig. 3.1 stânga).
– Motoare brushless (fără perii): bobinele acestor motoare se află de data asta pe stator care
este alimentat cu energie electrică prin cabluri. Pe rotor se află doar magneții, deci fără
necesitatea folosiri i periilor colectoare, cele 2 componente se asamblează doar cu ajutorul
rulmenților. Acest ea necesită în schimb un control ler pentru controlul fazelor. A u un
randament mai bu n și dezvoltă un cuplu mai mare, având o eficiență de 80% – 90% (fig.
3.1 dreapta) .
Motorul a les va fi unul de tip brushless (fără perii), având o eficiență mai mare, iar datorită
faptului că sunt necesare baterii pentru funcționarea acestuia, va fi alimentat în curent continuu
(fig. 3.1 dreapta) .

Fig. 3.1. Motor electric cu perii și fără perii

În continuare se va discuta despre posibilitățiile de montare a motorului e lectric în zona
motorului Rotax. Acest lucru este influențat de încă un tip de clasificare a motoarelor electrice :
motoare inrunner ș i outrunner. După cum spune și num ele, motoarele inrunner sun t cele la care
rotorul se afla î n interior înconjurat de stator (fig. 3.2 stânga) ; iar la cele outrunner rotorul este pe
exterior adică exteriorul se rotește (fig. 3.2 dreapta).

12
De menționat este faptul că motoarele electrice ou trunner sunt doar brushless (fără perii).

Fig. 3.2 . Motor electric inrunner și outrunner

Montarea motorului electric va trebui să se facă cât mai simplu constructiv, fără a
modifica părți ale motorului termic sau ale aeronave i în dezvoltare.
Pozițio narea motorului electric se poate face în fața motorului Rotax pe arbore le de
transmisie către elice , sau lângă arborele de transmisie.
La montarea lângă arbore , motorul electric este unul de tip inrunner și este necesară o
curea de transmisie ca în cazu l motorului de la Flight Design. D ar acest lucru nu este posibil
deoarece singurele locuri unde se poate monta motorul electric sunt rezervate pentru montarea
pompei de combustibil auxiliare , al unui generator suplimentar , sau a senzorului guvernorului de
pas al elicei ( pentru elicile cu pas variabil) (fig. 3.3). Pe lângă acestea se mai adaugă faptul că
locul este prea mic și este necesară modificarea extremă a capotajului, lucru neacceptat.

13

Fig. 3.3. Motorul Rotax 912 cu echipamente adiționale

Singura posibilitate de poziționare a motorului electric va fi aș adar, în faț a motorului
Rotax pe flanșa unde se montează elicea, amândouă motoarele folosind același arbore de
transmisie a mișcării de rotație.
După cum este explicat anterior, tipul motorului electric este influențat de poziționarea
acestuia. În acest c az, poziționarea pe flanșa motorului Rotax a unui motor electric de tip
outrunner nu este posibilă. Rotația atât a rotorului cât și a statorului împreună cu arborele nu ar
permite conectarea prin cabluri , necesare alime ntării cu energie electrică. Un alt f actor care ne
interzice folosirea unui motor outrunner este următorul: în cazul folosirii motorului termic,
motorul electric va trebui „blocat” pentru transmiterea completă a mom entului de rotație către
elice, iar dacă la acesta apar defecte, transmisia și implicit siguranța sunt periclitate.
Din motive de siguranță, transmiterea mișcării de rotație către elice trebuie să se realizeze
printr -un singur arbore, fără întrerupere, de la motorul termic până la elice. Montarea de cuplaje
sau de îmbinări este per misă precum în cazul folosirii de flanșe prelungitoare pentru elice.

 În concluzie la această analiză, rezultă că motorul electric folosit va fi unul de tip
inrunner, fără perii, alimentat la curent continuu . Amplasarea lui se va face în fața
motorului Rot ax între flanșa acestuia și elice.

Piața motoarelor electrice este una vastă, cu numeroși producători și diverse modele la
dimensiuni diferite. Caracteristica principală de alegere a unui motor electric este puterea
acestuia î n kW (kilowați), după care f orma constructivă, dimensiuni sau tensiunea de alimentare.

14
Majoritatea producătorilor pot realiza motoarele electrice după puterea dezvoltată, turație,
tensiune ș i curentul de alimentare care se doresc, totul realizându -se pe baza unor calcule de
electrote hnică, astfel că se pot produce motoare la comandă , dupa cerințele clientului.
Puterea dezvoltată de motorul Rotax 912 UL/A/F pentru aeronavele ultraușoare este de
80 cai putere adică 59,6 kW ș i un cuplu de 103 Nm la o turați e maximă de 5800 rot/min.

Având in vedere aceste specificații și faptul că se dorește propu lsarea aeronavei î n zborul
orizontal de croazieră cu motorul electric, atunci, acesta va trebui să asigure specific ațiile
minime necesare. Pe piață există diferite motoare de putere cu valori d e pană la 100 kW .

Fig. 3.4. Modele de motoare electrice de putere

Pentru sistemul hibrid s -a ales motorul electric MP154120 de 70 kW de la Mobilemms.
Firma producătoare mai vine și cu o variantă mai mică de 50 kW și este dispusă s ă creeze
motoare nec esare cerințelor clienților. Astfel, producătorul a realizat un motor inrunner special
creat pentru acest scop. Motorul dezvoltă un cuplu de 99 Nm și are 7,8 kg. Acesta este
recomandat de firmă pentru utilizare pe modele la scară reală de avioane sau autom obile. Turația
motorului este influențată de voltajul cu care este alimentat. Deoarece spectrul de turație va fi

15
între 0 – 6000 rot/min, pentru acest tip de motor, tensiunea de alimentare necesară va fi de 0 –
110 V. Mai multe detalii sunt calculate la par tea a doua a proiectului.

Fig. 3.5. Motorul electric MP154120 folosit pentru propulsia hibridă

Fig. 3.6. Desenul tehnic cu cotele motorului electric

3.2.2. Alegerea cuplajului

A doua componentă a propulsiei electrice o reprezintă cuplajul, care este indi spensabil.
Rolul principal al cuplajului este de a întrerupe transmisia atunci când propulsia este realizată
doar de motorul electric. În acel mo ment motorul termic va fi oprit, iar rotirea arborelui acestuia
de către motorul electric este interzisă deoare ce va cauza defecțiuni grave și distrugeri interne ale
motor ului termic. C uplajul se va amplasa între motorul termic și cel electric.
Există 2 tipuri de cuplaj disponibile pentru montaj:
– Cuplaj intermitent
– Cuplaj unisens (fig. 3.7)

16
Cuplajul intermitent p oate fi comutat mecanic, electromecanic sau electromagnetic pentru
a transmite sau întrerupe mișcarea de rotație. Astfel de cuplaje nu vor fi folosite la sistemul
hibrid deoarece vor fi necesare echipamente și cabluri suplimentare; iar din motive de sigura nță,
există posibilitatea defecțiunii sistemului de comutare, care ar lăsa cuplajul cuplat/decuplat
nedorit.
Cuplajul unisens , denumit și ca ambreiaj Renold Trapped sau ambreiaj cu roată liberă
(din engleză: freewheel cluch), este o construcție simplă, fo losită la multe ansamble mecanice
(ex: cuplajul unisens din caseta pinioanelor bicicletei). Cuplajul , asemănător rulmentului, constă
în 2 corpuri de rotație (inele) între care există corpuri de rostogolire (bile sau role de rulmenți),
care la rotirea într -o direcție anume vor fi strânse între pereții inelel or, creând frecare mare ș i
blocînd cuplajul. Cuplajele de acest gen funcționează la turații mari și pot tra nsmite valori mari
ale cuplului, iar datorită principiului de funcționare simplu , rata defecțiuni lor este foarte mică
Vederea cu secțiunea cuplajului este reprezentată in figura 3.7.

Fig. 3.7. Tipuri și funcționarea cuplajului unisens

În timpul zborului cu motor termic, cuplajul va fi blocat și va transmite mișcarea de
rotație prin motorul electr ic pâ nă la elice înspre dreapta . Dacă motorul termic se va opri, atunci
cel electric va fi cel care va transmite mișcarea de rotație în continuare , dar datorită cuplajul ui
transmisia va fi întreruptă ș i nu se va transmite către motul termic deoarece viteza de rotație a
motorului electric va fi mai mare și cuplajul se va debloca. Detaliile referitoare la mișcarea
cinematică vor fi prezente la ultimul punct al părții a doua: Aspecte constructive.
Ca și în cazul motoarelor electrice, piața cuplajelor este foa rte dezvoltată, fiind prezente
cuplaje de mai multe forme constructive. Deasemenea , producătorii pot realiza la comandă
diverse cuplaje după cerințele clienților. La fel și la această propulsie hibridă este necesară
creearea de către producător a unui cupl aj unisens care se poate monta direct pe flanșa motorului
Rotax.

17
 Astfel s -a adoptat dime nsional un cuplaj iar una din pă rțiile de montare s -a reproiectat ș i
construit astfel încât diametrul butucului, distanțele dintre găuri și diametrul acestora sunt
în funcție de flanșa motorului Rotax. Restul cuplajului a rămas neschimbat.
Dimensiunile flanșei motorului Rotax sunt prezente in figura 3.8 cu cele 3 tipuri de găuri de
montaj , dispuse egal câte 6 de fiecare tip.

Fig. 3.8. Dimensiunile flanșei motorului R otax 912

Cuplajul unisens ales este modelul GFRN F5F6 cu flanșă (fig. 3.9) produs de firma
„SUMA” la un preț de aproximativ 400 euro și are 7,8 kg. D imensiunile complete se găsesc în
anexa nr. 4.

Fig. 3.9. Cuplajul unisens GFRN

18
3.2.3. Alegerea flanșelor și suportului

Montarea sub actuala formă nu va fi posibilă. Cuplajul trebuie montat pe flanșa motorului
Rotax, motorul electric pe cuplaj și elicea pe motorul electric. Posibilă va fi doar montarea
cuplajului pe flanșa motorului Rotax deoarece cuplajul a fo st realizat la comandă pentru a se
putea monta special pe motorul Rotax și pentru a se micșora numărul de îmbinări.
Pentru montarea elicei pe motorul electric va fi necesară o flanșă precum cele de
prelungire folosite deja pentru montarea elicei pe motoru l Rotax. Diferit va fi doar dimensiuniile
unui capăt al acestei flanșe .
Asamblarea dintre motorul electric și cuplaj se va realiza cu o altă flanșă. Datorită formei
cuplajului și pentru avitarea lungimii prea mari a ansamblului, flanșa va fi de forma unui disc,
care se va monta prima dată pe motor și apoi pe cuplaj acoperind șuruburile motorului electric.
Astefel că s -au realizat 2 flanșe de legătură numite flanșă față și flanșă spate.
Schița ansamblului cu aceste elemente este reprezentată în următoarea figură. Flanșele
sunt colorate cu gri deschis, iar cu gri închis sunt colorate elicea, motorul electric respectiv
cuplajul. Dungile roșii reprezintă șuruburile de prindere.

Fig. 3.10. Schemă simplă a ansamblului

Acest ansamblu reprezintă propulsia el ectrică. Findcă motorul electric este de tip
inrunner, adică rotorul se roteste, partea exterioară a acestuia va trebui fixată împotriva rotirii.
Pentru aceasta și pentru legătura cu cablurile electrice va fi nevoie de un suport. Suportul poate fi
prins do ar de blocul motor al motorului Rotax. Locul unde suportul se poate monta pe motorul
Rotax es te în partea de jos a acestuia.

19
Motorul Rotax se poate monta pe 2 tipuri de suporți, unul de tip inelar, care se va folosi la
analiza FEM și unul de tiv tavă car e are prinderile pe burta motorului. În cazul nostru, suportul
pentru propulsia electrică se va prinde cu șuruburi de găurile de pe burta motorului Rotax
marcate cu cerc în figura 3.11.

Fig. 3.11. Motorul Rotax montat pe suport inelar și găurile de mont aj

În figura 3.12. este schițat suportul format din 2 țevi care pleacă de la locul de montare pe
motorul Rotax până la motorul electric. Montarea pe motorul Rotax se va realiza cu ajutorul unor
urechi cu gaură sudate pe capătul țevilor, iar montarea moto rului electric se va realiza printr -un
cerc de platband prins cu șuruburi. Cercul de platband este deasemenea sudat pe cele 2 țevi ale
suportului. Mai multe detalii vor exista la modelare (punctul 4).

Fig. 3.12. Schița ansamblului format din motor Rotax , propulsie electrică și suport

20

4. Prototipare virtuală. Modelare 3D

Modelarea este realizată în totalitate folosindu -se software -ul SolidWorks. Propulsia
hibridă se modelază complet (motor electric , cuplaj, flanșe, suport) în modulul P art dup ă care se
asamblează în modul ul Assembly al software -ului SolidWorks.

4.1.Modelare motor electric și cuplaj unisens

 Motor electric
Motorul electric fiind format din stator și rotor , acestea se vor modela separat după care
se vor asambla în modu lul As sembly. Modelarea se va realiza după modelul motorului ales la
punctul 3.2.1 de la Stabilirea soluției constructive, împreună cu dimensiunile din figura 3.6.
Se începe cu modelarea rotorului dintr -un capăt al acestuia schițându -se dimensiunile
găurilor de prindere și a dia metrului rotorului.

Fig. 4.1. Dimensiunile de capăt al e rotorului motorului electric

După ce se schițează , se formează corpul principal folosindu -se funcția Extruded
Boss/Base , cu 150 mm , cât este lungimea rotorului. După aceea se taie materialul din mijloc cu
funcția Extruded Cut pentru a se forma cele 2 flan șe de capă t de grosime 1 5 mm (fig. 4.3).

21

Fig. 4.2. Crearea corpului rotorului cu funția Boss Extrude

Fig. 4.3. Eliminarea miezului pentru creearea capetelor rotorului

Tot cu funcția Boss Extrude se creează axul rotorului de diametru 32 mm unindu -se astfel
cele 2 capete. La zonele de îmbinare ale axului cu capetele se curbează marginile care au rol
întăritor , cu funcția Fillet (fig.4.5).

22

Fig. 4.4. Creearea axului rotorului

Fig. 4.5. Creearea curburii specifice cu funcția Fillet

Cu funcția Cut Extrude se decupează miezul rotorului pentru creearea canalului prin care
trece tija de control de pas al elicei, iar apoi cu funcția Chamfer se teșesc marginile găurilor și
capetelor la 45 grad e cu 0,5 mm, 1 mm respectiv 2 mm după cum se văd formate în figura 4.6.

23

Fig. 4.6. Crearea canalului și teșirea marginilor ascuțite ale găurilor

Pe corpul rotorului astfel format se montează magneții prinși în șuruburi. Rotorul ca
formă completă arată ca în figura 4.7.

Fig. 4.7. Rotorul motorului electric

La modelarea statorului se începe precum la rotor, cu 2 capete în care se va fixa statorul
de rotor. Acestea se formează cu funcția Extrude Boss prin creearea corpului apoi cu funcția
Extrude Cut se va tăia materialul nefolositor definindu -se cele 2 capete de 24mm respectiv 12
mm grosime.

24

Fig. 4.8. Definirea celor două capete ale statorului

Capătul de 15 mm grosime va fi din material plin și va avea găuri de aerisire curbate
circular in număr de 6, iar capătul de 24 mm grosime se va goli pe interior cu funcția Shell
realizându -se o carcasă cu rol de capac care are 10 găuri de ventilație. Găurile de ventilație sunt
realizate cu funcția Extrude Cut și sunt evidențiate cu culoarea albastru.

Fig. 4.9. Capetele statorului cu găurile de ventilație

25
Se crează alt model pentru realizarea carcasei și bobinelor statorului. Se formează
întregul stator tot cu funcția B oss Extrude . După care se decupează din capete pentru a se simula
forma bob inelor si a invelișului de 2 mm (fig. 4.10).

Fig. 4.10. Realizarea formei bobinelor și învelișului

Pe interior se decupează interstițiile dintre bobine cu funcția Cut Extrude, iar p e suprafața
exterioară a învelișului se crează canalele de întărire cu funcția C ut Sweep la 10 mm între ele
(fig. 4.11). F ețele învelișului și bobinelor sunt vopsite pentru a simula culoarea motorului electric
și pentru diferențierea părților componente.

Fig. 4.11. Realizarea interstițiilor dintre bobine și a canalelor de pe înveli ș.

26
În continuare cele 2 componente modelate, rotorul și statorul, se asamblează în modul
Assembly. Acestea se asamblează între ele cu ajutorul rulmenților prin presare. Rulmenții sunt
radiali, ISO 1890 cu diametrul exterior de 115 mm, d iametrul interior de 90 mm și lă țimea de 13
mm. În figura 4.12 sunt reprezentate statorul și rotorul cu rulmenții montați. Fețele cu găurile de
montare ale rotorului sunt mai deplasate către exterior pentru a nu avea interfe rențe cu părțile în
mișcare ale flanșei. Motorul e lectric în forma f inală este reprezentat in figura 4.13.

Fig. 4.12. S tatorul și rotorul cu rulmenții

Fig. 4.13. Motorul electric

27
 Cuplaj unisens
Asemenea motorului electric, cuplajul se va modela după dimensiunile date de
producător care sunt preze nte în anexa nr. 4. Singura modificare adusă este flanșa cuplajului care
va fi montată pe motorul Rotax și a fost proiectată de către producător la comandă și trebuie să
respecte dimensiuniile flanșei motorului Rotax.
Din punct de vedere constructiv, cupl ajul nu trebuie modelat și pe interior deoarece nu
are nici o funcționalitate 3D, ci doar importanță dimensională, asadar se va modela doar
exteriorul. Se începe cu modelarea carcasei exterioare asemănator ca la motorul electric. Cu
funcția Extrude Boss se va creea forma corpului de diametrul 185 mm și lungimea de 94 mm
(fig. 4.14 stânga), după care cu funcția Extrude Cut se va tăia din exterior pe o lungime de 78
mm și diametru 150 mm pentru definirea flanșei carcasei (fig. 4.14 dreapta).

Fig. 4.14. Cre earea corpului exterior și definirea flanșei

La final, parte exterioară se finalizează prin decuparea găurilor de prindere în flanșă M8
și cu funcția Chamfer se teșesc toate muchiile ascuțite la 45 grade cu un milimetru.
Pentru partea interioară se face asemănator un corp cilindric cu găuri de prindere filetate M8 ș i
cu muchiile teșite.
Aceste 2 părți se asamblează în modul Assembly împreună cu rulmenții ISO 17100 cu
diametrul exterior de 120 mm, cel interior de 100 mm și lățimea de 17 mm. Toate a cestea sunt
afișate desfășurat î n figura 4.15.

28

Fig. 4.15. Rulmenții, p artea exterioară și partea interioară a cuplajului

Cuplajul final are forma dimensională precum în figura 4.16. Fețele cu găurile de montare
ale cuplajului sunt mai în exterior cu 2 mm la fiecare cap ăt pentru a nu avea interferențe cu
părțile în mișcare ale ansamblului.
 De menționat este faptul că cuplajul a fost modelat doar dimensional și informativ , fără
mecanismul de funcționare!

Fig. 4.16. Cuplajul unisens

29
4.2.Proiectare flanșe

Pentru flanșe nu mai putem vorbi doar despre modelare, ci mai degrabă despre proiectare,
pentru că le vom proiecta și fabrica după dimensiunile cerute. Asemenea se va face și în cazul
suportului.

 Flanșă față
Proiectarea flanșei din față începe cu modela rea capătului din spate care vine montat pe
motorul electric. Din schița cu dimensiuni se va forma cu funcția Extrude Boss capătul flanșei de
10 mm grosime (fig. 4.17). Acesta conține 6 găuri M6 și are 90 mm diametru, adică cat rotorul
motorului electric.

Fig. 4.17. Formarea p rimul ui capăt al flanșei față

După realizarea primului capăt se va realiza al doilea capăt, cel din față, pe care se va
monta elicea. Acesta are dimensiunile precum flanșa motorului Rotax. Se crează încă o schiță pe
un plan creat la 54 mm distanță de primul capăt, distanță necesară pentru introducerea
șuruburilor și apoi se extrudează cu o grosime de 10 mm (fig. 4.18). Acest capăt conține 2 tipuri
a câte 6 găuri fiecare necesare montării diferitelor elici.

30

Fig. 4.18. Formarea ca pătului din față

După realizarea capetelor acestea se vor unii printr -un cilindru de diametrul 36 mm, iar
apoi, pe fața frontală se va extruda un guler de centrare a elicei cu diametrul de 47 mm și o
lungime de 8 mm (fig. 4.19). Muchia de îmbinare dintre capete și corpul cilindric dintre ele se va
curba cu funcția Fillet la o rază de 10 mm.

Fig. 4.19. Realizarea corpului de mijloc și a gulerului de centrare

31

Fig. 4.20. Teșirea muchiilor și realizarea canalului

Mai departe se va realiza o gaură de 1 8 mm diametru prin centrul flanșei prin care va
trece tija de control de pas al elicei și se vor teși toate muchiile ascuțite. Muchiile ascuțite se vor
teși la 45 grade cu un milimetru, iar muchiile găurilor cu 0,5 mm (fig. 4.20).
Forma finală a flanșei f ață este reprezentată în figura următoare.

Fig. 4.21. Flanșa față

32
 Flanșa spate
Realizarea flanșei spate este mai simplă deoarece este sub forma unui disc. Aceasta
realizează legătura dintre motorul electric și cuplaj, deci unul din capete va fi prec um la flanșa
față. Se va începe prin formarea corpului principal și imlicit a feței care vine pe cupla j (fig. 4.22).

Fig. 4.22. Formarea corpului principal

Pe partea din față se va face un bosaj de 90 mm diametru și o lungime de 8 mm, cu
găurile afere nte montării motorului electric. Muchia din jurul bosajului se va rotunji cu 8 mm.

Fig. 4.23. Realizarea bosajului și găurilor

33
Pe partea opusă, se va creea o adâncitură de diametru 126 mm pentru a nu exista
interferențe cu părțile în mișcare ale cupl ajului, după care se vor mării găurile existente cu
diametrul de 14 mm și adâncimea de 12 mm. Prin acestea se creează locașul pentru șuruburile cu
cap îngropat al motorului electric (fig. 4.24).

Fig. 4.24. Crearea găurilor pentru șuruburi cu cap îngropa t

După aceasta, toate muchiile exterioare se vor teși cu funcția Chamfer la 1 mm , iar
muchiile găurilor la 0,5 mm. Forma finală a flanșei spate este reprezentată în figura următoare.

Fig. 4.25. Flanșa spate

34

4.3.Proiectare suport

Suportul propulsiei ele ctrice este montat pe mototrul termic Rotax și susține mototrul
electric. Se va începe cu realizarea cercului pe care se montează motorul electric și apoi cadrul
din țevi. Se crează acel cerc cu funcția Extrude Boss având 202 mm diametru interior și 206 mm
exterior, deci va avea 2 mm grosime. Lungimea de extrudare este de 40 mm (fig. 4.26).

Fig. 4.26. Formarea cercului de platband

De la cercul de platband se va realiza conform distanțelor motorului Rotax, urechile de
prindere. Se vor creea 2 plane la 1 42 mm între ele ce reprezintă distanța dintre urechi, iar pe
aceste plane se va creea schița din figura 4.27 la distanțele de 320 pe lungime și 211 pe înălțime
de la cercul de platband și apoi se vor extruda cu 2 mm.

După realizarea urechilor și cercului de platband, acestea se vor unii printr -un cadru
format din 2 țevi. Pentru acestea se va realiza o schiță în spațiu cu funcția 3D Sketch în care se
vor trage linii pentru traseul prin care vor trece țevile. În locul unde țevile sunt îndoite, se va
curba l inia cu o rază de 20 mm (fig. 4.28).

35

Fig. 4.27. Urechile de prindere pe motorul Rotax

Fig. 4.28. Realizarea traseului țevilor în spațiu

Pe baza liniilor se vor creea țevile cu funcția Sweep cu un diametru exterior de 20 mm și
grosimea peretelui de 4 mm precum în figura 4.29. După aceasta se va construi o îmbinare mai
bună în zona urechilor.
Suportul în formă finală este regăsit în figura 4.30.

36

Fig. 4.29. Creearea cadrului din țevi cu funcția Sweep

Fig. 4.30. Suportul motorului electric

4.4.Propu lsia finală

Asamblarea finală a acestor componente se va realiza în modului Assembly a software –
ului SolidWorks. Componentele astfel modelate ale propulsiei electrice sunt reprezentate
desfășurat în ordinea montajului în figura 4.31.
Propulsia electrică cu elementele montate între ele este reprezentată în figura 4.32.

37

Fig. 4.31. Elementele propulsiei electrice

Fig. 4. 32. Propulsia electrică

Pentru montarea pe aeronavă și pentru analiza FEM s -au mai modelat propulsia avionului
formată din motor Ro tax și suportul acestuia. Acestea s -au ales după ce s -a alex un avion
exemplu pe care se vor monta acestea. Deci întreaga propulsie hibridă este realizată din:
a. Propulsie electrică
– Flanșă față
– Motor electric
– Flanșă spate

38
– Cuplaj unisens
– Suport
b. Propulsie term ică (originală)
– Motor termic Rotax cu echipamente
– Suport motor

Fig. 4. 33. Elementele propulsiei hibride

Deasemenea s -au modelat pentru analiza CFD, capotajul și elicea avionului ales ca
exemplu, Pipistrel Virus. Montate pe avion, propulsia va deplasa elicea în față și va creea un
spațiu între elice și capotajul avio nului (fig. 4.34).

Fig. 4. 34. Propulsia hibridă montată (vedere cu capotajul aeronavei)

39

Pentru calculele de centraj și analize s-a ales avionul Pipistrel Virus. Modelul 3D a fost
procurat de pe site-ul grabcad.com pentru acest proiect de diplomă.

Fig. 4.35. Propulsia hibridă montată pe avionul Pipistrel Virus

Fig. 4.36. Avionul Pipistrel Virus cu propulsia hibridă

40
5. Centrajul aeronavei

Ansamblul sistemului de propulsie hibridă astfel proiectat, după ce va fi montat pe
aeronave, va avea un efect destabilizator asupra acestora . Cu alte c uvinte centrajul aeronavei va
fi deranjat prin deplasarea centrului de masă în afara zonei de „siguranță” a acestuia.
La subpunctele următoare se va alege o aeronavă, ca exemplu, pe care se poate monta
propulsia hibridă, și se va calcula centrul de greuta te al acesteia mai întâi fără și apoi cu sistemul
de propulsie pentru a se vedea efectele asupra centrajului aeronavei. Masa aeronavei cu propulsia
hibridă va fi mai mare, iar centrul de masă se va calcula în varianta de încărcare maximă,
deoarece odată cu propulsia hibridă vor fi prezente și bateriile aceste ia, care se vor amplasa cel
mai probabil în locul pentru bagaje.
Aeronava aleasă pentru calculele de centraj va fi Pipistrel Virus (fig.5.1) . Un avion
ultraușor produs de către firma Pipistrel din Slo venia. Greutatea cât mai mică a acestuia, face ca
sistemul hibrid să influențeze foarte mult centrajul. Masa maximă a avionului este de 540 kg.
Specificațiile avionului sunt prezente în anexa nr. 1 a proiectului.

Fig. 5.1. Avionul Pipistrel Virus

Cent rajul aeronavei se bazează pe masa și poziția pe axa longitudinală, a fiecarei
componente în parte. Distanța pe axa longitudinală Xc este dist anța de la originea care se află în
fața avionului, până la centrul de greutate a componentei respective. Axa long itudinală va fi X în
cazul nostru, iar din motive de simetrie folosirea celorlalte axe nu este necesară. Aceste date se

41
centralizează în tabelul 5.3 . Pentru fiecare element se menționează masa pentru cazul în care
avionul ar fi gol și pentru cazul în care ar fi plin.
Pentru calculele de centraj se va alege o variantă de încărcare aproape maximă a
avionului, adică de 5 40 kg . Din aceasta fac parte variabilele masei avionului: cantitate de
combustibil de 80 % adică 40 kg, 2 piloți care au împreună 180 kg, si bagaje de 20 kg.

5.1. Centrele de masă ale componentelor

Pentru fuselaj și aripi centrul de greutate se va afla prin meto da suprafețelor. Aceasta se
face prin împărțirea avionului în forme geometrice 2D și măsurarea suprafețelor acestora,
precum în figura 5.2. Din motive de simetrie se va folosi doar o jumătatea avionului. Desenele
avionului folosite la calcule sunt la scara 1:20.

Fig. 5.2. Centrele de masă pentru fuselaj și aripă

42
După cum se vede în figura 5.2. pentru fuselaj și aripă s -au localizat centrele de greutate
pentru fiecare figură geometrică. Împreună cu suprafața fiecăreia se va afla centru de greutate al
fuselajului respectiv al aripii. Cu albastru sunt marcate componentele fuselajului iar cu galben
cele ale aripii.
Pentru aflarea centrului de masă , va fi necesară aflarea raportului dintre masa și suprafața
aripii/ fuselajul ui. Pentru asta se folosește coefi cientul de proporționalitate c p:
⁄
∑
Unde:
m – masa fuselajului/aripii
Si – suprafața componentei

După aflarea coeficientului, acesta se va folosi la aflarea masei componentei respective:

Unde:
mi – masa c omponentei
cp – coeficientul de proporționalitate

Masa componentei împreună cu abscisa centrului de masă x i (distanța pe axa
longitudinală de la origine la centrul de greutate al componentei respective ) se vor centraliza în
tabelul 5.1 pentru fuselaj, re spectiv tabelul 5.2. pentru aripă . Distanța pe abscisă a fost măsurată
pe desenul avionului și transformată în dimensiunea la scara reală. Cu aceste date se va afla
centrul de masă x al fuselajului/aripii cu ajutorul formulei următoare :
∑
∑
Unde:
mi – masa componentei
xi – abscisa centrului de masă a componentei

Componenta fuselaj Si [cm2] mi [kg] xi [cm] mi*xi
f1 104 2,78 68 189
f2 77 2,06 120 247,2
f3 93 2,49 142 353,6
f4 298 8 214 1712
f5 197 5,27 312 1644

43
f6 71 1,9 360 684
f7 128 3,43 483 1656,7
Total 968 25,93 – 6486,5
Tab. 5.1. Componentele geometrice ale fuselajului (suprafața, masa, abscisa)

Suprafața totală pentru jumătate din fuselaj este de 968 cm2 deci r ezultă coeficientul de
proporționalitate:
⁄

Acum se poate afla abscisa centrului de masă al fuselajului cu formula:
∑( )
∑

Odată abscisa centrului de masă al fuselajului, trecem la abscisa aripii.
Componenta aripii Si [cm2] mi [kg] xi [cm] mi*xi
a1 1755 19,65 213 4185,5
a2 614 6,87 229 1573,2
a3 467 5,23 202 1056,5
Total 2836 31,75 – 6815,2
Tab. 5.2. Componentele aripii

Coeficientul de proporționalitate al aripii este:
⁄

Așadar abscisa centrului de masă al aripi i se află la 213 cm de la botul avionului, iar al
fuselajului la 249 cm.
Centrele de masă ale componentelor sunt marcate pe vederea din lateral a avionului din
figura 5.3. Punctele verzi reprezintă componentele și echipamentele avionului, și au fost marcate
după poziția fiecăruia în avion , fară calcule suplimentare . Punctul albastru reprezintă centrul de
masă al fuselajului, iar punctul galben pe cel al aripii.

44

Fig. 5.3. Centrele de greutate pentru avionul original și pentru avionul cu sistemul hibrid

 Se poate observa că pentru aflarea centrului de greutate pentru ambele situații se va folosi
originea la botul avionului cu sistemul hibrid montat. Astfel toate componentele vor avea
aceiași valoare a abscisei centrului de greutate. Valorile diferite se vor regăsi pentru elice
și sistemul de propulsie h ibrid.

5.2. Centrul de masă al propulsiei electrice

Calculul de centraj se va face și separat pentru propulsia electrică (suplimentară) pentru
aflarea abscisei și masei acesteia.
Masele componentelor propulsiei hibride sunt:
– Motor electric: 7,8 kg
– Cuplaj: 9,1 kg
– Flanșă față: 0,56 kg
– Flanșă spate: 1,03 kg
– Suport: 1,9 kg
În total propulsia electrică are 20,5 kg. La această greutate se adaugă și șuruburile folosite.

45
Pentru aflarea centrului de greutate se va utiliza formula folosită și în cazul aeronavelor:

∑

∑

Unde:
mi – masa elementului i
xi – abscisa centrului de masă al elementului i

Așadar: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Deci centrul de masă al propulsiei hibride se află pe axa absciselor la 22,6 cm de la flanșa
elicei, adică în zona flanșei spate. Montată pe avion , centrul de greutate se află la 51 cm de la
origine (fig. 5.5).

Fig. 5.4. Lungimea și centrul de masă al propulsiei electrice

 Se poate vedea că distanța pe care propulsia electrică o are și cu care aceasta va deplasa
elicea spre fața avionului este de 33,2 cm (fig. 5.4). Aceasta este distanța dintre origine și
botul avionului pentru cazul de calcul simplu, fără sistemul propulsiv.

46

Fig. 5.5. Propuls ia hibridă montată și centrele de masă

5.3.Centrajul avionului pentru ambele configurații

Toate abscisele elementelor avionului împreună cu masele acestora sunt centralizate în
următorul tabel. La acesta se adaugă și sistemul hibrid. Pentru elice există 2 abscise ale centrului
de masă, una pentru configurația normală și una pentru configurația cu propulsie hibridă pentru
că elicea este amplasată mai în față.

Nr. Denumire element Xc [cm] Masa [kg]
(gol) Masa [kg]
(MTOW)
1 Fuselaj 249,5 52 52
2 Aripă 213 64 64
3 Ampenaj orizontal 642 10 10
4 Ampenaj vertical 640,5 8 8
5 Tren de bot 98,5 8 8
6 Tren principal 235 12 12
7 Scaune 229 11 11
8 Elice 54,4 21,6 6 6
9 Motor 96,8 66 66

47
10 Sistem de combustibil 268 9 9
11 Comenzi de zbor 270 11 11
12 Aparat e de bord 159,2 4 4
13 Echipament electric 146,6 5 5
14 Parașută balistică 277 14 14
15 Echipaj 230 0 180
16 Bagaje 291 0 20
17 Combustibil (80%) 248 0 40
18 Sistem hibrid 51 0 20,5
TOTAL 280 540,5
Tab. 5.3. Abscisel e centrelor de masă și masa elementelor avionului

În continuare se va calcu la centraj ul pentru ambele configurații ale avionului. Prima va fi
pentru configurația originală și apoi pentru configurația cu propulsia hibridă montată pentru
identificarea depl asării centrului de masă.
Pentru localizarea centrului de masă este necesară cunoașterea Corzii Medii
Aerodinamice CMA a aripii echivalente. Deoarece aripa avionului Pipistrel Virus este dreaptă și
este îngustată doar spre capăt , aripa echivalentă va fi a ceiași cu cea a avionului, având aceiași
poziție. Pentru aflarea CMA se folosește următoarea formulă:

Unde:
C0 – coarda la încastrare
Ce – coarda la extremitate
r – raportul de trapezoidalitate, r = c 0 / ce

Deci:

48
Aripa echivalentă are același focar cu cel al aripii reale. Această valoare rezultată a corzii
aripii echivalente de 92 cm este foarte apropiată ca valoare de coar da la încastrare a aripi reale,
deci și bordurile de atac ale aripilor se vor afla în aceiași zonă.
Măsurată pe desenul avionului coarda medie a erodinamică se află în intervalul 200 cm –
290 cm de la origine.

Centrul de masă al avionului se cal culează c u următoarea formulă și reprezintă distanța
de la origine până la el:

∑( )

∑

Unde:
mi – masa elementului i
xi – abscisa centrului de masă al elementului respectiv

Se va folosi varianta de încarcare cu 2 piloț i care au impreună 180 kg, 80% combustibil,
și 20 kg de bagaje.

A. Se calulează centrul de masă pentru avionul în configurație simplă (masa=520kg):

B. Se calculează centrul de masă pentru avionul cu propulsie hibridă (masa=540,5):

( )

– Centrul de masă pentru avionul original: 228,38 cm
– Centrul de masă pentru avionul hibrid: 221, 66 cm
Se pot observa abscisele centrelor de masă pentru ambele configurații ale avionului de la
originea care a fost folosită. Propulsia hibridă montată pe avion îi va deplasa centrul de masă al
acestuia cu doar 6,5 cm spre bot.

49
Conform specificațiilor a vionului, centrul de masă al acestu ia trebuie s ă se afle între 20%
și 38% din CMA. Asta înseamnă ca centrul de masă va trebui să se afle de la minim 218,4 cm la
maxim 234,9 cm de la origine , conform:
200 + 92 x 20% = 200 + 18,4 = 218,4 (minim)
200 + 92 x 3 8% = 200 + 34,9 = 234,9 (maxim)

Fig. 5.6. Centrele de masă pentru ambele configurații ale avionului

În concluzie ambele centre de masă ale configurațiilor se află în intervalul corespunzător,
fără mari diferențe , ceea ce înseamnă că aeronava nu neces ită recentraj.

50
6. Analiza cu metoda elementelor finite a suportului

6.1.Calculul forțelor

Suportul care a fost proie ctat pentru a susține motorul electric împreună cu cel ce susține
întreaga propulsie hibridă, vor trebui analizați prin metoda elementelo r finite la f orțele care
acționează asupra lor . Pentru aceasta se folosește software -ul ANSYS în care se v or introduce
formele 3D a le suporților , și toate forțele care acționează as upra acestora . În cadrul analizei se
vor analiza deformațiile totale, obose ala, stresul și fenomenul de flambaj în 6 moduri.
Suportul care a fost proiectat la punctul 4.4 susține motorul electric pe ntru a nu se roti, și
totodată î i susține o part e din greutate și preia din forț a de tracțiune. Deci asupra acestuia
acționează un m oment de răsucire, și 2 forțe, una pe verticală și una pe axa longitudinală.
Momentul de răsucire î l preia complet, forța de tracțiune aproximativ 30 % restul fiind
preluată de motorul termic, iar forța pe verticală care apasă în jos este preluată tot în procent de
30 %. Deci după ce calculele forțelor vor fi finalizate, acestea se vor modifica după procent .

Pentru calculul forț elor există 4 cazuri de calcul cu sarcini de calcul simetrice și sarcini de
calcul nesimetrice. Acestea calcul ează cuplul, trac țiunea, forța verticală și cea laterală.

 Cazul I

– Tracțiunea T1

na = 4 -factor de sarcină pozitiv
n = 0,75 * n a = 0,75 * 4 = 3 -factor de sarcină utilizat la calcule
G = 5300 N -greutatea maximă a avionului
⁄ -densitatea aer ului la nivelul mării
Cz max = 1,5 6 -coeficient maxim de portanță
S = 11 m2 -suprafața aripii
c = 1,5 -coeficient de siguranță
randament = 0,75 -randament
P = 80 cp -puterea motorului

51
√

√

– Cuplul reactiv al elicei C 1

k = 2 -factor care depinde de numărul de cilindrii
Nr = 3000 rpm

– Foța verticală N 1

Gm = 84 * 9,81 = 824 N -greutate motor
Ge = 6 * 9,81 = 58 N -greutate elice

 Cazul II

– Tracțiunea T 2

Se folosește aceiași for mulă, ia r în loc de v se folosește V a care este viteza minimă de manevră:
m = 540 kg masa maximă la decolare

52
g = 9,81 m/sec2 acceleratia gravitațională
na = 4 factor de sarcină pozitiv

√

√

– Cuplul C 2
C2 = C 1 = 57,3 N

– Forța veticală N 2

 Cazul III

– Forța verticală N 3

– Forța laterală L 3
nL > 1/3 * n a
1,4 > 1,33

 Cazul IV

– Forța verticală N 4
N4 = N 2 = 5292 N

53

Pentru a facilita citirea rezultatelor pentru cele 4 cazuri prezentate, s -au centralizat în
următorul tabel:

Cazul I Cazul II Cazul III Cazul IV
Forța verticală N 3969 5292 1323 5292
Tracțiunea T 624,5 541,2 – –
Cuplul C 57,3 57,3 – –
Forța laterală L – – 1852,2 –
Tab. 6.1. Forțele care acționează asupra suportului , în Newtoni

 Toate aceste valori sunt forțele pe care suportul motorului termic Rotax le suportă de la
întreg sistemul hibrid cu motorul termic, cel electric și elice, valori categoric mai mari.
Pentru că susține doar propulsia electrică, v alorile care acționează doar asupra supor tului
motorului electric sunt de aproximativ 30% din aceste valori.

Mai întâi se va analiza suportul motorului termic Rotax pentru a se verifica dacă acesta
rezistă întregului ansamblu de propulsie hibridă, pentru a se pu tea continua analizarea și a
celorlalte componente. Valorile care se vor introduce vor fi cele din tabelul 6.1.
Aceste forțe se vor introduce în software -ul ANSYS astfel: forța verticală, tracțiunea și
forța laterală vor fi indroduse cu funcția „Remote Force”, iar Cuplul cu funcția „Mome nt”.

6.2.Analiza suportului motorului termic

Se vor analiza cele 4 cazuri separat, însă deoarece cazul 4 este asemănător cazului 2 și
mai puțin solicitant, se va exclude din analiză.

 Cazul 1

Pentru cazul 1 suportul motor este solicitat la o forță vetical ă care apasă în jos, la o forță
de tracțiune și la un cuplu produs de motor înspre stânga (fig. 6.2.1). Suportul este fixat în cele 4
găuri de prindere pe structura avionului.

54

Fig. 6.2.1. Forțele ce acționează pe suportul motor din cazul 1

După prima analiză se afișează deformația totală, oboseala și stresul suportului afișate în
figurile 6.2.2; 6.2.3; respectiv 6.2.4.
Deformația maximă în acest caz ajunge la doar 0,16 mm pe zona de capăt al brațelor pe
care se montează motorul Rotax.

Fig. 6.2.2. D eformația totală pentru cazul 1 al suportului

55

Fig. 6.2.3. Analiza la oboseală pentru cazul 1

Oboseala este prezentă doar în zonele de sudură ale suportului cu brațele acestuia și are o
valoare de maxim 0,00016 mm/mm.

Fig. 6.2.4. Analiza la stres pe ntru suportul motor

Asemănător oboselii și stresul apare în aceleași zone cu o valoare maximă de 32,5 MPa.

56
Pe lângă aceste 3 rezultate, s -a executat și o analiză la flambaj în modulul Liniar
Buckling al software -ului ANSYS. Aceasta este formată din 6 re zultate diferite ale deformațiilor
totale apărute și sunt reprezentate în figura 6.2.5.

Fig. 6.2.5. Analiza la flambaj pentru cazul 1 al suportului motor

57
Se poate observa că deformațiile apar prepoderent pe capetele barelor de montaj al
motorului term ic, dar și pe unele zone ale lungimii acestora. Cel mai mare flambaj apare pe
capătul barelor dreapta jos cu o valoare a deformării de maxim 1,37 mm, o valoare
nesemnificativă atât pentru flambaj cât și pentru celelalte analize.

 Cazul 2

Pentru cazul al doilea forțele prezente rămân aceleași dar valoarea crește semnificativ
pentru forța verticală (fig. 6.2.6).

Fig. 6.2.6. Forțele ce acționează asupra suportului pentru cazul 2

Deformația totală maximă afișată în figura 6.2.7 este puțin mai mare confor m și forței
mai mari care apasă în jos cu 5292 N. O observație importantă este aceea că deformația apare în
același loc, rezultată de aceleași direcții de acționare a forțelor precum în cazul 1. Deformația
maximă prezentă este în acest caz de 0,21 mm, o de formație normală.

58

Fig. 6.2.7. Deformația totală a cazului 2

Fig. 6.2.8. Oboseala suportului pentru cazul 2

Și oboseala este prezent în aceleași zone cu o valoare puțin mai mare dar nesemnificativă
(fig. 6.2.8).

59

Fig. 6.2.9. Oboseala cazului 2

Din nou vorbim de aceleași zone afectate de oboseală cu o valoare a presiunii de maxim
43,5 M Pa (fig. 6.2.9).

Pentru flambajul din cazul 2 valoarea maximă a deformațiilor este de 1,39 mm be brațul
din dreapta jos, exact aceiași zonă precum în cazul 1 și cu o valoare mai mare cu 0,02 mm.
Flambajul este reprezentat în figura 6.2.10.
Toate aceste analize ale cazului 2 se află în limite absolut normale.

 Din acest motiv al prezenței deformațiilor, stresului cât și a oboselii în aceleași zone dar
cu valori pu țin mai mari, se va renunța la a se prezenta analiza cazului 1 pentru suportul
motorului electric de la punctul 6.3. Dintre cele 2 cazuri se va alege cel cu valori maxime
mai mari.

60

Fig. 6.2.10. Flambajul cazului 2

 Cazul 3

Pentru cazul al treilea se s chimbă situația de aplicare a forțelor asupra suportului. Acesta
rămâne încastrat în aceleași locuri dar se va renunța la cuplu și la tracțiune.

61
În schimb, asupra suportului va apărea o forță nouă: o forță laterală înspre dreapta, cu o
valoare de 1852,2 N, rezultată de motorul și elicea avionului (fig. 6.2.11).

Fig. 6.2.11. Forțele din cazul 3 ce acționează asupra suportului

Fig. 6.2.12. Deformația totală a cazului 3

62
Pentru deformația totală prezentă în cazul 3, situația se schimbă ca rezultat a s chimbării
forțelor și direcției de acționare a acestora. Deformația maximă este implicit mai mică cu o
valoare de doar 0,08 mm și este prezentă pe capetele brațelor inferioare ale suportului (fig.
6.2.12).

Fig. 6.2.13. Oboseala pentru cazul 3

În cazul oboselii, se observă valorile extrem de mici de 9,7-5 mm/mm. Această oboseală
apare preponderent pe brațele inferioare în zona încastrării acestora.
Si pentru stresul produs pe suport, situația stă asemănător. Cu valori maxime cu mult mai
mici decât în c azul 1, de 18,6 MPa, acesta se manifestă pe zona inferioară a suportului. Desigur,
o parte din acest stres este preluat de brațele superioare prin blocul motorului Rotax.

63

Fig. 6.2.14. Stresul pentru cazul 3

Față de analiza flambajului din figura 6.2.1 5, lucrurile se schimbă radical. Forța laterală
face ca deformațiile apărute să nu se mai găsească în aceleași locuri. Totuși, de data aceasta, cea
mai mare deformație are loc în același loc, pe capătul brațului inferior din dreapta cu o valoare
de 1,39 mm . Restul deformațiilor apar în alte locuri față de cazurile 1 și 2.

 Din această analiză reiese faptul că suportul motorului termic Rotax rezistă cu succes
chiar și surplusului de greutate de 20 kg al propulsiei electrice. Deformațiile, stresul și
oboseala care apar local doar pe unul din brațe, se vor diminua datorită forțelor care nu
vor mai acționa local, ci se vor propaga prin blocul motor la celelalte brațe. Aceste brațe
împart egal forța între ele și se deplasează la comun, fapt neinclus în această an aliză.
Cum suportul motorului Rotax nu are probleme în acest caz, se poate trece la analizarea
suportului motorului electric.

64

Fig. 6.2.15. Flambajul apărut în cazul 3 de analiză

65

6.3.Analiza suportului propulsiei electrice

Suportul propulsiei electric e preia forțele în același mod ca suportul motorului termic și
se montează pe motorul termic susținând motorul electric. Acesta preia forța verticală doar a
propulsiei electrice și elicei care apasă pe el și o parte din tracțiu ne, forță laterală și cuplu . Cu
alte cuvinte doar o parte din valoarea forțelor ce acționează asupra suportul principal de Rotax,
vor acționa și pe suportul propulsiei electrice. Valoarea acestor forțe este de maxim 30% din
valorile calculate anterior sau chiar mai mici, însă se vor a lege aceste valori pentru simplificarea
calculelor și ca coeficient de siguranță.
Valorile recalculate pentru introducerea în software -ul ANSYS se află in tabelul 6.2.

30% Cazul I Cazul II Cazul III Cazul IV
Forța verticală N 1190 1587 396 1587
Tracțiu nea T 187 162 – –
Cuplul C 17 17 – –
Forța laterală L – – 555 –
Tab. 6.2. Valorile forțelor care acționează asupra suportului propulsiei electrice

Pentru că la analiza suportului motorului termic cazurile 1 și 2 au fost asemănătoare și
pentru că la a ceastă analiză cazul 2 are valori mai mari ale forțelor, se va exclude cazul 1 de la
prezentare, precum și cazul 4. Așadar se va trece la prezentarea cazurilor 2 și 3 ale analizei.
Suportul de analizat este cel proiectat la punctul 4.4 și se va mării aten ția asupra analizei
țeviilor din cadrul suportului. Platbandul care înconjoară motorul electric nu are importanță
mărită.

 Cazul 2

Pentru analiza cazului 2 există cele 3 forțe principale prezente în figura 6.3.1. Aceste
forțe creează deformări, stres și oboseală mai mari decât în cadrul cazului 1. Locurile de
încastrare se află pe urechile de prindere de pe capetele inferioare ale țevilor. În aceaste zone
suportul se montează pe blocul motorului termic.
Cercul frontal de platband are doar 2 mm grosime, i ar asupra acestuia pot apărea cele mai
mari deformații, însă acestea nu se vor lua în considerare deoarece se va monta carcasa
motorului electric în acel loc.

66

Fig. 6.3.1. Forțele ce acționează asupra suportului motorului electric

Fig. 6.3 .2. Deformaț ia totală pentru cazul 2

Deformația totală apare, cum era de așteptat, pe partea superioară a cercului de platband,
în zona cel mai puțin împortantă. Din acel punct către zonele mai importante, deformațiile devin
tot mai slabe, astfel că pe zona frontală a țevilor deformația este de aproximativ 6,5 mm.

67

Fig. 6.3.3. Oboseala suportului pentru cazul

Fig. 6.3.4. Stresul suportului pentru cazul 2

Pentru cazurile de oboseală și stres (fig. 6.3.3 respectiv 6.3.4), zonele afectate sunt
aceleași. Aceste zo ne reprezintă o importanță crescută deoarece nu sunt sprijinite sau fixate de
alte componente ca în cazul cercului de platband. Asupra sudurii care se află în zona afectată
există o oboseală maximă de 0,002 mm/mm, asemănătoare suportului motorului termic. Stresul
însă, are o valoare mult mai mare, de 355,3 MPa, aflat în același loc.

68

Fig. 6.3.5. Fenomenul de flambaj asupra suportului

Flambajul în cele 6 moduri își are deformațiile în special pe cercul de platband în locuri
permise și neluate în consider are. Însă pentru 2 din cele 6 moduri, deformația apare în zona
sudurii dintre cerc și țevi și pe cotul inferior al țevilor. Aceste deformații sunt de maxim 1,08
mm, valori foarte mici.

 Cazul 3

Pentru cazul 3 de analiză se aplică forța verticală și late rală care deplasează suportul spre
dreapta și în jos, precum este afișat în figura 6.3.6.

69

Fig. 6.3.6. Forțele prezente pentru cazul 3

Fig. 6.3.7. Deformația totală pentru cazul 3

Deformația maximă apare precum în cazul 2, dar are o valoare mai mică , de 3,2 mm, iar
pentru țeavă o valoare maximă de 1,8 mm. Analiza la flambaj va dezvălui deformațiile și în
celelalte locuri.

70

Fig. 6.3.8. Analiza oboselii în cazul 3

Fig. 6.3.9. Stresul în cadrul cazului 3

Oboseala împreună cu stresul se manifestă în aceleași locuri. Puțin se manifestă pe
urechile de prindere, dar valorile maxime apar acum pe cercul de platband în zona din spate unde
se adaugă o flanșă din tablă pe care vin prinse șuruburile cu care se montează motorul electric.
Oboseala este foarte mică, iar stresul are o valoare maximă de 173 MPa.

71

Fig. 6.3.10. Fenomenul de flambaj al cazului 3

Ultimul caz de flambaj prezintă toate deformațiile pe cercul de platband. Deformațiile de
pe țevi și suduri sunt de maxim 1 mm, adică în limite acceptab ile.

Deformațiile apărute pe cercul de platband nu se iau prea mult în considerare deoarece pe
în interiorul cercului se va monta în 10 șuruburi carcasa motorului electric. Toate forțele se vor
dispersa în carcasa motorului și în țevile suportului cea ma i solicitată zonă fiind locul unde sunt
sudate. Analiza a arătat că aceste zone rezistă cu succes la forțele calculate cu coeficienți mari de
siguranță. Unele dintre forțe calculate nu acționează deloc asupra acestui suport față de cum
acționează pe suport ul principal al motorului Rotax. Deci ca rezultat, acest suport va prelua cu
succes în primul rând mișcarea de rotație a motorului electric (cuplul). Forța verticală și laterală
sunt foarte mici și nu solicită suportul.

72

7. Analiza CFD a ansamblului

Pentr u analiza CFD a curgerilor aerodinamice s -a folosit software -ul SolidWorks care
conține modulul denumit Flow Simulation. La analiza curgerilor aerodinamice se ține cont de
efectele pe care le are propulsia hibridă asupra aerodinamicii sau, felul cum modifi carea părții
frontale a avionului poate modifica curgerea aerului, presiuniile și rezistența la înaintare. Se
așteaptă la o creștere concretă a coeficientului de rezistență la înaintare.
Pentru a vedea aceste diferențe aduse de modificarea minoră a avionu lui, se vor face 2
analize separate, una pentru avionul în configurație normală, și alta pentru avionul cu propulsie
hibridă. Acestea două se vor compara.
Pentru a realiza analiza CFD în condiții bune și cu rezultate cât mai concrete, a fost
necesară mode larea simplificată a parții frontale a avionului. S -au realizat astfel 2 modele care
simulează fidel forma ansamblului.
În figura 7.1 este reprezentată forma capotajului în configurație normală, care este
formată din conul elicei și din capotajul motorulu i termic.

Fig. 7.1. Botul avionului în configurație normală

Al doilea model pentru a doua analiză, respectiv analiza curgerilor pentru avionul cu
propulsie hibridă este formată din motorul termic și capotajul acestuia și sistemul propulsiv
electric pe care se află conul elicei.

73

Fig. 7.2. Botul avionului cu propulsie hibridă

Se poate observa în figura 7.2 capotajul transparent pentru a se putea vizualiza motorul
termic din interior în formă simplă care conține componentele principale. S -a realizat astfel
pentru a putea vedea curgerea din jurul blocului motor, printre componentele acestuia.

 În aceste modele a fost reprezentat modelul botului avionului de la conul elicei până la
peretele parafoc al avionului, fiind singura zonă modificată a avionului și care ne
interesează strict pentru analiză. Restul aeronavei nu are diferențe între analizele celor 2
configurații constructive (normală și cu propulsie hibridă).
 Palele elicei nu au fost integrate în analiză deoarece acestea se află în mișcare de rotaț ie
producând o curgere laminară și nu trebuie sa influențeze curgerea în analiza, fiindcă
palele ar fi fost în poziție fixă.

Odată realizate modelele pentru analiză se trece la analizarea CFD a celor 2 configurații.
Se vor analiza presiuniile și vitezele de curgere în secțiune, pe suprafețe și în spațiu, iar la final
se va calcula coeficientul de rezistență la înaintare. Viteza aerului pentru analiză va fi de 50 m/s
sau 180 km/h, viteza pentru zborul de croazieră.

74

A. Analiza presiunilor

Prima analiză a p resiunilor, afișează colorat presiunea în secțiunea verticală a modelului
pentru cele 2 configurații pentru a se putea vedea diferența (fig. 7.3) .

Fig. 7.3. Presiuniile în secțiunea verticală

75
În această analiză diferența dintre cele 2 configurații a fă cut ca în cazul avionului cu
propulsie hibridă, presiunea să crească la 101637 Pa de la 101200 cat era normal. Crașterea de
presiune nu este mare dar apare în 2 zone, cea de con al elicei și în fața capotajului. O creștere
generală mai apare pentru toată z ona din jurul botului avionului.

Din cauza spațiului dintre elice și capotaj, în interiorul capotajului pe lângă motorul
termic există o presiune mare precum în fața botului, semnificând o masă mare de aer care
pătrunde în interiorul capotajului (fig. 7. 4).

Fig. 7.4. Presiunea din interiorul capotajului propulsiei hibride

O diferență de presiune în jurul botului avionului determină și o diferență pe suprafețele
acestuia. În figura 7.5 se observă cum presiunea crește atât pe interior cat și pe exterio r.
Observ ând indicele, luăm ca exemplu valoarea de 101600 Pa care pentru propulsia hibridă apare
pe părțiile frontale, altfel apărând mai în spatele capotajului.

76

Fig. 7.5. Analiza presiunii de pe suprafețe

În cazul curgerilor analiza din figura 7.6 ne arată cum aerul care trebuia să curgă pe
suprafața exterioară, pătrunde acum în interiorul capotajului determinând o creștere categorică de
presiune în interior în jurul motorului termic. Pentru că gurile de ieșire a aerului din spate sunt
mai mici acum d ecât spațiul din față nu se poate evacua aerul în totalitate, acesta ieșind tot prin
față. Presiunea din interior pe langă faptul că crează o frânare a avionului nu ajută decât cu o
admisie mai puternică a motorului termic.

77

Fig. 7.6. Analiza presiunilo r reprezentată prin curgerea în spațiu

În zona dintre elice si capotaj, adică la motorul electric, curgerea haotică nu crează o
presiune cu mult mai mare. O parte din aer se duce în interior iar altă parte curge în afară.
Deasemenea o parte din aerul car e scapă în interior iesi afară tot pe aceieași intrare (fig. 7.7).

78

Fig. 7.7. Presiunea în jurul motorului electric

În interiorul capotajului însă, lucrurile se schimbă. Curgerea este și mai haotică și
turbulentă rezultată cu presiuni maxime posibile. În zona prizelor de evacuare a aerului din spate
jos presiune scade în momentul iesirii (fig. 7.8).

Fig. 7.8. Analiza presiunii prin curgere în interiorul capotajului

79

Analiza presiunilor a dezvăluit clar o creștere de presiune atât în față cat și în i nterior la
valori de maxim 101630 Pa. Totusi diferența nu este cu mult prea mare, zborul fiind posibil.

B. Analiza vitezelor

Trecând la această analiza vom putea vedea viteza cu care aerul curge atât pe suprafețe
cât și în spațiu.
Prima figură (7.9), ne dezvăluie cum aerul este decelerat în spațiul creat de propulsia
hibridă, care altfel decelera doar în zona gurilor de admisie. Viteza scade aproape până la 0 m/s.

Fig. 7.9. Viteza aerului din secțiunea verticală

80

În interior viteza aerului scade până la viteza de 0 m/s. Acest lucru determină și creșterea
inevitabilă de presiune (fig. 7.10). În acest caz nu putem vorbi de o răcire mai bună a motorului
termic, însă aceasta se poate totuși realiza datorită schimbării aerului din interior.

Fig. 7.10. V iteza aeruului în interiorul capotajului

Trecând la analiza vitezelor de pe suprafețele capotajelor din figura 7.11, se observă ca
nu există nici o diferență de viteză. Acest lucru este datorat de vâscozitatea aerului care aderă pe
suprafață. Nu se cunos c influențele asupra stratului limită, dar gândindu -ne la presiunea mărită,
poate fi posibilă o îngustare a acestuia.

81

Fig. 7.11. Viteza de curgere de pe suprafețe

Fig. 7.12. Viteza de curgere în jurul motorului electric

82
Viteza de curgere în spațiu se vede clar în figur ile 7.12 și 7.13 care ne afișează curgerea
decelerată în zona motorului electric care apoi este iarăși accelerată de unghiul capotajului și
poate de curenții de aer care ies din interiorul capotajului tot pe unde au intrat. Datorită
volumului de aer care curge prin restul spațiului, zona afectată este restânsă în jurul motorului
electric.

Fig. 7.12. Viteza de curgere a aerului pe botul avionului

În acea zonă curgerea aerului este turbulentă și viteza scade până la 0 m/s, care altfe l ar fi
trebuit să curgă laminar și cu viteză constantă.

83
În interiorul capotajului aerul este transformat într -un haos de curgeri turbulente la viteză
mică. Aerul circ ulă în toate direcțiile și nici odată pe același traseu printre cablurile, furtunele și
toate echip amentele motorului termic Rotax (fig. 7.13). Viteza este una foarte mică, dar se poate
realiza schimbul de aer necesar răcirii motorului mai bine decât în cazul avionului normal.

Fig. 7.13. Viteza de curgere în interiorul capotajului

84
C. Analiza coeficientului de rezist ență la înaintare

Pentru aflarea acestui coeficient, software -ul SolidWorks are o funcție numită Global
Goal care analizează forța care apasă pe corp, iar împreună cu formula coeficientului de
rezistență la înaintare , acesta este calculat.
Forța și formula au fost inserate în funcție precum în figura 7.14.

Fig. 7.14. Formula coeficientului de rezistență la înaintare

În urma unei analize realizate de program, pentru cele 2 configurații de avion s -au aflat
forte și implici t coeficienți diferiți. Coeficienții au fost schimbați la o valoare pozitivă pentru că
analiza s -a realizat cu viteza de -50 m/s, după poziționarea modelului.
Se poate observa în figura 7.15 sus, o valoare a forței de 244 N rezultțnd un coefient de
maxim 3,17 pentru avionul nemodificat.
Pentru cazul avionului cu propulsie hibridă, forța crește la 303 N și la un coeficient
maxim de 3,94. (fig. 7.15. jos). Coeficientul crește în acest caz de 1,24 ori.

Fig. 7.15. Coeficienții de rezistență la înaintare p entru cele 2 configurații de avion

În concluzie la aceste analize, rezultă că se poate realiza un zbor cu propulsia hibridă
montată, fară prea mari impedimente din partea aerodinamicii.

85

PARTEA a II -a
ASPECTE TEHNOLOGICE

86

1. Procesele tehnol ogice

Cum din ansamblul propulsiei electrice, motorul electric și cup lajul unisens se
achiziționează de la producători specializați, rămâne ca cele 2 flanșe și suportul să se prelucreze
prin metodele tehnologice generale.

1.1.Flanșe

Procesele de prelucrar e în cazul ambelor flanșe sunt asemănătoare. Fiind elemente de
formă cilindrică se folosește în cea mai mare parte strungul pentru definirea formei.

 Flanșă față
Flanșa față se montează pe partea din față a motorului electric și reprezintă prima
component ă a propulsiei, pe care se va monta elicea. Acest tip de flanșe sunt asemănătoare cu
flanșele de extensie folosite la montarea pe motorul Rotax pentru deplasarea elicei mai spre față,
având rol de îmbunătățire a curgerii aerodinamice și micșorare a nivelul ui de zgomot produs de
elice. Materialul din care este realizată flanșa față este aliaj de Aluminiu 2024 T3 . Greutatea
flanșei este de 0,56 kg.

Procese tehnologice:
1. Debitarea
a. Se fixează materialul de debitat, bara de aluminiu 2024 de diametru 140 mm, în
suporții de prindere
b. Se debitează cu ferăstrăul cu bandă tip OptiS275 , la lungimea de 80 mm
(P=2 kW / 380V )
2. Strunjire exterioară
a. Se fixează materialul pe strung
b. Se strunjește partea exterioară la diametrul 124 mm
c. Se desface și se verifică
3. Strunjire interi oară
a. Se fixează pe exterior materialul și se schimba cuțitul
b. Se strunjește pe interior la diametru 18 mm
4. Strunjire frontală de degajare capete
a. Se schimbă poziția piesei și cuțitul

87
b. Se strunjește capătul cu 4 mm la ambele capete
5. Strunjire exterioară mijloc
a. Se schimbă cuțitul de strunjire
b. Se strunjește exterior materialul din mijloc pe o lungime de 44 mm la diametrul 36
mm lăsând marginile interioare de rază 10 mm. Strujirea se execută de la capătul 1
lasând 15 mm de la capăt.
6. Strunjire de finisare capăt 2
a. Se schimba cuțitul și poziția piesei
b. Se strunjește la distanța 8 mm cu diametrul 47 mm
c. Se strunjește interior la diametru 40 pentru definirea buzei
7. Strunjire de finisare capăt 1
a. Se schimba poziția si cuțitul de strunjire
b. Se strunjește capătul 1 de 15 mm lăți me la diametrul 90 mm.
8. Găurire și filetare capăt 1
a. Se montează piesa pe mașina de găurit tip freză cu capătul 1 în sus
b. Se găuresc 6 găuri la diametrul 6 mm așezate circular egal la 37,5 mm de la centru
c. Se schimba burghiul cu unul de rectificare
d. Se rectific ă găurile la diametrul 6,2 mm și se teșește muchiile la 0,5 mm
e. Se montează tarod de filetare
f. Se filetează găurile la diametrul M7 filet cu pas de 1 mm pe dreapta
9. Găurire capăt 2
a. Se întoarce piesa și se fixează
b. Se găuresc 6 găuri așezate circular la distanț a de 50,8 mm de la centru cu diametrul
12,5 mm
c. Se schimbă burghiul
d. Se găuresc 6 găuri așezate circular la 40 mm de centru la diametrul 11,5 mm. Se
găuresc intercalat față de primul set de găuri.
e. Se schimbă burghiul
f. Se rectifică găurile de diametrul 12,5 mm la 13 mm și se schimbă burghiul
g. Se rectifică găurile de diametrul 11,5 mm la 12 mm
h. Se schimbă burghiul și se teșesc marginile găurilor la 1 mm.
10. Teșirea muchiilor
a. Se montează piesa pe strung
b. Se teșesc toate muchiile exterioare la 1 mm și toate muchiile int erioare la 2 mm
11. Finisare și executare control tehnic final.

88

 Flanșă spate
Flanșa spate, face posibilă montarea între motorul electric și cuplajul unisens. Forma este
mai simplă de realizat folosindu -se freza pentru majoritatea proceselor de prelucrare . Este
realizată din același material precum flanșa față, aluminiu 2024 T3, și are o greutate de 1,03 kg.

Procese tehnologice:
1. Debitarea
a. Se fixează semifabricatul de aluminiu 2024 T3 de diametru 200 mm
b. Se debitează cu ferăstrăul cu bandă tip OptiS275, la lu ngimea de 26 mm
(P=2 kW / 380V)
2. Frezare de finisare față 1
a. Se așează discul rezultat culcat pe o față și se fixează
b. Se frezează cu freza tip deget fața superioară la adâncimea 2 mm
3. Frezare de finisare față 2
a. Se întoarce piesa pe fața cealaltă și se fixează
b. Se frezează cu freza tip deget la 2 mm adâncime
4. Strunjire exterioară
a. Se montează piesa pe strung
b. Se strunjește muchia exterioară dintre cele 2 fețe la diametrul 185 mm
5. Frezare de degajare
a. Se fixează piesa cu fața 1 în sus
b. Se frezează fața 1 la 8 mm adânci me pe partea exterioară astfel încât se va definii
degajarea circulară de 106 mm diametru de pe mijlocul feței
6. Strunjire degajare
a. Se montează piesa pe strung
b. Se strunjește partea exterioară a de gajării astfel încât să se formeze o margine curbată
de rază 8 mm
7. Frezare de degajare
a. Se fixează piesa pe freză cu fața 2 în sus
b. Se frezează fața 2 la 3 mm adâncime, circular pe interior astfel încât se va crea o
adâncire a materialului cu diametrul 126 mm
8. Găurire
a. Se schimbă freza cu un burghiu
b. Se gaurește centrul di scului la diametrul 20 mm

89
c. Se schimbă burghiul
d. Se găuresc 6 găuri la diametrul 6,2 mm așezate circular la 37,5 mm de la centru pe
degajarea de pe fața 1
e. Se schimbă burghiul
f. Se găuresc 10 găuri așezate circular la 83 mm de la centru cu diametrul 8 mm
9. Găurire fața 2
a. Se fixează piesa cu fața 2 în sus
b. Se schimbă burghiul
c. Se găuresc cele 6 găuri la adâncimea 7 mm și diametrul 14 mm astfel încât se va crea
un locas pentru capul îngropat al șuruburilor de fixare
10. Teșire muchii găuri
a. Se schimbă burghiul
b. Se teșesc muc hiile găurilor la 0,5 mm
c. Se schimbă burghiul și se teșesc gaurile pentru cap îngropat la 1,5 mm
d. Se întoarce piesa și se schimbă burghiul
e. Se teșessc muchiile găurilor la 0,5 mm
11. Teșire muchii ascuțite
a. Se montează piesa pe strung
b. Se teșesc toate muchiile ascu țite la 1 mm
12. Finisare și executare control tehnic final.

1.2.Suportul motorului electric

Suportul motorului electric este format din țeavă și platband îndoite și sudate între ele. Se
vor prezenta pe scurt procesele de realizare a acestuia.

Procese tehnolo gice:
1. Debitare țeavă
a. Se fixează semifabricatul țeavă de diametrul 20 mm.
b. Se debitează 2 țevi cu ferăstrău l circular cu disc la lungimea 370 mm
2. Îndoire țeavă
a. Se prinde țeavă în menghină
b. Se îndoaie țeava în 2 locuri la 75 grade în direcții opuse
3. Sudare țevi

90
a. Se sudează țevile între ele în partea superioară astfel încât distanța dintre capetele de
jos să fie de 142 mm
b. Se sudează urech ile de prindere de 2 mm grosime cu gaură de 10,2 mm în cap etele de
jos ale țevilor
4. Debitare platband
a. Se fixează semifabricatul pl atband de grosime 2 mm și lățime 42 mm
b. Se debitează cu ferăstrăul circular cu disc la lungimea 635 mm
5. Sudare platband
a. Se îndoaie platbandul și se unesc capetele astfel încât să se formeze un cerc
b. Se sudează îmbinarea dintre capete
6. Sudare suport
a. Se așează c ercul de platband pe capetele superioare sudate ale țevilor și se fixează
b. Se sudează țevile și platbandul între ele
7. Găurire
a. Se găuresc 10 găuri de diametru 6 mm pe cercul de platband necesare pentru
montarea motorului electric
8. Vopsire
9. Executare control teh nic final.

91
2. Asamblarea elementelor

Componentele ansamblului propulsiv sunt reprezentate în figura 2.1.

Fig. 2.1. Elementele propulsiei hibride

Asamblarea sistemului propulsiv pe aeronavă se realizează ca în urmatoarele etape:
1. Montare flanșă spate p e cuplajul unisens
2. Montare suport pe motorul Rotax
3. Montare motor electric pe suport
4. Montare ansamblu cuplaj -flanșă între flanșa Rotax și motorul electric
5. Montare flanșă față pe elice
6. Montare ansamblu elice -flanșă pe motorul electric
7. Montare capotaj

92

Fig 2.2. Montare flanșă pe cuplaj

Fig. 2.3. Montare motor electric pe flanșă și cuplaj

93

Fig. 2.4. Cmontare ansamblu pe suport

Fig. 2.5. Montare flanșă față cu elice pe motorul electric

94

BIBLIOGRAFIE

[DEL 03] Gheorghe Deliu, Mecanica aeronav elor, Editura Albastră, 2003.
[PEA 07] Marian Pearsică, Mădălina Petrescu, Mașini electrice, Editura Academiei
Forțelor Aeriene „Henri Coandă”, 2007.
[SAV 11] Dan Săvescu, Organe de mașini, Editura Luxlibris, 2011.
[WWW 01] Regulamente EASA, https://www.easa.europa.eu
[WWW 02 ] https://www.flyrotax.com/home.html
[WWW 03 ] http://www.pipistrel.si/
[WWW 04] http://mymobilemms.com/OFFTHEGRIDWATER.CA/Brushless –
Motor/70KW -LARGE -BRUSHLESS -MOTOR -150-PLUS -HP-HALBACH –
MOTOR
[WWW 05] https://cnqd007.en.made -in-china.com/product/RShJurbAYWke/China -Fbf-
Sprag -One-Way -Clutch -Bearing -Complete -Freewheels -with-Flange .html
[WWW 06] http://www.aviagamma.ru/english.html

[WWW 07] http://www.sabermfg.com/extensions.htm