Propulsia hibridă este acea propulsie alcătuită dintr-o combinație de două sau mai multe motoare. Cea mai utilizată combinație este cea dintre un… [304323]

CUPRINS

PARTEA I

CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA

Stadiul actual

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.

[anonimizat]. [anonimizat]:

Pipistrel Hypstair

Pipistrel este o [anonimizat] 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 în anul 2016 și dezvoltă o putere de 200 kW, fiind astfel cea mai puternică propulsie hibridă aparută în domeniul aeronautic în acel an. [anonimizat], și cu motorul termic cu rol de generare de energie electrică. [anonimizat], folosindu-se în schimb motorul electric. Propulsia folosește o putere de aproximativ 200 kW la zborul în urcare și 150 kW pentru zborul de croazieră.

Fig. 1.1. Propulsia Hypstair pe o aeronava Pipistrel

Siemens DA36 E-[anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat]. Scopul producătorilor este de a scădea consumul de combustibil și de a maximiza eficiența sistemului. Totodată, este redus și nivelul de zgomot.

Motorul electric dezvoltă 94 cai putere (70 kW) folosindu-[anonimizat] 40 cai putere la zborul de croazieră.

[anonimizat] a avionului este 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. [anonimizat], o [anonimizat] a [anonimizat]. [anonimizat]. Echipamentul are mai multe moduri de lucru acestea fiind: antrenarea elicei de către fiecare motor în parte sau antrenarea ambelor motoare (electric și termic), [anonimizat]. 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. Ansamblul 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 Flight 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 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. Prototip propulsie hibridă a Flight Design

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 astfel 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 despre 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 aviației. 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, cablurile 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 aceștia 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 baterie trebuie să fie în așa fel construită astfel încât să permită o circulație a cât de multă energie electrică este necesară pentru consum.

Se poate considera folosirea motorului ca generator pentru încărcarea bateriilor pentru zborul în coborâre.

Temperatura 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.

Caracteristicile bateriei și avariile 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 sa minimizeze efectele avariilor.

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 cantitate 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 minimizeze riscul de scurt circuit sau electroșoc în sistemele de înaltă tensiune (high voltage).

Sustenabilitatea și fiabilitatea bateriilor trebuie demonstrată bazându-se pe experiență și teste sau pe un plan acceptat de EASA. Bateriile și celulele bateriilor 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.

Design conceptual

Scop

Prezentul proiect face referire 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 hibrid 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 adăugarea unei surse de propulsie alta față de motorul termic deja existent pe aeronavă, adică un motor electric.

Astfel, propulsia hibridă rezultată va fi formată din 2 parți:

Propulsia cu motor termic deja existent pe aeronavă (ex: Rotax).

Propulsia suplimentară cu motor electric și componentele 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 transmis către elicea avionului

existența unei propulsii îmbunătățite 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 defecțiunile apărute la motorul termic.

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 la 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 suport de montare pe structura 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 părți ale motorului termic sau ale aeronavei în dezvoltare.

Despre propulsia hibridă

În esență, orice automobil 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 existente deja.

Sistemele hibride sunt clasificate în 3 categorii după structura asamblării:

Hibrid paralel

În acest tip de sistem, motorul termic si cel electric sunt amplasate și transmit mișcarea de rotație prin același ax, motorul electric deobicei doar ajutând motorul termic.

Hibrid serie

Cel mai vechi tip de vehicul cu propulsie hibridă serie este locomotiva diesel-electrică. Aici nu există baterie, sistemul fiind compus dintr-un generator și mai multe motoare electrice care propulsează locomotiva.

Hibrid serie-paralel

Acest tip de propulsie hibridă 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, motorul electric 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 electric, cel termic fiind oprit.

Odată ales tipul de propulsie, se va trece la alegerea motorului electric și se va creea o modalitate de asamblarea a acestuia pe aeronavă.

Alegerea și amplasarea motorului electric

Componenta principală a propulsiei electrice 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 sunt formate din 2 părți principale: statorul și rotorul, adică partea motorului care stă fixă pe montaj, respectiv partea care se rotește. Una din părți va fi compusă din multiple bobine care vor creea câmpul magnetic alimentate de un curent electric continuu (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 metalice 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 necesitatea 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 folosirii periilor colectoare, cele 2 componente se asamblează doar cu ajutorul rulmenților. Acestea necesită în schimb un controller pentru controlul fazelor. Au un randament mai bun și dezvoltă un cuplu mai mare, având o eficiență de 80% – 90% (fig. 3.1 dreapta).

Motorul ales 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 electric în zona motorului Rotax. Acest lucru este influențat de încă un tip de clasificare a motoarelor electrice: motoare inrunner și outrunner. După cum spune și numele, motoarele inrunner sunt cele la care rotorul se afla în interior înconjurat de stator (fig. 3.2 stânga); iar la cele outrunner rotorul este pe exterior adică exteriorul se rotește (fig. 3.2 dreapta).

De menționat este faptul că motoarele electrice outrunner 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 aeronavei în dezvoltare.

Poziționarea motorului electric se poate face în fața motorului Rotax pe arborele 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 cazul motorului de la Flight Design. Dar 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.

Fig. 3.3. Motorul Rotax 912 cu echipamente adiționale

Singura posibilitate de poziționare a motorului electric va fi așadar, în fața 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 caz, 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 alimentării cu energie electrică. Un alt factor care ne interzice folosirea unui motor outrunner este următorul: în cazul folosirii motorului termic, motorul electric va trebui „blocat” pentru transmiterea completă a momentului 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 permisă 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 Rotax 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 în kW (kilowați), după care forma constructivă, dimensiuni sau tensiunea de alimentare. Majoritatea producătorilor pot realiza motoarele electrice după puterea dezvoltată, turație, tensiune și curentul de alimentare care se doresc, totul realizându-se pe baza unor calcule de electrotehnică, 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 și un cuplu de 103 Nm la o turație maximă de 5800 rot/min.

Având in vedere aceste specificații și faptul că se dorește propulsarea aeronavei în zborul orizontal de croazieră cu motorul electric, atunci, acesta va trebui să asigure specificațiile minime necesare. Pe piață există diferite motoare de putere cu valori de 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 să creeze motoare necesare 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 automobile. Turația motorului este influențată de voltajul cu care este alimentat. Deoarece spectrul de turație va fi 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 partea a doua a proiectului.

Fig. 3.5. Motorul electric MP154120 folosit pentru propulsia hibridă

Fig. 3.6. Desenul tehnic cu cotele motorului electric

Alegerea cuplajului

A doua componentă a propulsiei electrice o reprezintă cuplajul, care este indispensabil. Rolul principal al cuplajului este de a întrerupe transmisia atunci când propulsia este realizată doar de motorul electric. În acel moment motorul termic va fi oprit, iar rotirea arborelui acestuia de către motorul electric este interzisă deoarece va cauza defecțiuni grave și distrugeri interne ale motorului termic. Cuplajul se va amplasa între motorul termic și cel electric.

Există 2 tipuri de cuplaj disponibile pentru montaj:

Cuplaj intermitent

Cuplaj unisens (fig. 3.7)

Cuplajul intermitent poate 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 siguranță, 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, folosită 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 inelelor, creând frecare mare și blocînd cuplajul. Cuplajele de acest gen funcționează la turații mari și pot transmite valori mari ale cuplului, iar datorită principiului de funcționare simplu, rata defecțiunilor 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 electric până 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 cuplajului transmisia va fi întreruptă și 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 foarte 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 cuplaj unisens care se poate monta direct pe flanșa motorului Rotax.

Astfel s-a adoptat dimensional un cuplaj iar una din părțiile de montare s-a reproiectat și 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 Rotax 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. Dimensiunile complete se găsesc în anexa nr. 4.

Fig. 3.9. Cuplajul unisens GFRN

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 fost 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 motorul 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 electrică. 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 doar de blocul motor al motorului Rotax. Locul unde suportul se poate monta pe motorul Rotax este în partea de jos a acestuia.

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 care 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 montaj

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 motorului 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

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 Part după care se asamblează în modulul Assembly al software-ului SolidWorks.

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 modulul Assembly. 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 diametrului rotorului.

Fig. 4.1. Dimensiunile de capăt ale 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 flanșe de capăt de grosime 15 mm (fig. 4.3).

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).

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 grade cu 0,5 mm, 1 mm respectiv 2 mm după cum se văd formate în figura 4.6.

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.

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

Se crează alt model pentru realizarea carcasei și bobinelor statorului. Se formează întregul stator tot cu funcția Boss Extrude. După care se decupează din capete pentru a se simula forma bobinelor 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 pe suprafața exterioară a învelișului se crează canalele de întărire cu funcția Cut Sweep la 10 mm între ele (fig. 4.11). Fețele 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 înveliș.

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, diametrul interior de 90 mm și lățimea 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 interferențe cu părțile în mișcare ale flanșei. Motorul electric în forma finală este reprezentat in figura 4.13.

Fig. 4.12. Statorul și rotorul cu rulmenții

Fig. 4.13. Motorul electric

Cuplaj unisens

Asemenea motorului electric, cuplajul se va modela după dimensiunile date de producător care sunt prezente 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, cuplajul 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. Creearea 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 și 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 acestea sunt afișate desfășurat în figura 4.15.

Fig. 4.15. Rulmenții, partea 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 capăt 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

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 modelarea 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 primului 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.

Fig. 4.18. Formarea capătului 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

Fig. 4.20. Teșirea muchiilor și realizarea canalului

Mai departe se va realiza o gaură de 18 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 față este reprezentată în figura următoare.

Fig. 4.21. Flanșa față

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 precum la flanșa față. Se va începe prin formarea corpului principal și imlicit a feței care vine pe cuplaj (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 aferente montării motorului electric. Muchia din jurul bosajului se va rotunji cu 8 mm.

Fig. 4.23. Realizarea bosajului și găurilor

Pe partea opusă, se va creea o adâncitură de diametru 126 mm pentru a nu exista interferențe cu părțile în mișcare ale cuplajului, 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 îngropat

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

Proiectare suport

Suportul propulsiei electrice 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 142 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 linia cu o rază de 20 mm (fig. 4.28).

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.

Fig. 4.29. Creearea cadrului din țevi cu funcția Sweep

Fig. 4.30. Suportul motorului electric

Propulsia 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.

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 Rotax 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:

Propulsie electrică

Flanșă față

Motor electric

Flanșă spate

Cuplaj unisens

Suport

Propulsie termică (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 avionului (fig. 4.34).

Fig. 4.34. Propulsia hibridă montată (vedere cu capotajul aeronavei)

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

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 cuvinte 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 greutate 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 acesteia, 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 Slovenia. 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

Centrajul aeronavei se bazează pe masa și poziția pe axa longitudinală, a fiecarei componente în parte. Distanța pe axa longitudinală Xc este distanța de la originea care se află în fața avionului, până la centrul de greutate a componentei respective. Axa longitudinală va fi X în cazul nostru, iar din motive de simetrie folosirea celorlalte axe nu este necesară. Aceste date se 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 540 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.

Centrele de masă ale componentelor

Pentru fuselaj și aripi centrul de greutate se va afla prin metoda 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

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/fuselajului. Pentru asta se folosește coeficientul de proporționalitate cp:

Unde:

m – masa fuselajului/aripii

Si – suprafața componentei

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

Unde:

mi – masa componentei

cp – coeficientul de proporționalitate

Masa componentei împreună cu abscisa centrului de masă xi (distanța pe axa longitudinală de la origine la centrul de greutate al componentei respective) se vor centraliza în tabelul 5.1 pentru fuselaj, respectiv 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

Tab. 5.1. Componentele geometrice ale fuselajului (suprafața, masa, abscisa)

Suprafața totală pentru jumătate din fuselaj este de 968 cm2 deci rezultă 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.

Tab. 5.2. Componentele aripii

Coeficientul de proporționalitate al aripii este:

Așadar abscisa centrului de masă al aripii 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.

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 hibrid.

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.

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.

Fig. 5.5. Propulsia hibridă montată și centrele de masă

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.

Tab. 5.3. Abscisele centrelor de masă și masa elementelor avionului

În continuare se va calcula centrajul pentru ambele configurații ale avionului. Prima va fi pentru configurația originală și apoi pentru configurația cu propulsia hibridă montată pentru identificarea deplasării 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 aceiași 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 = c0 / ce

Deci:

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 coarda la încastrare a aripi reale, deci și bordurile de atac ale aripilor se vor afla în aceiași zonă.

Măsurată pe desenul avionului coarda medie aerodinamică se află în intervalul 200 cm – 290 cm de la origine.

Centrul de masă al avionului se calculează cu 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 piloți care au impreună 180 kg, 80% combustibil, și 20 kg de bagaje.

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

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.

Conform specificațiilor avionului, centrul de masă al acestuia trebuie să 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 38% = 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 necesită recentraj.

Analiza cu metoda elementelor finite a suportului

Calculul forțelor

Suportul care a fost proiectat pentru a susține motorul electric împreună cu cel ce susține întreaga propulsie hibridă, vor trebui analizați prin metoda elementelor finite la forțele care acționează asupra lor. Pentru aceasta se folosește software-ul ANSYS în care se vor introduce formele 3D ale suporților, și toate forțele care acționează asupra acestora. În cadrul analizei se vor analiza deformațiile totale, oboseala, stresul și fenomenul de flambaj în 6 moduri.

Suportul care a fost proiectat la punctul 4.4 susține motorul electric pentru a nu se roti, și totodată îi susține o parte din greutate și preia din forța de tracțiune. Deci asupra acestuia acționează un moment de răsucire, și 2 forțe, una pe verticală și una pe axa longitudinală.

Momentul de răsucire îl 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 forțelor există 4 cazuri de calcul cu sarcini de calcul simetrice și sarcini de calcul nesimetrice. Acestea calculează cuplul, tracțiunea, forța verticală și cea laterală.

Cazul I

Tracțiunea T1

Cuplul reactiv al elicei C1

Foța verticală N1

Cazul II

Tracțiunea T2

Se folosește aceiași formulă, iar în loc de v se folosește Va care este viteza minimă de manevră:

Cuplul C2

C2 = C1 = 57,3 N

Forța veticală N2

Cazul III

Forța verticală N3

Forța laterală L3

nL > 1/3 * na

1,4 > 1,33

Cazul IV

Forța verticală N4

N4 = N2 = 5292 N

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

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, valorile care acționează doar asupra suportului 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 putea 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 „Moment”.

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 veticală 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.

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. Deformația totală pentru cazul 1 al suportului

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 pentru suportul motor

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

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 rezultate 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

Se poate observa că deformațiile apar prepoderent pe capetele barelor de montaj al motorului termic, 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 conform 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 deformație normală.

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).

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 MPa (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 puțin 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.

Fig. 6.2.10. Flambajul cazului 2

Cazul 3

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

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

Pentru deformația totală prezentă în cazul 3, situația se schimbă ca rezultat a schimbării 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 cazul 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.

Fig. 6.2.14. Stresul pentru cazul 3

Față de analiza flambajului din figura 6.2.15, 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 analiză. Cum suportul motorului Rotax nu are probleme în acest caz, se poate trece la analizarea suportului motorului electric.

Fig. 6.2.15. Flambajul apărut în cazul 3 de analiză

Analiza suportului propulsiei electrice

Suportul propulsiei electrice 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 tracțiune, 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 alege aceste valori pentru simplificarea calculelor și ca coeficient de siguranță.

Valorile recalculate pentru introducerea în software-ul ANSYS se află in tabelul 6.2.

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 această 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 atenția 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, iar 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.

Fig. 6.3.1. Forțele ce acționează asupra suportului motorului electric

Fig. 6.3.2. Deformația 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.

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 zone 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.

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 considerare. 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 laterală care deplasează suportul spre dreapta și în jos, precum este afișat în figura 6.3.6.

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.

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.

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 acceptabile.

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 mai 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 suportul 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.

Analiza CFD a ansamblului

Pentru 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 modificarea 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 avionului, 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 modelarea 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 motorului 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.

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 rotație 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.

Analiza presiunilor

Prima analiză a presiunilor, 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

În această analiză diferența dintre cele 2 configurații a făcut 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 zona 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 exterior. Observând indicele, luăm ca exemplu valoarea de 101600 Pa care pentru propulsia hibridă apare pe părțiile frontale, altfel apărând mai în spatele capotajului.

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 decât 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.

Fig. 7.6. Analiza presiunilor 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 care scapă în interior iesi afară tot pe aceieași intrare (fig. 7.7).

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

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

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

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. Viteza 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 cunosc influențele asupra stratului limită, dar gândindu-ne la presiunea mărită, poate fi posibilă o îngustare a acestuia.

Fig. 7.11. Viteza de curgere de pe suprafețe

Fig. 7.12. Viteza de curgere în jurul motorului electric

Viteza de curgere în spațiu se vede clar în figurile 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 altfel ar fi trebuit să curgă laminar și cu viteză constantă.

În interiorul capotajului aerul este transformat într-un haos de curgeri turbulente la viteză mică. Aerul circulă în toate direcțiile și niciodată pe același traseu printre cablurile, furtunele și toate echipamentele 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

Analiza coeficientului de rezistență 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 implicit 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 pentru 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.

PARTEA a II-a

ASPECTE TEHNOLOGICE

Procesele tehnologice

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

Flanșe

Procesele de prelucrare 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 componentă 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 nivelului 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:

Debitarea

Se fixează materialul de debitat, bara de aluminiu 2024 de diametru 140 mm, în suporții de prindere

Se debitează cu ferăstrăul cu bandă tip OptiS275, la lungimea de 80 mm

(P=2 kW / 380V)

Strunjire exterioară

Se fixează materialul pe strung

Se strunjește partea exterioară la diametrul 124 mm

Se desface și se verifică

Strunjire interioară

Se fixează pe exterior materialul și se schimba cuțitul

Se strunjește pe interior la diametru 18 mm

Strunjire frontală de degajare capete

Se schimbă poziția piesei și cuțitul

Se strunjește capătul cu 4 mm la ambele capete

Strunjire exterioară mijloc

Se schimbă cuțitul de strunjire

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.

Strunjire de finisare capăt 2

Se schimba cuțitul și poziția piesei

Se strunjește la distanța 8 mm cu diametrul 47 mm

Se strunjește interior la diametru 40 pentru definirea buzei

Strunjire de finisare capăt 1

Se schimba poziția si cuțitul de strunjire

Se strunjește capătul 1 de 15 mm lățime la diametrul 90 mm.

Găurire și filetare capăt 1

Se montează piesa pe mașina de găurit tip freză cu capătul 1 în sus

Se găuresc 6 găuri la diametrul 6 mm așezate circular egal la 37,5 mm de la centru

Se schimba burghiul cu unul de rectificare

Se rectifică găurile la diametrul 6,2 mm și se teșește muchiile la 0,5 mm

Se montează tarod de filetare

Se filetează găurile la diametrul M7 filet cu pas de 1 mm pe dreapta

Găurire capăt 2

Se întoarce piesa și se fixează

Se găuresc 6 găuri așezate circular la distanța de 50,8 mm de la centru cu diametrul 12,5 mm

Se schimbă burghiul

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.

Se schimbă burghiul

Se rectifică găurile de diametrul 12,5 mm la 13 mm și se schimbă burghiul

Se rectifică găurile de diametrul 11,5 mm la 12 mm

Se schimbă burghiul și se teșesc marginile găurilor la 1 mm.

Teșirea muchiilor

Se montează piesa pe strung

Se teșesc toate muchiile exterioare la 1 mm și toate muchiile interioare la 2 mm

Finisare și executare control tehnic final.

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:

Debitarea

Se fixează semifabricatul de aluminiu 2024 T3 de diametru 200 mm

Se debitează cu ferăstrăul cu bandă tip OptiS275, la lungimea de 26 mm

(P=2 kW / 380V)

Frezare de finisare față 1

Se așează discul rezultat culcat pe o față și se fixează

Se frezează cu freza tip deget fața superioară la adâncimea 2 mm

Frezare de finisare față 2

Se întoarce piesa pe fața cealaltă și se fixează

Se frezează cu freza tip deget la 2 mm adâncime

Strunjire exterioară

Se montează piesa pe strung

Se strunjește muchia exterioară dintre cele 2 fețe la diametrul 185 mm

Frezare de degajare

Se fixează piesa cu fața 1 în sus

Se frezează fața 1 la 8 mm adâncime pe partea exterioară astfel încât se va definii degajarea circulară de 106 mm diametru de pe mijlocul feței

Strunjire degajare

Se montează piesa pe strung

Se strunjește partea exterioară a degajării astfel încât să se formeze o margine curbată de rază 8 mm

Frezare de degajare

Se fixează piesa pe freză cu fața 2 în sus

Se frezează fața 2 la 3 mm adâncime, circular pe interior astfel încât se va crea o adâncire a materialului cu diametrul 126 mm

Găurire

Se schimbă freza cu un burghiu

Se gaurește centrul discului la diametrul 20 mm

Se schimbă burghiul

Se găuresc 6 găuri la diametrul 6,2 mm așezate circular la 37,5 mm de la centru pe degajarea de pe fața 1

Se schimbă burghiul

Se găuresc 10 găuri așezate circular la 83 mm de la centru cu diametrul 8 mm

Găurire fața 2

Se fixează piesa cu fața 2 în sus

Se schimbă burghiul

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

Teșire muchii găuri

Se schimbă burghiul

Se teșesc muchiile găurilor la 0,5 mm

Se schimbă burghiul și se teșesc gaurile pentru cap îngropat la 1,5 mm

Se întoarce piesa și se schimbă burghiul

Se teșessc muchiile găurilor la 0,5 mm

Teșire muchii ascuțite

Se montează piesa pe strung

Se teșesc toate muchiile ascuțite la 1 mm

Finisare și executare control tehnic final.

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 tehnologice:

Debitare țeavă

Se fixează semifabricatul țeavă de diametrul 20 mm.

Se debitează 2 țevi cu ferăstrăul circular cu disc la lungimea 370 mm

Îndoire țeavă

Se prinde țeavă în menghină

Se îndoaie țeava în 2 locuri la 75 grade în direcții opuse

Sudare țevi

Se sudează țevile între ele în partea superioară astfel încât distanța dintre capetele de jos să fie de 142 mm

Se sudează urechile de prindere de 2 mm grosime cu gaură de 10,2 mm în capetele de jos ale țevilor

Debitare platband

Se fixează semifabricatul platband de grosime 2 mm și lățime 42 mm

Se debitează cu ferăstrăul circular cu disc la lungimea 635 mm

Sudare platband

Se îndoaie platbandul și se unesc capetele astfel încât să se formeze un cerc

Se sudează îmbinarea dintre capete

Sudare suport

Se așează cercul de platband pe capetele superioare sudate ale țevilor și se fixează

Se sudează țevile și platbandul între ele

Găurire

Se găuresc 10 găuri de diametru 6 mm pe cercul de platband necesare pentru montarea motorului electric

Vopsire

Executare control tehnic final.

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:

Montare flanșă spate pe cuplajul unisens

Montare suport pe motorul Rotax

Montare motor electric pe suport

Montare ansamblu cuplaj-flanșă între flanșa Rotax și motorul electric

Montare flanșă față pe elice

Montare ansamblu elice-flanșă pe motorul electric

Montare capotaj

Fig 2.2. Montare flanșă pe cuplaj

Fig. 2.3. Montare motor electric pe flanșă și cuplaj

Fig. 2.4. Cmontare ansamblu pe suport

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

BIBLIOGRAFIE