Le gondole motori 64 5. DIMENSIONAMENTO DELLE GONDOLE MOTORI Nell’ambito della progettazione aeronautica sempre maggior importanza stanno assumendo i requisiti di efficienza dei propulsori del velivolo, così da ridurre costi, consumi ed anche i rumori di funzionamento dei motori. E sempre più spesso è opportuna una corretta progettazione delle gondole motori che, a dispetto di quanto si è portati di solito a pensare, hanno una notevole influenza sui parametri aerodinamici caratteristici del velivolo. Per tale motivo all’interno di ADAS 2.0 è stata creata un’apposita sezione che permetterà all’utente di calcolare in modo preciso tutte le caratteristiche geometriche ed aerodinamiche delle nacelles, semplicemente partendo dalle caratteristiche di spinta e/o potenza dei propulsori. 5.1 Le leggi statistiche di dimensionamento preliminare Per la creazione di un algoritmo che permettesse di progettare le gondole in modo appropriato si è deciso di seguire la strada dello studio statistico, rapportando per un elevato numero di velivoli i valori di spinta
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5. DIMENSIONAMENTO DELLE GONDOLE MOTORIwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/PGV_2012/MAT_ESERCIT...Figura 5.5 – Andamento della lunghezza della nace lle in funzione della potenza per
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Le gondole motori
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5. DIMENSIONAMENTO DELLE GONDOLE MOTORI
Nell’ambito della progettazione aeronautica sempre maggior
importanza stanno assumendo i requisiti di efficienza dei propulsori del
velivolo, così da ridurre costi, consumi ed anche i rumori di
funzionamento dei motori. E sempre più spesso è opportuna una corretta
progettazione delle gondole motori che, a dispetto di quanto si è portati
di solito a pensare, hanno una notevole influenza sui parametri
aerodinamici caratteristici del velivolo. Per tale motivo all’interno di
ADAS 2.0 è stata creata un’apposita sezione che permetterà all’utente di
calcolare in modo preciso tutte le caratteristiche geometriche ed
aerodinamiche delle nacelles, semplicemente partendo dalle
caratteristiche di spinta e/o potenza dei propulsori.
5.1 Le leggi statistiche di dimensionamento preliminare
Per la creazione di un algoritmo che permettesse di progettare le
gondole in modo appropriato si è deciso di seguire la strada dello studio
statistico, rapportando per un elevato numero di velivoli i valori di spinta
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o potenza e quelli relativi alle dimensioni degli stessi. In particolare si
può scindere il discorso per quanto riguarda i velivoli da trasporto a getto
e quelli propulsi ad elica, dato che per i primi si è seguito il
procedimento già esposto dal Prof. Charlie Svoboda (v. Bibliografia
[31]), mentre per i secondi si è dovuto partire da zero, così come
spiegato di seguito.
5.1.1 Dimensionamento delle gondole motori per i velivoli propulsi a getto
Nel 2000 il Prof. Svoboda, docente di discipline aeronautiche presso
l’Università del Kansas, ha pubblicato un report nel quale ha spiegato
come, partendo dallo studio di un certo numero di velivoli turbofan, egli
sia stato in grado di ottenere delle curve caratteristiche descrittive
dell’andamento di taluni parametri delle gondole motori al variare delle
spinte.
Partendo da un database, la cui creazione data il 1996, nel quale sono
state inserite le diverse caratteristiche relative a quasi tutti i turbofan
presenti al mondo, purchè con un rapporto di bypass “BPR” maggiore
di 2, sono stati confrontati e graficati i valori della spinta al decollo
“TTO” di ogni singolo motore con i valori di lunghezza della gondola
“LN” e diametro massimo della stessa “DN”. Sono quindi stati esaminati i
grafici per verificare la possibilità di ricavare una curva che descrivesse
l’andamento dei valori riportati su di essi, e da qui è stato possibile
ricavare le seguenti equazioni:
][59.040][ lbTinL TON += (5.1)
][39.05][ lbTinD TON += (5.2)
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Le curve sono le seguenti:
Figura 5.1 – Andamento della lunghezza della nacelle al variare della spinta massima
Figura 5.2 – Andamento del diametro massimo della nacelle al variare della spinta massima
Sui due grafici precedenti è opportuno fare delle precisazioni: anzitutto
l’andamento è ovviamente un andamento di massima e le variazioni
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rispetto allo stesso di taluni valori, in particolare per ciò che concerne la
figura 5.1, sono da attribuirsi anche alla notevole differenza d’età tra
alcuni propulsori e da qui quindi alle notevoli differenze di efficienza tra
i motori più anziani e quelli il cui progetto è più recente.
Circa la figura 5.1, è facile notare come la lunghezza aumenti in modo
significativo per spinte inferiori alle 10.000 libbre, mentre al di sopra di
tale valore l’andamento è più dolce e lineare; inoltre va sottolineato
come la lunghezza, pur determinata dai parametri costruttivi del motore,
quali numero di stadi di compressore e turbina – che ovviamente sono
parametri arbitrari scelti in base al know-how ed alle capacità del
costruttore, non dovrebbe mai superare i 225 pollici, per non incorrere in
problemi strutturali ed aerodinamici.
La figura 5.2 mostra invece un andamento maggiormente parabolico, in
accordo con la legge di variazione tra portata d’aria e superficie della
sezione della gondola motore.
Tramite le formule (5.1) e (5.2) è stato quindi semplice ottenere
l’algoritmo che permettesse di calcolare le dimensioni di ogni singola
nacelle di un velivolo propulso a getto, semplicemente partendo dal
valore della massima spinta al decollo “T0 TAKE-OFF”.
5.1.2 Dimensionamento delle gondole motori per i velivoli propulsi ad elica
Per i velivoli propulsi ad elica non esisteva materiale relativo al
dimensionamento delle gondole motori, perciò, ispirandoci a quanto
fatto dal Prof. Svoboda, è stato necessario creare un database nel quale
fossero riportati, per una quarantina di velivoli, i valori della potenza
all’albero “Πa” e delle dimensioni delle gondole motore, così da poter
poi valutare la possibilità di ricavare una curva che descrivesse con
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buona approssimazione statistica l’andamento delle singole
caratteristiche geometriche al variare della potenza. I valori sono stati
ottenuti da Bibliografia [32] e da Bibliografia [27], da cui sono stati presi
anche i trittici dei velivoli scelti, nonché sfruttando le risorse della rete
Internet. Il problema iniziale è stato infatti quello di conoscere i valori
geometrici delle nacelles, non riportati nelle specifiche dei velivoli, né
sui siti dei costruttori dei propulsori; si sono perciò sfruttati i trittici,
come quello riportato in figura 5.3, dai quali si sono ricavate le misure in
scala delle dimensioni delle gondole di ogni singolo velivolo e da qui,
conoscendo le dimensioni reali ed in scala dell’apertura alare “b”, si
sono potute calcolare le dimensioni vere di lunghezza “LN”, ampiezza
“WN” ed altezza “HN” di ogni singola nacelle. Il tutto è stato poi
riportato nell’elenco mostrato nella prossima pagina:
Figura 5.3 – Trittico di un velivolo bimotore ad elica sfruttato per il calcolo delle dimensioni
delle gondole motori inserite nel database di figura 5.4
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In prima approssimazione si è pensato di graficare insieme tutti i valori,