per trasmissioni di elicottero POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Industriale Laurea In Ingegneria Meccanica Progetto di banchi prova per caratterizzazione sperimentale di ventilatori di raffreddamento per trasmissioni di elicottero Tutor universitario: Prof. Paolo Gaetani Tutor aziendale: Ing. Alberto Introini Stefano Luigi Rossi – Matricola 700138 Anno Accademico 2010/2011

SINTESI DELL’ATTIVITA’ TIROCINIO AZIENDA AGUSTA WESTLAND Laboratorio trasmissioni (Cascina Costa di Samarate – Varese) SINTESI DELL’ATTIVITA’ Fase iniziale di studio delle più recenti normative ISO. Familiarizzazione con il sistema di raffreddamento della trasmissione principale di un elicottero e con i progetti delle ventole oggetto delle prove. Selezione e scelta degli strumenti di misura. Stesura della procedure di prova. Dimensionamento costruttivo dei banchi prova e scelta del layout ottimale sulla base dei requisiti di progetto.

VENTILATORI Ventilatore assiale AV170 Regime di rotazione nominale: 18100 rpm Portata elaborata: 2,1 m3/s Raffreddamento dell’olio della trasmissione principale dell’elicottero HN-90 Il banco prova di questo componente viene realizzato riqualificando il Banco Prova Lubrificazione dell’elicottero EH101, caratterizzato già da un trascinamento meccanico compatibile con quello richiesto dalla ventola.

VENTILATORI Ventilatore centrifugo AW169 Regime di rotazione: 15993 – 22069 rpm Portata elaborata: 0,7 – 1 m3/s Raffreddamento dell’olio della trasmissione principale dell’ elicottero AW169 Il banco prova di questo componente viene progettato ex-novo e sarà installato in un locale dedicato

RADDRIZZATORI DI FLUSSO Eliminare i fenomeni vorticosi prodotti dalla rotazione della girante ed avere un flusso uniforme a valle della ventola Raddrizzatore a fascio tubiero Raddrizzatore a stella Raddrizzatore AMCA Semplice da realizzare Elevata protezione Pregi di stella e AMCA Scarsa protezione Complesso da realizzare Peso

BANCO PROVA AV170 Per rispettare i limiti imposti dalla normativa ISO 3966 e per non avere velocità troppo elevate, si è scelto di usare un condotto con diametro interno D = 250 mm 2530 Raddrizzatore Ventola D D 2D 5D D PRESE DI PRESSIONE SEZIONE DI MISURA Sezione di misura Disco con 6 cave per permettere allo strumento di misura di raggiungere tutti i 25 punti previsti dalla normativa Strumenti di misura Anemometro a filo caldo e Tubo di Pitot

BANCO PROVA AV170 TRASCINAMENTO VENTOLA IN PROVA RADDRIZZATORE SEZIONE DI MISURA Su questo banco verranno eseguite solo prove di caratterizzazione per verificare che la portata elaborata dalla ventola e la velocità del flusso allo scarico siano conformi con i dati di progetto.

PROVE SULLA VENTOLA AW169 Sulla ventola AW169 verranno eseguite una seria di prove volte alla qualifica ed all’accettazione del componente. Principali prove specificate nel QTP (Qualification test plan) Test di durata 2000h di funzionamento continuo Test di fatica 240000 cicli di avvio e arresto Prove in condizioni operative per simulare le effettive condizioni di funzionamento della ventola sul velivolo

BANCO PROVA AW169 SCARICO VENTOLA ASPIRAZIONE CONSOLLE CENTRALINA SCALDA OLIO RISCALDATORE + SCAMBIATORE

BANCO PROVA AW169 VENTOLA SCARICO VENTURIMETRO RADDRIZZATORE CONDOTTO DI RICIRCOLO RADDRIZZATORE VENTURIMETRO RISCALADATORE E SCAMBIATORE ASPIRAZIONE Viene prevista la possibilità di ricircolare la portata in uscita dalla ventola in modo da utilizzare aria con temperatura superiore rispetto a quella ambiente e poter quindi limitare l’uso del riscaldatore

ASSIEME DEI COMPONENTI IN PROVA La ventola viene testata anche unitamente al radiatore dell’olio. RADIATORE OLIO “ASPIRATO” VENTOLA

PROVE IN CONDIZIONI OPERATIVE RISCALDATORE + SCAMBIATORE PROVE SENZA IL RADIATORE DELL’OLIO Per riprodurre le effettive condizioni di impiego del componente sul velivolo è richiesta una temperatura dell’aria in ingresso alla ventola di 105 °C PROVE CON IL RADIATORE DELL’OLIO Sapendo che il radiatore fornisce un incremento di temperatura di 55 °C, per avere 105 °C in ingresso alla ventola, occorre che l’aria all’ingresso del radiatore abbia una temperatura di 50 °C RISCALDATORE Per innalzare la temperatura dell’aria fino a quella operativa richiesta. RISCALDATORE + SCAMBIATORE Per basse percentuali di ricircolo occorre riscaldare l’aria in ingresso al radiatore. Per elevate percentuali di ricircolo occorre raffreddare l’aria in ingresso al radiatore.

DIMENSIONAMENTO RISCALDATORE PROVE SENZA IL RADIATORE DELL’OLIO Il riscaldatore che viene usato è formato da blocchi di resistenze elettriche. La potenza richiesta varia tra 76,22 kW senza ricircolo di portata e 2,68 kW ricircolando l’85% della portata. Per motivi economici e di compattezza del componente, si è scelto di limitare la potenza del riscaldatore a 20 kW, a cui corrisponde un ricircolo di portata del 65%.

DIMENSIONAMENTO RISCALDATORE PROVE CON IL RADIATORE DELL’OLIO Per queste prove viene usato il medesimo riscaldatore delle prove senza il radiatore. La potenza richiesta varia tra 25,41 kW senza ricircolo di portata e 210 W ricircolando il 35% della portata. Tenendo sempre 20 kW come limite massimo di potenza, in questo tipo di prove occorre effettuare sempre almeno il 10% di ricircolo.

DIMENSIONAMENTO SCAMBIATORE DI CALORE Lo scambiatore di calore utilizza come fluido refrigerante 10 m3/h di acqua a 25 °C Aria Acqua fredda calda La superficie di scambio termico richiesta varia tra 2,95 m2 se si ricircola il 40% di portata e 25,53 m2 ricircolando il 100% della portata. Si sceglie di installare uno scambiatore con la massima superficie richiesta in modo da coprire tutte le percentuali di ricircolo.

STRUMENTI DI MISURA Al termine del tirocinio sono state eseguite le prove di caratterizzazione della ventola AV170 utilizzando un anemometro a filo caldo ed un tubo di Pitot ANEMOMETRO TUBO DI PITOT È uno strumento che sfrutta lo scambio termico tra il filo caldo ed il flusso per determinare la velocità della corrente in cui è inserito. Il tubo di Pitot sfrutta la misura di pressione differenziale per determinare la velocità di un flusso. L’anemometro scelto è in grado di misurare velocità tra 0 m/s e 50 m/s a temperature comprese tra -18 °C e 93 °C. Il tubo di Pitot scelto è in grado di misurare velocità tra 1,3 m/s e 79 m/s a temperature comprese tra -60 °C e 650 °C.

CONCLUSIONI Durante le prove si è riscontrato che le prestazioni della ventola, in termini di portata elaborata e di velocità del flusso allo scarico, sono superiori del 16% rispetto ai dati di progetto. Questo risultato è in parte giustificato dal fatto che le prove sono state effettuate con l’aspirazione della ventola libera, e quindi senza le reali perdite di carico.

CONCLUSIONI Si è riscontrato anche che, nonostante l’utilizzo del raddrizzatore, il flusso in uscita dalla ventola si concentra nella parte inferiore del condotto. Schematizzando la distribuzione del flusso, si può notare la sua non uniformità in corrispondenza della sezione di misura Velocità e portata minime Velocità e portata massime Questa distribuzione è in parte dovuta dal fatto di essere in un regime di moto altamente turbolento, con un numero di Reynolds di 700.000