UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI BOLOGNA

Facoltà di IngegneriaCorso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia

Tesi di Laurea in Disegno Tecnico Industriale

STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UN AEROGENERATORE

Candidato: Relatore: Simone Urbinati Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli

ANNO ACCADEMICO 2009/2010Sessione III

OBIETTIVI

● Ottimizzazione dell’aerogeneratore sulla base di

valutazioni aerodinamiche:

- scelta del profilo alare

- scelta della struttura del velivolo più adatta ad

alloggiare le giranti e tale che grazie alla forza

costante del vento in quota esso possa auto-

sostenersi.

STUDIO DELLA SITUAZIONE e MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO

● PRIMA FASE

- Decollo verticale

- Motori alimentati dalla corrente

- Svolgimento del cavo

- Arrivo in quota (4000 m)

STUDIO DELLA SITUAZIONE e MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO

● SECONDA FASE

- Quota di lavoro

- Interruzione

dell’alimentazione dei motori

- Modalità generatore

- Autosostentamento del velivolo

e produzione di energia

Progetto del velivolo

Caratteristiche richieste:

- Superficie alare in grado di generare un valore di portanza utile all'autosostentamento

- Bassa resistenza al flusso ventoso

Progetto del velivolo

Volontà di prendere ad

esempio nel progetto

l'aliante SB 13 prodotto

dalla ditta tedesca

Akaflieg alla fine degli

anni '80

Progetto del velivolo

Vantaggi derivanti da questa scelta:

- Elevato allungamento, positivo per ridurre la resistenza

- Ampia superficie alare

- Elevato coefficiente di portanza utilizzando un

profilo alare simile

Progetto del velivolo

Effetti dell'aumento di

allungamento:

CD = C

d,2d + C

L

2 / E π

Progetto del velivolo

Il profilo alare.

Caratteristiche:

CLmax

= 1,819

Spessore = 18%

Progetto del velivolo

Calcolo della superficie alare:

Fp = 0.5 Cp V2 ρ4000

S

S = 392 m2

Cp = 1,6

V = 100 km\h

27,8 m\s

Fp = 200000 N

ρ4000

= 0,819314 kg\m3

Progetto del velivolo

Svantaggi derivanti dall'analogia con l'aliante:

- Apertura alare elevata:

E = 2A\Cm = 4A2\S 2A = 88 m

- Difficile collocazione delle giranti:

● Squilibri● Perturbazioni

Progetto del velivoloCambio di progetto: Si è pensato di costruire unvelivolo più simile ad un triplano che ad un aliantein modo tale da:

- ridurre ulteriormente l’effetto di turbolenze

- ottenere una struttura più rigida

- Evitare che il flusso d'aria contro le ali fosse

perturbato da quello uscente dalle eliche

Progetto del velivolo

Caratteristiche della struttura:

- Tre longheroni principali a profilo aerodinamico

- Tre ali distanziate l'una dall'altra di 6 corde alari ed un ala centrale

- Inclinazione delle ali di 60° rispetto al piano dell'orizzonte.

Progetto del velivolo

Struttura:

Progetto del velivolo

Configurazione delle ali:

- 7 porzioni di 56 m2 di superficie- la dimensione della corda più adatta ad ottenere

elevati valori del n° di Reynolds e quindi il coefficiente di portanza scelto è:

Re = ρ4000

V D \ µ4000

D = Re µ4000

\ ρ4000

V

D = 3000000 * 1,65 * 10-5 \ 0,819314 * 27,8 = 2,2 m

Progetto del velivolo

- La lunghezza di ciascuna porzione di ala risulta essere:

L = S \ Cm = 56 \ 2,2 = 25 m

- Forma a V di 4°

- Inclinazione delle ali verso la parte posteriore di 15°

Progetto del velivolo

Pianta dell'ala:

La migliore forma rispetto alla quale la resistenza ed

in particolare la resistenza indotta diminuisce è la

forma ellittica ma risulta di difficile costruzione.

Scelgo la forma rastremata che risulta comparabile

con rapporto 0,5:

Cm = 2,2 m Ce = 1,5 m

Ce\Ci = 0,5 Ci = 3 m

Progetto del velivolo

Progetto del velivolo

Abbiamo a disposizione ora tutti i dati per valutarele dimensioni del velivolo :

Lunghezza = 2*6*2,2+3*3*cos 60+6*2= 42,9 m Apertura alare = 3*25+0,63*3= 76,89 m

Progetto del velivolo

Sono misure elevate ma

comparabili ai moderni

aerei di linea come il

Boeing 747:

Lunghezza 70,66 m

Apertura alare 64,44 m

Superficie alare 520,24 m²

Progetto del velivoloLa struttura finale è :

In cui si nota la presenza delle alette dei winglet utili nel miglioramento della

resistenza indotta

Progetto del velivolo

Posizione di lavoro:

Conclusioni e miglioramenti

- Validità del progetto dal punto di vista aerodinamico:

● Limitazione dalla resistenza ● Flusso di aria non perturbato sulle ali e sulle

giranti

- Eventuali miglioramenti:● Strutturali

● Peso