Projekt i budowa hamowni silników małej mocy

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY ENERGETYKI I LOTNICTWA ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA Adam Narożniak Projekt i budowa hamowni silników małej mocy Promotor: dr inż. Mirosław Rodzewicz Lotnictwo i Kosmonautyka Warszawa, czerwiec

2 Hamownia silników małej mocy Problem braku danych dotyczących zespołu napędowego Adaptacja silnika z innych urządzeń Zmiana charakterystyk pracy silnika po modyfikacjach Brak danych producenta odnośnie charakterystyk śmigła i silnika Zaprojektowane urządzenie ma służyć do pomiaru rzeczywistych charakterystyk zespołu napędowego, docelowo z możliwością pomiarów w opływie. Zebrane dane mają ułatwić proces projektowania amatorskiego samolotu ultralekkiego. 2

3 Przyjęta definicja silnika małej mocy Silnik tłokowy charakteryzujący się parametrami Moc do 35 [KM] Moment obrotowy do 40 [Nm] Masa silnika mokrego do 35 [kg] Popularne silniki do napędu mikrolotów 1. König SD 570 (moc 22 [hp]; masa 18.5 [kg]) 2. Hirth F33 (moc 31 [hp]; masa 22 [kg]) 3. JPX 320D (moc 22 [hp]; masa 15.5 [kg]) 3

4 4

5 5

6 Hamownia Uniw. w Aachen B747 jako latająca hamownia 6

7 7

8 Koncepcja Pomiary sił wykonywane są w sposób pośredni przez pomiar odkształceń na wymiennych elementach podatnych (resorach). Łatwa zmiana zakresu pomiarowego możliwa jest dzięki tanim, wymienialnym elementom pomiarowym. Prostota konstrukcji i niski koszt wykonania został osiągnięty przez zastosowanie znormalizowanych profili, adaptacji części maszyn i prostą technologię wykonania. Pomiary w opływie mogą być realizowane po zamontowaniu hamowni na dachu samochodu. 8

9 Zasada działania hamowni Pomiar siły ciągu Rozkład sił na belce pomiarowej. N siła ciągu; Q ciężar; a - przesunięcie środka ciężkości silnika; F N siła rozciągająca resor 9

10 Zasada działania hamowni Pomiar momentu siły Rozkład sił na belce pomiarowej. M - moment obrotowy; r długość ramienia obciążającego resor; F M siła rozciągająca resor 10

11 Dostępne materiały Technologia Normalizowane profile stalowe St3S: 40x40x1.5; 20x20x1.5; 20x40x1.5 Stalowa płyta St3S: 300x300x5 Rura St3S: 150x2 Złom Tkanina szklana; żywica; utwardzacz Tensometry, wzmacniacze tensometryczne Park maszynowy Wiertarka stołowa Frezarka Tokarka Migomat Narzędzia ręczne 11

12 Współczynnik bezpieczeństwa W obliczeniach uwzględniono tylko obciążenia wynikające z siły ciągu i ciężaru silnika. Okucia wprowadzają w elementy pomiarowe tylko siły normalne. Moment skręcający M NX przenosi tylko dolna podpora. 12

13 Współczynnik bezpieczeństwa Maksymalnych naprężenia normalne g M max 85 W [MPa] Maksymalne naprężenia styczne M NX W Naprężenia zredukowane wg hipotezy Hubera H 0 15 [MPa] g 88 [MPa] Współczynnik bezpieczeństwa. Przyjmując k g =240 [MPa] dla stali n k g H

14 Wymiary elementu podatnego 14

15 Wymiary elementu podatnego Wymiary geometryczne nazwa symbol obciążenie F N obciążenie F M szerokość a mm grubość h 10 6 mm promień wewnętrzny φ mm długość uchwytu u mm długość wewnętrzna lw mm długość zewnętrzna lz mm 15

16 16

17 Rama Układ ramy jest zespołem elementów, który umożliwia przeniesienie sił działających na pracujący silnik i wprowadzenie ich w elementy pomiarowe. Cele 1. Przenoszenie obciążeń i wprowadzanie ich w elementy pomiarowe 2. Możliwość mocowania silników różnych typów 3. Prosta konstrukcja 4. Niski koszt wykonania 17

18 Podstawa 18

19 Belki pomiarowe 19

20 Belki pomiarowe 20

21 Łoże silnika JPX 320D 21

22 Łoże silnika JPX 320D 22

23 Okucie elementu pomiarowego 23

24 Przegub 24

25 25

26 Foremnik 26

27 Kompozyt Kompozyt nazwa tkaniny Interglas gramatura 390 [g/m 2 ] grubość warstwy 0.45 [mm] pasma rowingu rządkowy 2/2 ilość nitek tkaniny na 1cm mierzona w poprzek osnowa/wątek 6 / 6.7 stopień zbrojenia wygrzewanie 50% (masowo) 60 0 C przez 8h żywica Epidian 53 utwardzacz Z 1 warstwa rozdzielcza warstwa woskowo tłuszczowa (pasta do podłogi) Ilość warstw symbol obciążenia F N obciążenia F M grubość profilu h 10 6 mm grubość warstwy g mm liczba warstw n w

28 Element podatny 28

29 Element pomiarowy 29

30 Montaż i malowanie 30

31 Cele Sprawdzenie liniowości charakterystyk Określenie współczynników proporcjonalności 31

32 Metody i środki Sprawdzenie liniowości charakterystyk hamowni analizując wskazania woltomierza dla kolejnych obciążeń narysowano w MS Excel wykresy U(N), U(M). Określenie współczynników proporcjonalności otrzymane wykresy U(N), U(M) aproksymowano prostymi. Wzór odpowiedniej prostej określa współczynnik proporcjonalności między napięciem U, a działającą siłą. Dla każdego elementu pomiarowego wykonano 7 serii pomiarowych. Odczyty z woltomierza odbywały się podczas obciążania i odciążania, po każdej zmianie ciężaru. Moment obciążano co 5 [Nm] do 25 [Nm] Ciąg obciążano co 100 [N] do 600 [N] 32

33 Przebieg badania STALOWA LINKA RAMIĘ SIŁY ELEMENTY POMIAROWE BLOCZEK 33

34 Przebieg badania RAMIĘ SIŁY STALOWA LINKA BLOCZEK ODWAŻNIKI 34

35 Przebieg badania RAMIĘ SIŁY AKUMULATOR WOLTOMIERZ WZMACNIACZ TENSOMETRYCZNY ŚCISKI 35

36 [V] Wyniki U(M) U(N) [Nm] y = 0,0128x y = -0,3107x [N] 36

37 Analiza wyników Dla ciągu: 1 N( U ) U 78, 125U Dla momentu: 1 M ( U ) U U gdzie: U - napięcie mierzone [V] N - ciąg [N] M - moment [Nm] Na podstawie wykresu można odczytać dokładność pomiaru. Dla ciągu dokładność wynosi 20 [N], a dla momentu 1.5 [Nm]. 37

38 Cel pracy inżynierskiej został osiągnięty, a parametry hamowni okazały się lepsze od oczekiwanych mimo wszelkich niedokładności wykonania. Obciążenia mogą być mierzone na 2 kanałach jednocześnie, a po podłączeniu do przetwornika A/C pomiary mogą być na bieżąco obrabiane przez komputer. Podczas pomiaru parametrów rzeczywistych silnika można oczekiwać, że dokładność będzie wyższa, gdyż luzy i błędy zastoju zostaną zredukowane przez drgania. Hamownie należy dosztywnić poprzecznie oraz skrętnie. Podczas projektowania konstrukcji spawanych należy zwrócić szczególną uwagę na kolejność łączenia elementów. 38

39 Dziękuję za uwagę 39