Riassunto analitico
Lo scopo del lavoro di tesi è lo sviluppo di un motore ad elevata potenza specifica per applicazione aeronautica, pensato in particolare per l’utilizzo su aeromobili a pilotaggio remoto (APR – più comunemente detti droni) di medie dimensioni. Il mercato dei droni è in continua espansione e al momento non esiste una soluzione comunemente adottata per soddisfare le stringenti richieste in termini di potenza, peso e compattezza; attualmente è infatti possibile trovare APR equipaggiati con motori alternativi (sia a due che quattro tempi), elettrici od anche rotativi. In questa tesi si studia l’utilizzo di un motore due tempi con carter pompa e lavaggio ad anello come fonte di moto per un drone. In questa configurazione, non vi è la necessità di utilizzare organi di distribuzione e pompe di lavaggio esterne, introducendo un importante risparmio di peso e di costi di produzione. Lo studio si è svolto mediante simulazioni CFD-1D, grazie all’utilizzo di GT-Power, software proprietario distribuito dalla Gamma Technologies. L’obiettivo principale è stato la massimizzazione della potenza erogata, non perdendo d’occhio il consumo specifico. Contemporaneamente alle simulazioni fluidodinamiche, è stato realizzato un modello CAD 3D del propulsore, sfruttando il software commerciale CATIA V5 licenziato da Dassault Systèmes, in modo da poter valutarne il peso. I risultati presentati nell’elaborato mostrano come il motore pensato soddisfi la richiesta di 30 kW a 2800 giri/min in un peso inferiore a 30 chilogrammi, imposte dal mercato attuale.
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Abstract
The purpose of this graduation thesis is to develop a high power-to-weight ratio internal combustion engine intended for medium-sized Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), both for military or civil use. The drone market is growing bigger every year and there is no commonly adopted solution to meet the demand of high power density, low weight and compact dimensions all in one engine.
This thesis focuses on the application of a loop scavenged two-stroke engine as an UAV power source; the scavenging is realized by using the crankcase as a pump. This feature, together with the use of piston-controlled ports, means there is no need of an external scavenging pump, poppet valves or camshafts, leading to an important weight and cost save.
In order to evaluate engine performances and to maximize power output, a 1D-CFD model was built and several simulations were run using the software GT-Power licensed by Gamma Technologies. Once the main parameters have been established, a 3D CAD model of the entire engine has been drawn, with the purpose of getting the best possible weight estimate.
The results show that it is possible to build up a loop-scavenged two-stroke engine that runs on general aviation gasoline and reaches the power target of 30 kW @2800 rpm, at sea level, weighing less than 30 kilograms.
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