Aeronautical engineering - Motori per aeromobili

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Te m a d ’ esame – 10/ 06/2025 T esto e soluzione (parziale) Nota del l ’ a utore: Condivido liberamente questo materiale, senza alcun fine di lucro, nella speranza possa rappresentare una risorsa utile per chi a;ronterà in futuro questo corso. Il contenuto è stato realizzato unicamente per la preparazione personale. Non si garantisce l’assenza di errori di trascrizione o imprecisioni nei concetti espressi, e non mi assumo alcuna responsabilità per eventuali inesattezze. Le risposte evidenziate in verde sono quelle che, durante la correzione da parte del docente, sono state considerate corrette. Le domande prive di risposta verde indicano invece una risposta sbagliata o non data. Lascio al lettore il compito di approfondir le autonomamente, come parte essenziale della preparazione all’esame, anche in considerazione del fatto che modalità e contenuti dell’esame potrebbero variare. D om anda: Gli statori a geometria variabile – VSV dei primi stadi di un compressore assiale sono posizionati nel seguente modo: ○ C ambiano la posizione solamente in funzione della quota, indipendentemente dalla potenza: aperti a bassa quota, chiusi ad alta quota ○ in posizione chiusa alla massima potenza e aperta al diminuire della potenza ○ in posizione chiusa al minimo (idle) e aperta al crescere della potenza ○ cambiano la posizione solamente in funzione della quota, indipendentemente dalla potenza: chiusi a bassa quota, aperti ad alta quota Domanda: Si consideri uno stadio di compressore assiale, con grado di reazione pari a 0.6. ○ Il valore della velocità relativa dell’aria nella sezione di uscita è uguale al valore nella sezione di ingresso ○ Il valore della velocità relativa dell’aria nella sezione di uscita è maggiore del valore nella sezione di ingresso ○ Il valore della velocità relativa dell’aria nella sezione di uscita è minore del valore nella sezione di ingresso Domanda: La propensione alla separazione del flusso sul dorso della paletta di un compressore assiale (stallo): ○ è favorita da uno strato limite laminare ○ è favorita da uno strato limite turbolento ○ non è influenzata dal fatto che lo strato limite sia laminare o turbolento Domanda: Un compressore assiale si definisce con gli stadi ripetuti quando: ○ il grado di reazione è uguale per tutti gli stadi ○ gli stadi forniscono tutti lo stesso rapporto di compressione ○ il vettore velocità assoluta all’ingresso e all’uscita dello stadio sono uguali Domanda: Una bleed valve a comando pneumatico in uno stadio di bassa pressione di un compressore assiale, durante la fase di avviamento del compressore: ○ all'inizio della fase di avviamento è chiusa, e in seguito si apre automaticamente ○ all'inizio della fase di avviamento è aperta, e in seguito si chiude automaticamente ○ rimane sempre chiusa durante la fase di avviamento ○ rimane sempre aperta durante tutta la fase di avviamento Domanda: Uno stadio di compressore centrifugo con pale radiali, rispetto a uno stadio di compressore assiale, mediamente: ○ fornisce lo stesso rapporto di compressione totale, con lo stesso rendimento ○ fornisce un rapporto di compressione totale minore, con lo stesso rendimento ○ fornisce un rapporto di compressione totale minore, ma con un rendimento superiore ○ fornisce un rapporto di compressione totale superiore, ma con un rendimento inferiore ○ fornisce lo stesso rapporto di compressione totale, ma con un rendimento superiore ○ fornisce lo stesso rapporto di compressione totale, ma con un rendimento inferiore ○ fornisce un rapporto di compressione totale superiore, con un rendimento superiore ○ fornisce un rapporto di compressione totale superiore, con lo stesso rendimento ○ fornisce un rapporto di compressione totale minore, con un rendimento minore Doma nda : A parità di condizioni (diametro, numero di giri, portata ecc.) quali di questi tipi di compressore centrifugo cede più energia al fluido: ○ Con pale all’indietro ○ Con pale all’avanti ○ L’energia ceduta al fluido è la medesima, sia che le pale siano radiali, all’indietro o all’avanti ○ Con pale radiali Domanda : In uno stadio di turbina assiale ad azione (R=0): ○ il modulo della velocità relativa nella sezione di ingresso della girante è minore rispetto a quello nella sezione di uscita della girante ○ il modulo della velocità relativa nella sezione di ingresso della girante è maggiore rispetto a quello nella sezione di uscita della girante ○ il modulo della velocità assoluta è uguale nella sezione di ingresso e di uscita della girante ○ il modulo della velocità relativa è uguale nella sezione di ingresso e di uscita della girante Domanda: Le palette dei primi stadi di turbina sono costituite principalmente da: ○ leghe a base di titanio ○ leghe a base di nickel ○ leghe a base di alluminio ○ materiale composito ○ leghe di alluminuro di titanio Domanda : A parità di portata e temperatura dell’aria di ra;reddamento, quali dei seguenti sistemi di ra;reddamento delle palette di turbina è più e;iciente: ○ a convezione a più passaggi ○ a film cooling ○ a convezione a singolo passaggio Domanda: Facendo riferimento allo schema del sistema di regolazione del combustibile riportato in figura, illustrare come viene aumentata la potenza erogata in funzione del movimento della manetta del motore (throttle valve). Risposta: Il sistema è gestito da una pompa a piatto oscillante, il quale puo' regolare la portata in base all'inclinazione del piatto oscillante controllato da un pistone idrodinamico caricato a molla. La corsa del servo pistone e' controllata da diversi fattori (G overnor, Pressione del compressore tramite camere aneroidi, ecc.) tra cui la posizione della throttle valve. Al chiudersi della throttle valve (comando idling), la pressione di mandata (prima della throttle valve) aumenta. Il servo pistone misura la pressi one di;erenziale tra la pressione di mandata e la servo pressione che a sua volta è gestita, tra diversi fattori, anche dalla pressione del combustibile in mandata dopo la throttle valve (tramite una membrana che risente il di;erenziale di pressione tra combustibile in mandata prima e dopo la throttle valve). Tramite l'aumento della pressione nel condotto di mandata, si ha uno spostamento del servo pistone che a sua volta inclina il piatto oscillante in senso orario (come mostrato in figura) che fa diminu ire la portata. Domanda: A parità di condizioni (stessa cilindrata, ugual numero di cilindri, stessa velocità di rotazione, medesime condizioni ambientali, ecc.), il rendimento organico di un motore a ciclo Otto 4 tempi, rispetto a quello di un motore a ciclo Otto 2 tempi è: ○ di solito minore ○ di solito uguale ○ di solito Maggiore Domanda : Si consideri un motore a ciclo Otto non sovralimentato con carburatore. Al crescere della quota il rapporto combustibile/aria della miscela: ○ rimane inalterato senza necessità di correzioni al carburatore ○ tende a crescere se non si e;ettuano correzioni al carburatore ○ tende a diminuire se non si e;ettuano correzioni al carburatore Il rendimento volumetrico (coe;. di riempimento) di un motore a ciclo Otto generalmente ha il seguente andamento in funzione del numero di giri del motore: ○ decrescente/crescente (la curva presenta un minimo a un determinato numero di giri) ○ sempre decrescente con il numero di giri ○ circa costante al variare del numero di giri ○ crescente/decrescente (la curva presenta un massimo a un determinato numero di giri) ○ sempre crescente con il numero di giri Domanda : In un motore a ciclo Otto monocilindrico, il valore della coppia: ○ è massimo durante la fase di aspirazione ○ rimane costante durante tutte le fasi ○ è massimo durante la fase di espansione ○ è massimo durante la fase di compressione ○ è massimo durante la fase di scarico Domanda: a pressione media indicata (pmi) di un motore Diesel convenzionale a 4 tempi è mediamente: ○ maggiore della pmi di un motore a ciclo Otto 4 tempi ○ minore della pmi di un motore a ciclo Otto 4 tempi ○ uguale alla pmi di un motore a ciclo Otto 4 tempi Domanda: Per ridurre la propensione alla detonazione in un motore alternativo a ciclo Otto occorre: ○ diminuire l’anticipo all’accensione ○ usare miscele povere ○ aumentare l’anticipo all’accensione ○ diminuire la parzializzazione della valvola a farfalla Domanda Si consideri il rendimento termodinamico di un motore a ciclo Otto ideale e di un motore Diesel ideale. In generale, a parità di rapporto di compressione volumetrico: ○ il rendimento termodinamico del motore a ciclo Otto è maggiore di quello del motore Diesel ○ il rendimento termodinamico del motore Diesel è maggiore di quello del motore a ciclo Otto ○ i rendimenti termodinamici dei due motori sono uguali Domanda: Si consideri un motore radiale (a stella) 4 tempi a benzina di 9 cilindri. L’o r d i n e d i a c c e n s i o n e d e i c i l i n d r i è : ○ 1 - 3 - 5 - 7 - 8 - 2 - 4 - 6 - 9 ○ 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 ○ 1 - 3 - 5 - 7 - 9 - 2 - 4 - 6 - 8 ○ 1 - 3 - 5 - 7 - 2 - 4 - 6 - 8 - 9 Domanda: Per bilanciare dinamicamente un rotore di una certa lunghezza finita L: ○ è su;iciente che il rotore sia bilanciato staticamente ○ occorre sistemare 2 masse bilancianti su due piani qualunque del rotore ○ occorre sistemare 2 masse bilancianti su due piani che dipendono dalla velocità di rotazione ○ occorre sistemare 1 massa bilanciante su di un piano qualunque del rotore ○ occorre sistemare 1 massa bilanciante su di un piano che dipende dalla velocità di rotazione Domanda: Descrivere come la pratica del derating, e il rapporto ore/cicli (ovvero la durata media di un volo), influenzino lo shop visit rate di un motore aeronautico. Rispos ta: Per derating si intende la pratica di limitare il numero di giri durante le fasi di decollo in modo da limitare anche la temperatura dei gas di scarico che a sua volta dipende anche dalle temperatura in ingresso in turbina. Tale pratica è resa possibile ne l caso di un decollo a carico pagante ridotto (quantità di passeggeri e/o bagagli) oppure mediante l'utilizzo di piste per il decollo più lunghe in modo da poter raggiungere la velocità al decollo con un transitorio più lungo. Per il rapporto di ore cicli, si intende il rapporto tra la durata complessiva di utilizzo dei motori (in ore) e il numero di cicli (missioni) svolte da parte del velivolo (taxi, Take - o;, climb, cruise, approach e landing). La diminuzione di tale rapporto, significa voli mediamente p iù lunghi da cui ne deriva un minor utilizzo del motore (per durata di missione) in transitori critici (take - o;). La diminuzione del rapporto ore/cicli e la pratica del derating, riducono lo stress che il motore incorre in fasi di massima potenza (come ad esempio lo stress sui cuscinetti oppure lo stress termico sulle palette nei primi stadi di turbina) che a sua volta riduce lo Shop Visit Rate. Domanda In un motore a getto, la spinta prodotta (indicativamente): ○ cresce circa proporzionalmente alla 1.25 potenza del numero di giri ○ cresce circa proporzionalmente alla 3.5 potenza del numero di giri ○ cresce circa linearmente con il numero di giri ○ cresce circa con il quadrato del numero di giri Eserciz io : In figura sono mostrati i triangoli di velocità all'ingresso e all'uscita del rotore di uno stadio di compressore assiale. Sulla base dei dati forniti in figura, determinare il grado di reazione dell stadio. Risposta: R = 0,64 Svolgimento: Esercizio: Un getto di aria fredda con flusso regolare nell’ugello viene rallentato da una velocità di 300 m/s fino a 200 m/s. Di quanti decibel viene mediamente ridotta l’intensità sonora del rumore prodotto? Risposta: - 14,1 dB Svolgimento: Esercizio: Un fan è composto di 26 pale, e la prima armonica del suo spettro caratteristico (Blade passage frequency), come mostrato nel grafico, ha una frequenza di 1.92 kHz. Determinare la velocità di rotazione del fan. Rispota: 4430,8 rpm Svolgimento: