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Implementazione di un codice di calcolo per la stima delle prestazioni on e off design di un propulsore turboalbero

Informazioni tesi

  Autore: Gianluigi Misté
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Padova
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria aerospaziale e astronautica
  Relatore: Ernesto Benini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 146

Il codice Tshaft nasce dall’interesse da parte dell’Università di Padova di dotarsi di un programma di calcolo in grado di predire il funzionamento di un turboalbero in condizioni fuori progetto. Esso è la base da cui è possibile sviluppare un software via via sempre più complesso, capace di simulare gli effetti fisici più rilevanti di un propulsore turboshaft. Non vi sarebbero nemmeno difficoltà ad ampliare le funzioni dello stesso codice per una generica turbina a gas; tuttavia nella presente tesi ci si concentrerà solamente su questo tipo di propulsore, con l’obiettivo sostanziale di rimanere in campo elicotteristico.
Tshaft è implementato in linguaggio Matlab, che ha il vantaggio di essere semplice e accessibile a molti, oltre a quello di disporre di una vasta libreria di funzioni utilizzabili per i più svariati scopi. Mediante la conoscenza del codice sorgente, pertanto, sarà possibile implementare in versioni future di Tshaft particolari caratteristiche di funzionamento proprie dell’elicottero, che non sono presenti nella maggior parte dei programmi in commercio. Questo sarà verosimilmente attuato anche attraverso la collaborazione con le relative industrie del settore (ad es. Agusta Westland).
Il lavoro di tesi qui di seguito presentato è la spiegazione di come è stato implementato Tshaft. Nel cap. 1 si dà un’inquadratura generica e molto qualitativa sul funzionamento di un propulsore turboalbero, e sui requisiti che esso deve possedere per essere montato su un elicottero. Nel cap. 2 è spiegata dettagliatamente la formulazione teorica che ha condotto all’implementazione del programma. Nel cap. 3 è inserito un breve manuale sul funzionamento di Tshaft, con annesso un esempio, che funge da vero e proprio tutorial, effettuato anche col fine di validare il programma grazie ad un confronto con un software esistente in commercio. Il cap. 4 è dedicato alle conclusioni e agli sviluppi futuri.
In appendice sono descritti alcuni utili metodi di interpolazione usati per la lettura di mappe caratteristiche, in cui si spiega l’iter che ha portato alla scelta del metodo di interpolazione utilizzato dal programma.

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Introduzione 9 Introduzione L’utilizzo di codici di calcolo, che tendano a fornire al progettista una linea guida approssimativa nelle prime fasi di progettazione, è al giorno d’oggi una pratica molto diffusa. Per quanto concerne le applicazioni motoristiche, e più specificamente in campo aeronautico, da un lato si ha la necessità di sviluppare codici per simulare il funzionamento del singolo componente del propulsore in modo dettagliato, dall’altro è conveniente possedere anche dei codici che, una volta note le caratteristiche tecniche dei componenti, siano in grado di simulare realisticamente il funzionamento globale del propulsore, in tutte le condizioni in cui esso sarà soggetto ad operare. Nel primo caso, sia per l’aspetto strutturale, sia per quello fluidodinamico, sono utilizzati i codici di analisi agli elementi finiti (Fluent, Ansys, CFX, Star, ecc.); tramite la discretizzazione di un dominio, date delle condizioni al contorno note a priori, si risolvono numericamente le complesse equazioni differenziali alle derivate parziali che mettono in relazione le grandezze di interesse. Nel secondo caso si implementano dei codici nei classici ambienti di programmazione (ad esempio C, Fortran, Matlab, ecc.) e nell’analisi del propulsore si introduce una semplificazione mediante un modello zero o mono- dimensionale. L’obiettivo della presente tesi ricade in questo secondo ambito. Il codice Tshaft nasce quindi dall’interesse da parte dell’Università di Padova di dotarsi di un programma di calcolo in grado di predire il funzionamento di un turboalbero in condizioni fuori progetto. Esso è la base da cui è possibile sviluppare un software via via sempre più complesso, capace di simulare gli effetti fisici più rilevanti di un propulsore turboshaft. Non vi sarebbero nemmeno difficoltà ad ampliare le funzioni dello stesso codice per una generica turbina a The last thing one discovers in composing a work is what to put first. T. S. Eliot

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Parole chiave

compressore
elicottero
general electric t700
off design
propulsione
tshaft
turbina
turboalbero
turboshaft

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