Sviluppo e validazione di un modello CFD 1-D di un motore aereonautico a combustione interna ad accensione per compressione 2 tempi = Development and validation of a 1-D CFD model of a 2-stroke compression ignition internal combustion aircraft engine

Nell’ambito della progettazione di componenti per il mondo dell’aviazione, i progettisti di propulsori aeronautici devono conseguire un difficile processo di certificazione affinché il prodotto sia commerciabile. Lo sviluppo di un modello CFD 1-D risulta essere oggigiorno indispensabile grazie al suo basso costo computazionale e alla rapidità dei risultati. Dopo aver ricordato le caratteristiche principali dei motore diesel a due tempi e dei motori aeronautici, viene presentato il modello CFD monodimensionale del GF56, motore progettato dalla CMD Costruzioni Motori Diesel. Il GF56 è un motore aeronautico a 6 cilindri raffreddato ad acqua, è un motore a combustione interna che opera sul ciclo Diesel a due tempi con iniezione diretta di combustibile ad alta pressione (conosciuto come tecnologia “Common Rail”). I cilindri sono orizzontalmente opposti, e il motore è diviso in due blocchi che, una volta uniti, formano il basamento del motore. Ogni cilindro è caratterizzato da 18 luci di aspirazione e 2 valvole di scarico disposti in una configurazione uniflow. Il motore ha una potenza di target di 300 CV è può essere alimentato sia con il diesel che con il cherosene (JET A-1). Il motore è composto da due bancate, ma data la sua simmetria architettonica e operativa, è stata modellata solamente una bancata. Il modello è caratterizzato da un turbocompressore con una turbina a singolo stadio, un compressore roots per il processo di scavenging, un intercooler aria-acqua e una valvola di by-pass che controlla la compressione di aria del roots in modo tale da evitare perdite di potenza meccanica. Le attività svolte hanno riguardato l’implementazione delle mappe del compressore dinamico e della turbina, le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico e la caratterizzazione del modello di combustione attraverso i dati sperimentali. Il passo successivo è stato la validazione del modello in modo quantitativo sulla base del confronto tra le simulazioni e i dati sperimentali, a differenti velocità di rotazione del motore, in un intervallo che varia tra 1800 e 2400 rpm. Sulla base dei risultati ottenuti, è stato possibile concludere che, in questo intervallo, i risultati del modello corrispondono con sufficiente accuratezza a quelli sperimentali. Infine, è stata presentata un’analisi a differenti altezze con lo scopo di verificare il corretto funzionamento del turbocompressore implementato nel modello. I risultati mostrano delle limitazioni operative ad alte quote. Per questa ragione, utilizzando gli strumenti del software, sono state implementate delle mappe differenti del compressore dinamico e della turbina e, sulla base di questi, è stato scelto il nuovo tipo di turbocompressore. Infine, sono stati calcolati i punti operativi relativi al test di resistenza e sono stati processati attraverso il modello.