RELATORE: Luca Piancastelli - CANDIDATO: Stefano Tommaso Polidori

RELATORE:
                           Luca Piancastelli

           CANDIDATO:
Stefano Tommaso Polidori

Obiettivo della tesi:
   Progettare un telaio per MOTOGP che
    possa essere utilizzato, oltre che per le
    funzioni strutturali, come condotto
    divergente per l’aria,in modo da poter
    sfruttare il cosiddetto
    “EFFETTO MEREDITH”

L’EFFETTO MEREDITH
   Nel 1935 Meredith pubblica il memorandum “Note on
    the cooling of aircraft engines with special reference
    to ethylene glycol radiators enclosed in ducts”.

   In tale scritto viene spiegato come, con un opportuno
    dimensionamento del condotto del radiatore, si
    possa ottenere una spinta positiva invece che una
    resistenza

   Lo studio di Meredith è stato fatto per applicazioni
    aeronautiche, esso rappresenta una svolta nella
    progettazione dei velivoli

L’intento di Meredith è quello di creare una air
  pump, capace di portare l’aria in ingresso nel
  condotto dalle condizioni ambiente e velocità di
  crociera a pressioni inferiori e velocità superiori:
  in questo modo ottengo una spinta propulsiva,
  poichè l’aria in uscita ha una velocità relativa
  positiva rispetto a quella del velivolo. Per creare
  questa air pump ho bisogno di tre stadi:
 - uno stadio di compressione, rappresentato da
  un divergente;
 - una valvola o un contatore, rappresentato dal
  radiatore;
 - lo scarico, rappresentato da un convergente;

Il radiatore quindi va inserito all’interno di un condotto
  appositamente progettato:
 tratto 0 -1: condotto divergente →il flusso d’aria rallenta e
  aumenta la pressione in 1
 tratto 1 -2: radiatore →la cessione di calore al flusso d’aria
  fredda ne provoca l’accelerazione
 tratto 2 –3: condotto convergente →il flusso è ulteriormente
  accelerato

Esempio di applicazione
Il Mustang P-51D

   Celebre per essere considerato il
    velivolo più veloce della Seconda
    Guerra Mondiale, deve le sue
    fortune a due importanti
    innovazioni tecnologiche:
   -ali a profilo laminare
   -radiatore ad effetto Meredith
    (capace di fornire 2000 N di
    spinta “gratis”alla velocità di
    crociera)
   Il condotto del radiatore era
    posizionato sotto il pilota e
    presenta tutte le caratteristiche
    volute da Meredith.

Altre applicazioni
   Come detto prima,l’effetto Meredith è nato ed
    ormai frequentemente utilizzato in campo
    aereonautico, dato che più le velocità sono
    elevate, più le spinta derivata da questo effetto
    è rilevante
   Ormai da diversi anni esso è utilizzato anche
    nella F1, dove i condotti delle prese d’aria
    sono spesso dimensionati in modo da poter
    sfruttare questo effetto
   Nella MOTOGP si hanno, come in F1, velocità
    molto alte, ed è per questo motivo che si
    potrebbe sfruttare l’effetto Meredith anche in
    questo campo

La MOTOGP
   La MotoGP è la massima categoria (in termini prestazionali) di moto da
    corsa su circuito definita dalla Federazione Internazionale di
    Motociclismo. Le uniche corse organizzate per MotoGP sono i gran
    premi del Campionato Mondiale della MotoGP.

Come per la Formula 1,
questa classe per tutte le
case costruttrici è il banco di
prova delle soluzioni tecniche
più all'avanguardia e vengono
utilizzati, per la costruzione,
materiali ad altissima
tecnologia, che non sempre
vengono poi riportati nella
produzione di serie, come il
titanio o altre leghe leggere, e
la fibra di carbonio.

Il telaio di partenza
 Il telaio altro non è che lo scheletro della moto. E' la struttura portante
  di tutto (o quasi) quello che la compone: motore, sospensioni,
  carenatura.
 Il grande salto nella costruzione dei telai si compì al principio degli anni
  Ottanta, quando simultaneamente la Yamaha e un tecnico spagnolo di
  nome Antonio Cobas presentarono una struttura formata da traverse in
  lega leggera che univano direttamente il canotto di sterzo con l’attacco
  del forcellone. Nell’evoluzione di questa struttura furono inserite travi
  laterali di maggiore sezione e differenti sezioni per le travi inferiori.

    Esempio di telaio di
    nuova generazione

   Il telaio da cui sono partito per il
    mio studio è un classico telaio
    utilizzato attualmente per la
    MOTOGP, di cui riporto le
    immagini

Il progetto del nuovo telaio per
sfruttare l’effetto Meredith
   L’idea di partenza è quella appunto di sfruttare il telaio stesso(che ha sezione cava) come
    condotto divergente per l’aria
   Le funzioni principali del divergente sono quelle di rallentare il flusso d’aria che arriva al radiatore
    e di garantire un aumento della pressione tale da consentire al flusso stesso di attraversare il
    radiatore completamente. Il problema generalmente più grave che si presenta è quello di limitare
    le perdite, che abbassano notevolmente il recupero di pressione rispetto al valore teoricamente
    raggiungibile
   In quest’ottica il parametro fondamentale risulta essere l’angolo d’inclinazione del condotto φ: è il
    suo valore, infatti, che determina il coefficiente di perdita concentrata dovuto alla variazione di
    sezione
   Il compromesso migliore tra la necessità di limitare contemporaneamente Rc (e quindi limitare la
    lunghezza del condotto)e Rd (e quindi limitare l’angolo φ) lo si ha con valori di φ compresi tra 6°
    e 7°dove Rc ed Rd sono rispettivamente le perdite concentrate e distribuite.

   Rc = 0.5 fL/DH Vm^2
   Rd = 0.5 ξ Vm^2

    Dove f e il coefficiente d’attrito, L la lunghezza del condotto, DH il diametro idraulico del condotto
    e Vm e la velocità media nel condotto. ξ rappresenta un coefficiente che, nel caso di condotto
    divergente, dipende da φ e dal rapporto tra sezioni di ingresso e di uscita.

   Nel nuovo telaio si
    è quindi scelto un
    inclinazione del
    condotto , e quindi
    del telaio stesso, di
    6°.I condotti in
    realtà sono 2, che
    corrispondono ai 2
    bracci del
    telaio,che poi
    vanno a riunirsi
    prima di giungere
    al radiatore.

   Per trovare la sezione di uscita, che poi corrisponde alla
    dimensione che dovrebbe avere il radiatore, si è fatta la
    somma delle due sezioni che avremmo avuto se i condotti
    fossero rimasti separati,sempre mantenendo un angolo di
    divergenza di 6°. Avendo poi la larghezza del telaio si è
    trovata l’altezza del radiatore.

   Le prese d’aria,ovvero l’imbocco del
    condotto, sono state realizzate nella
    parte inferiore del telaio.

   Nelle 2 prese d’aria,si sono inserite delle
    alette che hanno lo scopo di rendere il
    flusso dell’aria meno turbolento

Il convergente
 Il radiatore quindi va posizionato alla
  fine del condotto,nella parte finale del
  telaio.
 Subito dopo il radiatore va inserito il
  condotto convergente, che, seppur non
  decisivo ai fini dell’effetto
  propulsivo,assume grande importanza
  nella fase di regolazione del flusso
  attraverso il condotto del radiatore.

Conclusioni
 Il telaio è stato disegnato cercando di rispettare i principali
  vincoli dimensionali del telaio di partenza
 Questo però ha portato ad un piccolo problema quando i
  due condotti vanno a riunirsi: la sezione finale, calcolata
  per rispettare la divergenza del condotto, risulta essere
  troppo bassa, ed un radiatore di quelle dimensioni è
  difficilmente realizzabile.
 La soluzione più immediata per risolvere questo
  inconveniente è quella di aumentare l’area di tutto il
  condotto,magari facendo la sezione del telaio più
  larga,sempre se questo è compatibile con gli altri vincoli
  progettuali. In questo modo la somma delle due aree alla
  fine del condotto sarebbe più grande, e di conseguenza
  verrebbe fuori una sezione di uscita finale maggiore, che
  corrisponde ad un radiatore di dimensioni accettabili.

Sviluppi futuri
 L’effetto Meredith potrebbe essere sfruttato
  con buoni risultati anche nella MOTOGP.
 L’unico ostacolo potrebbero essere vincoli
  dimensionali: date le piccoli dimensioni
  delle moto non si ha molta libertà nel
  progettare condotti a proprio piacimento.
 Bisognerebbe quindi trovare la soluzione
  ottimale che permetta di poter sfruttare
  questo effetto, senza infrangere limiti
  geometrici e senza aumentare
  eccessivamente il peso del telaio.

GRAZIE