dc.creator | Hausen, Roberto Begnis | |
dc.date.accessioned | 2023-10-31T12:09:22Z | |
dc.date.available | 2023-10-31T12:09:22Z | |
dc.date.issued | 2023-09-19 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30412 | |
dc.description.abstract | Internal combustion engines have been the subject of constant changes and
improvements to reduce fuel consumption and emissions of polluting gases. In
experimental aviation, the goal is to use smaller engines with high power density and
high efficiency. In this context, this thesis presents the technological development of a
new concept two-stroke engine, with a uniflow scavenging system, flathead valve
arrangement, spark ignition, and avgas fuel for application in experimental aviation.
The design methodology was divided into three parts: i - Engine concept (from concept
to digital mockup, including 1D and 3D CFD simulations); ii - Prototype manufacturing
design; iii - Experiment design (proof of concept). The developed engine concept
features a single-cylinder configuration, lubrication via the crankcase, port fuel
injection, supercharged, classic uniflow intake ports, and an exhaust valve
arrangement parallel to the cylinder (flathead system). The technical specifications
define a piston diameter of 70 mm, a stroke of 66.2 mm, resulting in a displacement
volume of 248 cc, with an effective compression ratio of 7,9:1, a maximum speed of
3000 rpm, allowing for direct coupling of a propeller to the crankshaft. The 1D and 3D
(CFD) simulations showed a power output of 23 kW at 3000 rpm, torque of 77 N.m at
2700 rpm (cruising speed), and an efficiency of approximately 31%. The results of the
experimental tests for the prototype's proof of concept showed a power output of 10,5
kW and torque of 63 N.m at a speed of 1600 rpm, indicated specific fuel consumption
of 465 g/kW.h, but with low efficiency, approximately 18%. These results allow us to
conclude that the presented concept is technically feasible. The excessive cylinder
scavenging prevented the engine from speed above 1600 rpm, leading to low
efficiency. However, this condition can be addressed through adjustments in the valve
timing and the opening (timing and position) of the intake ports. Therefore, this study
represents advancements in the field of internal combustion engines for use in
experimental aviation. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Projeto e desenvolvimento | por |
dc.subject | Motor 2 tempos | por |
dc.subject | Sobrealimentado | por |
dc.subject | Uniflow | eng |
dc.subject | Flathead | eng |
dc.subject | Aviação experimental | por |
dc.subject | Design and development | eng |
dc.subject | 2-Stroke engine | eng |
dc.subject | Supercharged | eng |
dc.subject | Experimental aviation | eng |
dc.title | Aplicação de metodologia de projeto para desenvolvimento de motor para aeronaves experimentais | por |
dc.title.alternative | Application of design methodology to develop an engine for experimental airplanes | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | Motores de combustão interna tem sido objeto de constantes mudanças e melhorias
para redução do consumo de combustível e nas emissões de gases poluentes. Para
a aviação experimental busca-se usar motores menores, de alta densidade de
potência e de alto rendimento. Neste contexto, o presente trabalho apresenta o
desenvolvimento tecnológico do projeto de um novo conceito de motor de dois
tempos, com sistema de lavagem tipo uniflow, válvulas com arranjo flathead, ignição
por centelha e combustível avgas para ser aplicado em aviação experimental. A
metodologia de projeto utilizada dividiu-se em três partes: i - Concepção do motor (do
conceito ao mocape digital incluindo simulações CFD 1D e 3D); ii - Projeto da
fabricação do protótipo; iii - Projeto dos experimentos (prova de conceito). O conceito
do motor desenvolvido apresenta configuração monocilíndrica, com lubrificação via
cárter, alimentação de combustível com injeção na porta, sobrealimentado por um
supercharger, portas de admissão com sistema uniflow clássico, arranjo de válvula de
exaustão paralela ao cilindro (sistema flathead). As especificações técnicas definem
o diâmetro do pistão com 70 mm, curso de 66,2 mm que determinam um volume
deslocado de 248 cc, com uma razão de compressão efetiva de 7,9:1, rotação máxima
de 3000 rpm, permitindo o acoplamento direto de uma hélice ao virabrequim. As
simulações 1D e 3D (CFD) apresentaram potência de 23 kW a 3000 rpm, torque de
77 N.m a 2700 rpm (rotação de cruzeiro) e eficiência próxima a 31%. Os resultados
dos testes experimentais de prova de conceito do protótipo apresentaram uma
potência de 10,5 kW e torque de 63 N.m, em rotação de 1600rpm, consumo de
combustível específico indicado de 465 g/kW.h, porém com uma baixa eficiência, de
aproximadamente 18%. Estes resultados permitem concluir que: o conceito
apresentado é tecnicamente viável; o excesso de lavagem do cilindro impossibilitou
elevar acima dos 1600 rpm a rotação do motor, culminando para a eficiência baixa,
entretanto, esta condição é contornável por meio de ajustes no comando de válvulas
e abertura (tempo e posição) das portas de admissão. Sendo assim, este estudo
apresenta avanços no campo de motores de combustão interna para utilização em
aviação experimental. | por |
dc.contributor.advisor1 | Martins, Mario Eduardo Santos | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4000658451843066 | por |
dc.contributor.referee1 | Zabeu, Clayton Barcelos | |
dc.contributor.referee2 | Lacava, Pedro | |
dc.contributor.referee3 | Lanzanova, Thompson Diórdinis Metzka | |
dc.contributor.referee4 | Roso, Vinícius Rückert | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/2995821171214057 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia de Produção | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |