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dc.creatorHausen, Roberto Begnis
dc.date.accessioned2023-10-31T12:09:22Z
dc.date.available2023-10-31T12:09:22Z
dc.date.issued2023-09-19
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/30412
dc.description.abstractInternal 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.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectProjeto e desenvolvimentopor
dc.subjectMotor 2 tempospor
dc.subjectSobrealimentadopor
dc.subjectUnifloweng
dc.subjectFlatheadeng
dc.subjectAviação experimentalpor
dc.subjectDesign and developmenteng
dc.subject2-Stroke engineeng
dc.subjectSuperchargedeng
dc.subjectExperimental aviationeng
dc.titleAplicação de metodologia de projeto para desenvolvimento de motor para aeronaves experimentaispor
dc.title.alternativeApplication of design methodology to develop an engine for experimental airplaneseng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoMotores 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.advisor1Martins, Mario Eduardo Santos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4000658451843066por
dc.contributor.referee1Zabeu, Clayton Barcelos
dc.contributor.referee2Lacava, Pedro
dc.contributor.referee3Lanzanova, Thompson Diórdinis Metzka
dc.contributor.referee4Roso, Vinícius Rückert
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2995821171214057por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia de Produçãopor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Produçãopor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAOpor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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