. Posizione della FES sulla Power Unit Mercedes? | F1 ANALISI TECNICA

Posizione della FES sulla Power Unit Mercedes?




Noi di F1Analisitecnica abbiamo ritenuto fin da subito molto interessante l'indiscrezione svelata da Fabiano Vandone in collaborazione con l'ing, Lombardi riguardo all'uso di una Fly Wheel sulla Power Unit della Mercedes.
Procediamo per gradi e andiamo, per chi non lo sapesse, a spiegare che cos'è una Fly Wheel.
Il Fly Wheel (FES - Flywheel Energy Storage ) è un termine inglese che può essere tradotto in italiano come batteria a volano. E' un dispositivo elettromeccanico atto all'immagazzinamento di energia sotto forma di energia cinetica rotazionale. L'idea di base è accumulare energia ponendo in rapida rotazione un volano, realizzando perciò una batteria inerziale.
Nel post precedente non abbiamo mai messo dubbio l'idea che è senza dubbio geniale. Non riuscivamo a comprendere come tale soluzione potesse essere conforme al regolamento tecnico il quanto l'articolo 5.1.6 del regolamento tecnico stabilisce che turbina e compressore devo essere collegate da un albero che le faccia girare alla stessa velocità angolare. E' solo l'MGU-H che può essere staccato dal complesso turbina-compressore con una frizione.

Articolo 5.1.6 Regolamento tecnico

Pressure charging may only be effected by the use of a sole single stage compressor linked to a sole single stage exhaust turbine by a shaft assembly parallel to the engine crankshaft and within 25mm of the car centre line. The shaft must be designed so as to ensure that the shaft assembly, the compressor and the turbine always rotate about a common axis and at the same angular velocity, an electricalmotor generator (MGU-H) may be directly coupled to it.

Quindi, insieme all'amico Alessio, ingegnere meccanico, che ha collaborato già altre volte con noi, abbiamo cercato di comprendere e studiare una soluzione per permettere al sistema di rientrare all'interno del regolamento tecnico. 

Per fare ciò abbiamo rimosso Fly Wheel che nel post precedente avevamo collocato tra turbina e MGU-H in quanto il regolamento tecnico stabilisce che tra tra turbina e compressore non possono esserci frizioni.


Nel disegno abbiamo collocato Fly Wheel in quella posizione ma lo puoi mettete anche in altre, l'importante è che non sia direttamente sull'albero del turbogruppo. Il sistema è collegato con frizione e apposito riduttore/moltiplicatore all'albero del turbogruppo. 
Questo scherma è perfettamente con forme al regolamento tecnico. 
L'utilizzo del sistema è gestito elettronicamente in quanto potrei "pescare" energia sia da FES e MGU-H a bassi regimi in modo da ridurre il turbo lag e a regimi alti potrei recuperare energia da uno o da entrambi. La strategia di utilizzo non è facile da capire ma quelle espresse sopra sono soltanto delle possibilità.
I possibili problemi di questo sistema sono: la frizione che potrebbe andare in crisi negli innesti se c'è troppa differenza di velocità e la gestione della ripartizione ai vari regimi tra FES e MGU-H.

Esiste anche una soluzione che troviamo molto estrema e molto complicata soprattutto visto il fatto che quest'anno le difficoltà, dovute al cambio di regolamenti, erano davvero tante.  E 'possibile collocare la Fly Wheel in modo coassiale ma fare quello che fa la Rools-Royce sui turbogetti. In questi motori vengono messi fino a tre alberi coassiali ma indipendenti uno dall'altro che ruotano a velocità diverse. Questi alberi sono collegati tramite frizione. Sarebbe una cosa veramente molto complicata...
Ecco un piccolo scherma della soluzione:




22 Responses to "Posizione della FES sulla Power Unit Mercedes? "

  1. Caro Cristiano penso che scopriremo presto se lo schema da te indicato è il vero segrateo della Mercedes. In tal caso presto gli altri motoristi si adegueranno potendo montare qualche cosa di analogo compatibile con le rispettive realizzazioni.
    Io però non credo che sia così semplice ed il sospetto mi viene non solo dalla perticolare disposizione dellla turbina e del compressore dela Mercedes, ma anche dalla grandezza degli stessi e soprattutto dal fatto che la Mercedes ha sentito il bisogno di aquisire la Hii per realizzare e sviluppare in casa i turbocompressori su proprio disegno.
    Come dicevo nei commenti precedenti Secondo me lo schema corretto è:
    compressore-mot.elettrico-frizione-volano-frizione-generatore el.-turbina
    Peraltro questo è l'unico schema che necessita della disposizione compressore turbina utlizzata da Mercedes. tutte le altre sono replicabili anche negli schemi Renault - Ferrari.
    Per quanto riguarda la regolarità ho già dimostrato che è possibile avere un sistema a ciclo chiuso che permette di inseguire i valori di velocità per renderli equivalenti.
    Sono i transitori che fanno la differenza.
    D'altra parte se il regolamentatore avesse voluto impedirlo avrebbe usato parole come: solidale, medesima posizione angolare, asse unico etc..

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  2. @Ros_Zeta Se si inseriscono frizioni si viola di fatto il regolamento...."the compressor and the turbine always rotate about a common axis and at the same angular velocity"...
    Se metti una frizione è proprio per permettere il disaccoppiamento velocità angolari....
    Secondo me il "linked by a shaft" ha ben poche interpretazioni....no frizioni li in mezzo....

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  3. se l'obiettivo era quello di evitare le resistenze ai bassi regimi dati dalla turbina allora l'abbiamo perso per strada

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  4. per evitare l'inerzia, mantenendo la stessa velocità angolare dovremmo ridurre il raggio di inerzia......ma mi pare che sia ancora vietato

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  5. l'inerzia del turbogruppo non cambia....c'ò la frizione....non è un volano....

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  6. @Ale riporto il commento fatto all'altro articolo:
    io penso che per stabilire cosa sia sanzionabile e cosa no (indipendentemente da cosa contenga e come sia scritto l'articolo del regolamento con tutte le sue circonvoluzioni) bisognerebbe capire qual'è il metodo di controllo e, eventualmente, se qualcuno ha pensato a come aggirarlo. Ricordate le ali flessibili? i pesi posizionati in punti ove le ali pur flessibili non manifestavano formali irregolarità?
    Bene, ora al di là delle valutazioni circa lo spirito del regolamento, che sappiamo tutti quale valore hanno, vediamo se ci sono degli spazi interpretativi (si fa per dire) utili.
    Per me l'articolo del regolamento non esclude formalmente che l'alberino sia diviso in due parti (purchè ruoti sullo stesso asse) ne che siano due le frizioni.
    Ora, indipendentemente dalla utilita, non vedo eccezioni formali a far girare alla stessa velocità sia il compressore che la turbina rispettivamente "calibrate" dal motore elettrico e dal generatore rispetto al volano. Così come non vedo eccezioni formali all'innesto contemporaneo tramite frizioni del Volano tra i due alberini, sempre controllando che non ci sia differenza di velocità tra i due tramite il motore elettrico ed il generatore.
    Badate bene dico "eccezioni formali", parlo di velocità angolare e non di posizione angolare e parlo di un caso quasi ideale. Ora la verifica delle suddette condizioni in tutti i regimi di utilizzo sta ai metodi di misurazione previsti dalla Fia.
    Chi conosce quali sono?

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  7. La soluzione più estrema pensata da Alessio è mettere la Fly Wheel si coassiale ma fare quello che fa rools royce sui turbogetti....mette fino a tre alberi coassiali ma indipendenti che ruotano a velocita diverse....e poi in qst caso collegarli tramite frizone...ma sarebbe una cosa studiata molto ad hoc e veramente molto sofisticata

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  8. secondo me nonostante non sia molto chiaro non è interpretabile......cioè par avere sempre la stessa velocità angolare non c'è scampo....c'è anche il linked by a shaft...mettendo una o due frizioni non è più un unico albero e non sono sempre alla stessa velocità angolare...

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  9. Cristiano, questi sono in F1, sofisticato é normale per loro. Già nell'altro post ho detto 2 volte che per me l'albero del mgu h é vuoto come un tubo e all'interno ci passa l'albero turbina-compressore. A proposito di sofisticazioni, mi piacerebbe sapere a che grado di bilanciatura dell'albero devono arrivare. Con i motori a turbina che usiamo in aeromodellismo, con giranti da 70 e un albero di una ventina di cm circa, i computer delle macchine professionali per bilanciare, considerando la distanza tra le giranti compressore e turbina, il peso del complesso compressore albero turbina, e i 120000 giri da fare su 2 cuscinetti ceramici, calcolano uno sbilanciamento massimo permesso su ognuna delle giranti di 0,004 grammi. Mi piacerebbe sapere in Mercedes, con giranti sicuramente un po' più grandi, con un albero così lungo, con all'incirca gli stessi giri da fare, a quanti zeri arrivano dopo la virgola e con che bilanciatrici fantastiche ci arrivano. Oppure forse per difficoltà di bilanciatura di un sistema con un albero così lungo, magari lo fanno girare a meno giri per cui poi per recuperare quel che perdono montano giranti turbina più grandi????

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  10. @ros_zeta: vorrei farti notare che motore elettrico e generatore elettrico sono sostanzialmente la stessa cosa, un unico oggetto funzionante in due modi opposti... Non per niente si parla di motogeneratore (mgu, motor generator unit)

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  11. Riporto qui mio ultimo intervento sul post precedente.. d'accordo nel portare avanti la discussione su questo post?

    Ciao Cristiano, quello che io ipotizzavo, come qualcun altro ha citato, è che l'albero in un pezzo tra compressore e turbina passi attraverso l'MGU-H.
    L'innesto sarebbe realizzato ad esempio con un giunto elettromagnetico concentrico (nel disegno originale a mio avviso schematizzato dal disco di colore giallo posto sull'asse del volano) che permette di rendere o meno solidale il gruppo MGU-H-volano con quello turbina-compressore.
    Ho visto lo schema nel tuo post più recente e concordo che anch'esso sarebbe probabilmente legale; in fondo, a parte l'eventuale gruppo di riduzione o moltiplicazione, l'unica differenza mi sembra (correggimi se sbaglio) che in tale schema solo il volano verrebbe inserito dalla frizione, mentre l'MGU-H sarebbe sempre solidale con compressore e turbina.
    Ho detto probabilmente legale perché potrei pensare che il gruppo frizione + volano possa essere considerato un organo del tutto "nuovo" e non previsto dal regolamento. Mentre, un volano incorporato nella MGU-H potrebbe essere facilmente considerato parte dello stesso e quindi non essere soggetto a contestazioni, come pure la frizione tra MGU-H e gruppo turbina-compressore, in quanto citata espressamente in 5.2.4.
    E' anche vero che se la mia (e di altri) ipotesi fosse corretta, la particolare disposizione con MGU-H tra turbina e compressore non sarebbe necessaria per realizzare lo schema, anzi sembrerebbe un po' una complicazione, a causa della necessità di far passare l'albero del gruppo turbina-compressore attraverso l'MGU-H.
    In effetti credo che possanno esserci svariati altri motivi dietro questa scelta:
    1) Ottimizzazione del lay-out e della lunghezza dei collettori di aspirazione e scarico che devono necessariamente essere raccordati rispettivamente al compressore ed alla turbina
    2) Banale, ma .. perché no... Spazi a disposizione dopo aver disegnato l'architettura ottimale di motore e testate
    3) Ottimizzazione termica; vero, si può isolare termicamente tra turbina e compressore, ma se si ottiene lo stesso risultato semplicemente allontanandoli chi, potendo scegliere, prenderebbe l'altra strada?

    P.S. da dove viene il disegno originale ? (del post precedente)

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  12. Scusa Ros_Zeta, ma che significa questa disposizione?
    "compressore-mot.elettrico-frizione-volano-frizione-generatore el.-turbina"
    Messa così sembra che tra turbo e compressore ci siano due frizioni e due motogeneratori, è illegale averne una di frizione figuriamoci due Anche nella seconda ipotesi proposta da Cristiano, dove il gruppo della FW è collocato in uscita alla turbina la vedo un pò complicata a causa della presenza di un eventuale tubo di scarico che per regolamento può avere uno scostamento minimo dall'asse centrale della vettura, però se aggiunto davanti al compressore potrebbe funzionare, ma credo che comunque il regolamento vieti qualunque forma di accumulo di energia che non venga dalla MGU-H o dall MGU-K. Io comunque credo che se non siano le squadre a chiedere un chiarimento in merito non sapremmo mai il vero funzionamento di questo dispositivo e tantomeno se sia legale o meno!

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  13. Fw è stato posizionato lì per comodità ma credo sia più semplice il posizionamento lato compressore. Cmq io dico la mia: per me nessuno utilizza una FLY WHEEL

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  14. Però Cristiano, onestamente è una soluzione geniale se venga utilizzato o meno......

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  15. è l'alternativa alla batteria....cioè la quota di energia accumulata dal FW viene decurtata dall'ES elettrico...

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  16. Ale: esatto!
    non pensiamo ad una fly wheel che debba essere cosi' grande.. dato che gira a 100k giri/minuto.. integrarla nell'MGU-H penso sarebbe fattibile

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  17. mmm.. mi sa che qua dobbiamo rifare tutti l'esame di meccanica razionale...

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  18. Per fortuna ci sei tu grande genio.....

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  19. http://autosprint.corrieredellosport.it/2014/05/05/pance-troppo-strette-male-ferrari/15187/


    che ne paensate?

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  20. Pance strette?Mah,in relazione al layout che ci sta sotto non saprei,in relazione a quelle Mercedes,direi proprio di no!
    E comunque:un progettista di esperienza che commettesse errori del genere non dovrebbe poter rimanere alla guida dei team piu' importanti.A dire il vero,forse...nemmeno dei medi...

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  21. la velocità angolare del campo magnetico rotante di un motore asincrono é pressoche uguale a quella del rotore ma sfasata di qualche grado specie se il rotore viene entro certi limiti frenato ,o callerato in questo caso ... e comunque qualunque motore elettrico ha un effetto volano :)

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  22. naturalmente un generatore sincrono (alternatore ) alimenta (é il suo mestiere) tranquillamente un motore asincrono e se hanno lo stesso numero di poli girano allo stesso numero di giri ,potremmo addirittura avere ...(illuminazione ) in uno stesso statore due rotori uno sincrono magari a magneti permanenti ed uno a sincrono (gabbia di scoiattolo ?) in questo modo l'effetto volano del generatore potrebbe tranquillamente gestire i pochi istanti in cui viene disalimentato per cominciare a frenare la turbina .. ecc ecc ecc

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