CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Estudio de la viabilidad de los sistemas de propulsión híbrida para aviación comercial ligera

Director/a: MELLIBOVSKY ELSTEIN, FERNANDO PABLO

Departament: FIS

Títol: Estudio de la viabilidad de los sistemas de propulsión híbrida para aviación comercial ligera

Data inici oferta: 16-02-2021     Data finalització oferta: 16-10-2021


Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIST AEROESP
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: EETAC
 
Paraules clau:
Hybrid Propulsion, Aviation, Light Aircraft, Regional Aircraft, HEPS, Electrification, Emissions
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
En los últimos años, teniendo en cuanta la gran contaminación medioambiental que vivimos en la actualidad, muchas industrias han tenido que reinventarse y aprovechar energías limpias. Un gran ejemplo claro dentro del mundo del transporte es la industria automovilística, que ha desarrollado motores de combustión híbridos y motores cien por cien eléctricos más ecológicos y eficientes que los convencionales. En el mundo de aviación la propulsión hibrida y eléctrica se está convirtiendo en una tecnología alternativa viable, y esto es debido gracias a las grandes ventajas que tienen respecto a las bajas/nulas emisiones que tienen, a un ahorro del consumo de combustible que conlleva a tener un ahorro en los costes para las aerolíneas y finalmente una menor emisión de ruido.
Uno de los grandes inconvenientes que podemos encontrar en este tipo de sistemas es que no hay baterías lo suficiente potentes que puedan dar la potencia requerida para una aeronave en las diferentes etapas de su vuelo, otro inconveniente es la masa significativa de baterías que pueda llevar. Y es por eso que todavía no se haya desarrollado motores de propulsión eléctrica para la aviación comercial, pero sí que podemos encontrar algún ultraligero que utiliza esta tecnología debido al bajo peso que lleva. Los sistemas de propulsión híbrida-eléctrica pueden aprovechar la sinergia entre dos tecnologías al combinar motores de combustión interna con motores eléctricos.
Uno de los propósitos de este trabajo es estudiar la viabilidad de un sistema de propulsión híbrida para la aviación comercial ligera con búsqueda de datos relacionado con este tema,
como puede ser la mecánica de vuelo y la propulsión, para después oder implementar modelos matemáticos o una simulación CFD que ayuden a verificar o no este propósito y finalmente sacar las conclusiones pertinentes.
 
Overview (resum en anglès):
In recent years, given the great environmental pollution we are experiencing today, and the environmental impact this entails, many industries have had to reinvent themselves and take advantage of clean energy. A great example within the world of transport is the automotive industry, which has developed hybrid combustion engines and 100% electric engines that are greener and more efficient than conventional ones
In the world of aviation, electric and hybrid propulsion is becoming a viable alternative technology for ultralight and light aircraft. While for commercial aviation the first prototypes such as the E-FanX hybrid aircraft are still being designed. There are currently several research articles on the electrification of commercial aircraft for the future. The advantages of these systems are fuel economy, low/zero emissions of polluting gases and low noise over conventional aircraft. All of this translates into cost savings for airlines and customers.
One of the major drawbacks is weight limitation due to the low specific energy of the batteries. Because to cope with the power required by an aircraft throughout its mission, an energy source with a specific energy equivalent to fossil fuels is needed. Today, battery technology is far from providing specific energy equivalent to fossil fuels. So having fully electric propulsion systems on commercial aircraft is practically unfeasible. Hybrid systems are an intermediate step in the face of fully electric commercial aircraft.
One of the purposes of this work is to study the feasibility of a hybrid propulsion system for a regional aircraft of 70 passengers and a range of 1,500 km. The methodology of this study is to estimate the minimum power required by hybrid propulsion systems to verify that they can cope with power demand and to calculate the degree of hybridization of both energy and power, to determine the total weight that will be destined for the energy and the number of batteries that can be carried, considering the minimum loss of charge.
In addition, the degree of total hybridization of the reference aircraft will be calculated and the benefits and disadvantages of these hybrid propulsion systems will also be determined.
In this study, an ATR 72-600, a regional aircraft powered by two turbopropellers, with a capacity of 70 passengers and a maximum range of 1.528 km, has been chosen as the reference aircraft. The results concerning this aircraft, for a design of Lithium-Air batteries of 1.000 Wh/kg, without having a structural redesign of the aircraft, indicate that it can achieve a total hybridization degree of 10%, 22% fuel economy and a maximum range of 1.177 km, at the expense of reduce the maximum load by 48%.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC