Desarrollo de Palas de Compuesto de Carbono en el Contexto de la Validación Experimental de una Herramienta de Diseño Basada en CFD para Motores de Ventilador Eléctricos de Contra-Rotación
Autores: Hawner, Sebastian; Rduch, Lukas; Baumhöfener, Henry; Hupfer, Andreas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Desarrollo de Palas de Compuesto de Carbono en el Contexto de la Validación Experimental de una Herramienta de Diseño Basada en CFD para Motores de Ventilador Eléctricos de Contra-Rotación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistemas de propulsión eléctrica
Aviación sostenible
Herramienta de diseño basada en CFD
Palas compuestas
Investigaciones experimentales
Motores de ventilador contra-rotativos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de propulsión eléctrica han surgido como un enfoque tecnológico disruptivo para lograr una aviación sostenible y climáticamente neutral. Para expandir el rango operativo de estas unidades de propulsión en términos de altitud y velocidad, se puede utilizar un conducto envolvente y rotores contrarrotativos para mejorar la eficiencia. En este estudio, se utiliza una herramienta de diseño basada en CFD iterativa desarrollada para estos novedosos sistemas de propulsión para diseñar un motor de referencia, que tiene una configuración clásica de rotor-estator. Siendo el componente clave de este propulsor, se presenta un proceso de fabricación para palas compuestas. Este esfuerzo tiene como objetivo hacer que la tecnología de vanguardia sea accesible a proyectos de investigación más pequeños, promoviendo la adopción generalizada de la tecnología de propulsión eléctrica en el sector de la aviación. A través de investigaciones experimentales de la elongación de la pala tanto en pruebas de tracción como en la operación del motor, midiendo el despeje de la punta con una cámara de alta velocidad, este proceso podría validarse para facilitar la transferibilidad de la investigación. Finalmente, el rendimiento del motor fabricado se mide mediante una sonda miniatura de cinco orificios, no solo en el punto de diseño, sino también en la operación fuera de diseño. Los resultados indican que se puede lograr una reducción sustancial en las discrepancias entre las especificaciones iniciales, las simulaciones CFD posteriores y las investigaciones experimentales en comparación con las herramientas de diseño convencionales que dependen de formulaciones empíricas, gracias al enfoque basado en CFD. Esto permite que la herramienta basada en CFD sea validada para diseñar motores de ventilador contrarrotativos escalables.
Descripción
Los sistemas de propulsión eléctrica han surgido como un enfoque tecnológico disruptivo para lograr una aviación sostenible y climáticamente neutral. Para expandir el rango operativo de estas unidades de propulsión en términos de altitud y velocidad, se puede utilizar un conducto envolvente y rotores contrarrotativos para mejorar la eficiencia. En este estudio, se utiliza una herramienta de diseño basada en CFD iterativa desarrollada para estos novedosos sistemas de propulsión para diseñar un motor de referencia, que tiene una configuración clásica de rotor-estator. Siendo el componente clave de este propulsor, se presenta un proceso de fabricación para palas compuestas. Este esfuerzo tiene como objetivo hacer que la tecnología de vanguardia sea accesible a proyectos de investigación más pequeños, promoviendo la adopción generalizada de la tecnología de propulsión eléctrica en el sector de la aviación. A través de investigaciones experimentales de la elongación de la pala tanto en pruebas de tracción como en la operación del motor, midiendo el despeje de la punta con una cámara de alta velocidad, este proceso podría validarse para facilitar la transferibilidad de la investigación. Finalmente, el rendimiento del motor fabricado se mide mediante una sonda miniatura de cinco orificios, no solo en el punto de diseño, sino también en la operación fuera de diseño. Los resultados indican que se puede lograr una reducción sustancial en las discrepancias entre las especificaciones iniciales, las simulaciones CFD posteriores y las investigaciones experimentales en comparación con las herramientas de diseño convencionales que dependen de formulaciones empíricas, gracias al enfoque basado en CFD. Esto permite que la herramienta basada en CFD sea validada para diseñar motores de ventilador contrarrotativos escalables.