Dimensionamiento de Sistemas de Distribución de Combustible y Termopropulsión para Aeronaves Propulsadas por Hidrógeno Líquido Utilizando un Enfoque de MBSE
Autores: Sarr, Abdoulaye; Jézégou, Joël; de Saqui-Sannes, Pierre
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Dimensionamiento de Sistemas de Distribución de Combustible y Termopropulsión para Aeronaves Propulsadas por Hidrógeno Líquido Utilizando un Enfoque de MBSE
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Hidrógeno
Aeronaves
Trenes de potencia
Diseño
Modelos
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los aviones propulsados por hidrógeno constituyen una innovación transformadora en la aviación, motivada por la necesidad de soluciones de transporte sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Este documento tiene como objetivo concentrarse en el diseño de trenes de potencia de hidrógeno empleando un enfoque sistémico para proponer modelos de diseño representativos para sistemas de distribución y propulsión. Inicialmente, se formalizan los requisitos para el diseño del tren de potencia y se realiza un análisis basado en casos de uso para determinar las arquitecturas funcionales y físicas. Posteriormente, para cada componente pertinente al diseño preliminar, se propone un modelo analítico para el análisis y optimización multidisciplinaria del dimensionamiento del tren de potencia. Se desarrolló un modelo de tubería de doble pared, que incorpora aislamiento multicapa de espuma y vacío. El dimensionamiento de las tuberías internas y externas se realizó de acuerdo con las normas para el diseño de tuberías de hidrógeno. El dimensionamiento de las válvulas también se considera en el presente estudio, siguiendo las normas actuales y utilizando datos disponibles en la literatura. Además, se proponen modelos para bombas de refuerzo para compensar la caída de presión y bombas de alta presión para elevar la presión en la entrada de la cámara de combustión. También se incluyen modelos de intercambiadores de calor y evaporadores, que están conectados a un motor de hidrógeno en el proceso de dimensionamiento. Se identificó un diámetro óptimo de tubería liner, que minimiza el peso de los sistemas de distribución. También esperamos una reducción en la longitud y el peso del motor, manteniendo un empuje equivalente.
Descripción
Los aviones propulsados por hidrógeno constituyen una innovación transformadora en la aviación, motivada por la necesidad de soluciones de transporte sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Este documento tiene como objetivo concentrarse en el diseño de trenes de potencia de hidrógeno empleando un enfoque sistémico para proponer modelos de diseño representativos para sistemas de distribución y propulsión. Inicialmente, se formalizan los requisitos para el diseño del tren de potencia y se realiza un análisis basado en casos de uso para determinar las arquitecturas funcionales y físicas. Posteriormente, para cada componente pertinente al diseño preliminar, se propone un modelo analítico para el análisis y optimización multidisciplinaria del dimensionamiento del tren de potencia. Se desarrolló un modelo de tubería de doble pared, que incorpora aislamiento multicapa de espuma y vacío. El dimensionamiento de las tuberías internas y externas se realizó de acuerdo con las normas para el diseño de tuberías de hidrógeno. El dimensionamiento de las válvulas también se considera en el presente estudio, siguiendo las normas actuales y utilizando datos disponibles en la literatura. Además, se proponen modelos para bombas de refuerzo para compensar la caída de presión y bombas de alta presión para elevar la presión en la entrada de la cámara de combustión. También se incluyen modelos de intercambiadores de calor y evaporadores, que están conectados a un motor de hidrógeno en el proceso de dimensionamiento. Se identificó un diámetro óptimo de tubería liner, que minimiza el peso de los sistemas de distribución. También esperamos una reducción en la longitud y el peso del motor, manteniendo un empuje equivalente.