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Diseño Preliminar de Aeronaves para Arquitecturas de Propulsión Híbrida Eléctrica: Un Enfoque en la Pérdida Crítica de Empuje

Autores: Mangold, Jonas; Strohmayer, Andreas

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Diseño Preliminar de Aeronaves para Arquitecturas de Propulsión Híbrida Eléctrica: Un Enfoque en la Pérdida Crítica de Empuje


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Arquitecturas de propulsión eléctrica híbrida
Consumo de combustible
Emisiones
Diseño de aeronaves
Análisis de fallos
Regulaciones operativas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 30

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las arquitecturas de propulsión eléctrica híbrida ofrecen una solución prometedora para reducir el consumo de combustible y las emisiones en la aviación. Sin embargo, la introducción de portadores de energía dual añade complejidad al diseño preliminar de aeronaves, particularmente en términos de distribución de energía, análisis de fallos y cumplimiento de regulaciones operativas. Los principales desafíos incluyen la definición de casos de fallo, lo que requiere refinar el análisis de restricciones convencional para aeronaves eléctricas híbridas e integrar escenarios de fallo en el análisis de misión para cumplir con las especificaciones de certificación y los requisitos regulatorios. Este estudio presenta una metodología unificada que combina un análisis de restricciones analítico con un bucle de diseño numérico de mayor fidelidad implementado en el marco SUAVE para abordar estos desafíos. Las innovaciones clave incluyen la introducción de nuevos parámetros, como la relación de potencia del eje suministrada, y la capacidad de evaluar escenarios de fallo a través de la definición de la pérdida crítica de empuje, ampliando así el análisis más allá de los casos convencionales de un motor inoperativo. La metodología también integra una estrategia de gestión de energía que asigna dinámicamente la potencia entre los portadores de energía primaria y secundaria, capturando así la interacción entre los requisitos de energía (análisis de misión) y potencia (análisis de restricciones). Los resultados de los análisis de restricciones y de misión, incluidos los escenarios de aeródromos alternativos en ruta, demuestran que el uso de baterías como portador de energía secundaria puede reducir el sobredimensionamiento de las fuentes de energía primaria. Sin embargo, su utilización efectiva es altamente sensible y puede requerir ajustes en el dimensionamiento de energía. Estos hallazgos subrayan la importancia de incorporar consideraciones de portadores de energía dual desde el principio del proceso de diseño y destacan el impacto de las condiciones de pérdida crítica de empuje en las configuraciones de aeronaves eléctricas híbridas, beneficiando en última instancia a investigadores e ingenieros.

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