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Diseño de un avión de hidrógeno para la eliminación de estelas persistentes cero

Autores: Barton, David I.; Hall, Cesare A.; Oldfield, Matthew K.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Diseño de un avión de hidrógeno para la eliminación de estelas persistentes cero


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Estelas de condensación
Aviación
Altitud
Aeronaves propulsadas por hidrógeno
Consumo de combustible
Geometría del ala

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los estelas de condensación son responsables de una proporción significativa del impacto climático de la aviación. Este documento utiliza datos del Centro Europeo para Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo para identificar las altitudes y latitudes donde las estelas de condensación formadas no persistirán. Esto revela que las estelas de condensación de larga duración pueden ser evitadas volando más bajo en regiones ecuatoriales y más alto en regiones no ecuatoriales. Posteriormente, se encuentra que el combustible más ligero y la capacidad de asientos reducida de las aeronaves propulsadas por hidrógeno conducen a un peso reducido de la aeronave, lo que aumenta la altitud de operación óptima en aproximadamente 2 km. En regiones no ecuatoriales, esto elevaría el punto de crucero de la aeronave a la región donde las estelas de condensación de larga duración no persisten, desbloqueando la operación de bajo impacto de estelas de condensación con aeronaves propulsadas por hidrógeno. La aeronave base considerada es un A320 adaptado con tanques de hidrógeno en el fuselaje. Se estiman los impactos del crucero a mayor altitud en el consumo de combustible y los beneficios desbloqueados al optimizar la geometría del ala para esta altitud utilizando un modelo de resistencia basado en la teoría propuesta por Cavcar, Lock y Mason, y verificado contra aeronaves existentes. La penalización de peso asociada con la optimización de la geometría del ala para esta altitud se estima utilizando la correlación de Torenbeek. Se encuentra que alas más delgadas con mayores relaciones de aspecto son particularmente adecuadas para esta operación a gran altitud y se ven favorecidas por la relajación del requisito de almacenar combustible en las alas. Se proporciona un diseño de aeronave de ejemplo para la región no ecuatorial, que vuela a una altitud de 14 km a Mach 0.75 con una probabilidad promedio de menos del 1% de generar estelas de condensación de larga duración al operar en latitudes a más de 35 grados del ecuador. En comparación con el A320, se estima que este diseño conceptual tiene un 20% mayor relación de sustentación a resistencia en crucero, debido a las alas un 33% más delgadas con un 50% mayor relación de aspecto, lo que permite un 5% más de uso de energía por pasajero-km, a pesar de tener un 40% menos de asientos.

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