Aplicación de la Exploración de Diseño Basada en Conjuntos Probabilísticos en la Gestión de Energía de una Aeronave Híbrido-Eléctrica
Autores: Spinelli, Andrea; Enalou, Hossein Balaghi; Zaghari, Bahareh; Kipouros, Timoleon; Laskaridis, Panagiotis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Aplicación de la Exploración de Diseño Basada en Conjuntos Probabilísticos en la Gestión de Energía de una Aeronave Híbrido-Eléctrica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Gestión de energía
Aeronaves híbrido-eléctricas
Exploración del espacio de diseño
Consumo de combustible
Masa de despegue
Compensación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
La estrategia de gestión de energía de una aeronave híbrido-eléctrica está vinculada al diseño del sistema de propulsión en sí. Se introduce una nueva metodología de exploración del espacio de diseño basada en el Diseño Basado en Conjuntos para analizar los efectos de diferentes estrategias sobre el consumo de combustible y la masa de despegue. Se utilizan probabilidades para evaluar y descartar áreas del espacio de diseño que no son capaces de satisfacer las restricciones y requisitos, ahorrando tiempo computacional correspondiente a un promedio del 75%. El estudio se lleva a cabo en un turbohélice regional de 50 asientos con una arquitectura híbrido-eléctrica paralela. Las estrategias se modelan como funciones lineales por tramos del grado de hibridación y se aplican a diferentes fases de la misión para explorar cómo la complejidad de la estrategia y el número de segmentos hibridados pueden influir en el comportamiento del sistema. Los resultados indican que la complejidad de la parametrización no afecta el equilibrio entre el consumo de combustible y las emisiones. Por el contrario, se identifica un intercambio significativo sobre qué fases están hibridadas. Es decir, el menor consumo de combustible se obtiene solo al hibridar la fase de misión más larga, mientras que se generan menos emisiones si se hibridan más fases. Finalmente, se investigó la masa máxima de despegue como un parámetro, y se analizó el impacto en el equilibrio entre los objetivos. Se sugirieron tres estrategias de gestión de energía a partir de estos hallazgos, que lograron una reducción del consumo de combustible de hasta el 10% y una reducción de las emisiones de hasta el 15%.
Descripción
La estrategia de gestión de energía de una aeronave híbrido-eléctrica está vinculada al diseño del sistema de propulsión en sí. Se introduce una nueva metodología de exploración del espacio de diseño basada en el Diseño Basado en Conjuntos para analizar los efectos de diferentes estrategias sobre el consumo de combustible y la masa de despegue. Se utilizan probabilidades para evaluar y descartar áreas del espacio de diseño que no son capaces de satisfacer las restricciones y requisitos, ahorrando tiempo computacional correspondiente a un promedio del 75%. El estudio se lleva a cabo en un turbohélice regional de 50 asientos con una arquitectura híbrido-eléctrica paralela. Las estrategias se modelan como funciones lineales por tramos del grado de hibridación y se aplican a diferentes fases de la misión para explorar cómo la complejidad de la estrategia y el número de segmentos hibridados pueden influir en el comportamiento del sistema. Los resultados indican que la complejidad de la parametrización no afecta el equilibrio entre el consumo de combustible y las emisiones. Por el contrario, se identifica un intercambio significativo sobre qué fases están hibridadas. Es decir, el menor consumo de combustible se obtiene solo al hibridar la fase de misión más larga, mientras que se generan menos emisiones si se hibridan más fases. Finalmente, se investigó la masa máxima de despegue como un parámetro, y se analizó el impacto en el equilibrio entre los objetivos. Se sugirieron tres estrategias de gestión de energía a partir de estos hallazgos, que lograron una reducción del consumo de combustible de hasta el 10% y una reducción de las emisiones de hasta el 15%.