Enfriamiento de motores eléctricos de 1 MW a través de chorros de aceite sumergidos por impacto para aplicaciones aeronáuticas
Autores: Di Lorenzo, Giuseppe; Romano, Diego Giuseppe; Carozza, Antonio; Pagano, Antonio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Enfriamiento de motores eléctricos de 1 MW a través de chorros de aceite sumergidos por impacto para aplicaciones aeronáuticas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Electrificación
Aeronaves
Electrónica de potencia
Sistemas de gestión térmica
Aeronaves turbohélice
Sistemas de propulsión eléctrica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
La electrificación de aeronaves es una tarea muy desafiante, ya que la demanda de energía y potencia es alta. Si bien el almacenamiento y la generación de energía eléctrica se estudian ampliamente debido a la limitada energía específica y potencia específica de las baterías y pilas de combustible, las máquinas eléctricas (electrónica de potencia y motores), que tienen años de experiencia en muchos campos industriales, deben mejorarse cuando se aplican a la aviación: generalmente tienen una alta eficiencia, pero el aumento en los niveles de potencia determina cargas térmicas significativas que, a diferencia de los motores de combustión interna (ICE), no pueden ser rechazadas con los gases de escape. Por lo tanto, existe una necesidad de sistemas de gestión térmica (TMS) con el objetivo principal de mantener las temperaturas de operación por debajo del nivel máximo requerido por las máquinas eléctricas. Las aeronaves turbopropulsadas, como el ATR 72 o el Dash 8-Q400, se utilizan comúnmente para el transporte regional y están equipadas con dos motores de turbina de gas cuya potencia combinada es del orden de 4 MW. Los sistemas de propulsión eléctrica e híbrida para estas aeronaves están siendo estudiados por varias industrias líderes de la aviación comercial y nuevas empresas, y el tamaño del motor de 1 MW parece ser la principal opción, ya que podría utilizarse en diferentes configuraciones de aeronaves, particularmente aquellas que explotan la propulsión eléctrica distribuida. Con referencia a los temas mencionados anteriormente, el presente trabajo presenta el diseño de un TMS para un motor/generador de alta potencia cuya arquitectura eléctrica es conocida. Una vez integrado con la parte eléctrica, el TMS debe permitir una relación peso/potencia de 14 kW/kg (o 20 kW/kg en potencia máxima) mientras mantiene la temperatura por debajo de la temperatura límite con márgenes de seguridad razonables. El aceite de chorro sumergido es la técnica de refrigeración aplicada aquí con un enfoque en el aceite diatérmico. Se analizan los parámetros que afectan la refrigeración, como la velocidad del rotor y el factor de llenado, con CFD avanzado.
Descripción
La electrificación de aeronaves es una tarea muy desafiante, ya que la demanda de energía y potencia es alta. Si bien el almacenamiento y la generación de energía eléctrica se estudian ampliamente debido a la limitada energía específica y potencia específica de las baterías y pilas de combustible, las máquinas eléctricas (electrónica de potencia y motores), que tienen años de experiencia en muchos campos industriales, deben mejorarse cuando se aplican a la aviación: generalmente tienen una alta eficiencia, pero el aumento en los niveles de potencia determina cargas térmicas significativas que, a diferencia de los motores de combustión interna (ICE), no pueden ser rechazadas con los gases de escape. Por lo tanto, existe una necesidad de sistemas de gestión térmica (TMS) con el objetivo principal de mantener las temperaturas de operación por debajo del nivel máximo requerido por las máquinas eléctricas. Las aeronaves turbopropulsadas, como el ATR 72 o el Dash 8-Q400, se utilizan comúnmente para el transporte regional y están equipadas con dos motores de turbina de gas cuya potencia combinada es del orden de 4 MW. Los sistemas de propulsión eléctrica e híbrida para estas aeronaves están siendo estudiados por varias industrias líderes de la aviación comercial y nuevas empresas, y el tamaño del motor de 1 MW parece ser la principal opción, ya que podría utilizarse en diferentes configuraciones de aeronaves, particularmente aquellas que explotan la propulsión eléctrica distribuida. Con referencia a los temas mencionados anteriormente, el presente trabajo presenta el diseño de un TMS para un motor/generador de alta potencia cuya arquitectura eléctrica es conocida. Una vez integrado con la parte eléctrica, el TMS debe permitir una relación peso/potencia de 14 kW/kg (o 20 kW/kg en potencia máxima) mientras mantiene la temperatura por debajo de la temperatura límite con márgenes de seguridad razonables. El aceite de chorro sumergido es la técnica de refrigeración aplicada aquí con un enfoque en el aceite diatérmico. Se analizan los parámetros que afectan la refrigeración, como la velocidad del rotor y el factor de llenado, con CFD avanzado.