Evaluación de las tecnologías futuras de fuselaje y propulsión sobre la sostenibilidad de los aviones de medio alcance de próxima generación
Autores: Karpuk, Stanislav; Radespiel, Rolf; Elham, Ali
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Evaluación de las tecnologías futuras de fuselaje y propulsión sobre la sostenibilidad de los aviones de medio alcance de próxima generación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Estructura del avión
Tecnologías de propulsión
Sostenibilidad
Jets comerciales
Control de flujo laminar
Tecnologías de motores
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
El presente trabajo demuestra el impacto de las futuras tecnologías de fuselaje y propulsión en la sostenibilidad de posibles aviones comerciales de medio alcance con especificaciones de diseño similares al Airbus A320-200. Las tecnologías avanzadas de fuselaje y motor incluyen el control de flujo laminar (LFC), la alivio activo de carga, nuevos materiales y estructuras, y motores turbofan de relación de derivación ultra alta. Se compararon dos configuraciones de aeronaves con varias opciones de diseño para determinar potencialmente la mejor opción para el perfil de misión, que tiende a minimizar el impacto ambiental. Cada configuración fue diseñada para equilibrar las emisiones equivalentes de CO y los costos operativos directos. Se realizaron análisis de sensibilidad tecnológica para investigar la importancia de combinaciones tecnológicas particulares y determinar cuáles mejoran más la sostenibilidad de la aeronave. Todos los estudios se realizaron a nivel de diseño conceptual utilizando un enfoque de diseño de multifidelidad para investigar los efectos a nivel de sistema de las tecnologías. El entorno de diseño de aeronaves de código abierto SUAVE fue ampliado e integrado con otras herramientas de diseño y análisis de aeronaves para obtener todas las correlaciones requeridas. La aeronave con tecnologías avanzadas mostró una reducción promedio en las emisiones equivalentes de CO del 36% y una reducción del 23% en los costos operativos directos en comparación con la aeronave de referencia para un perfil de misión similar, aunque las aeronaves con tecnologías futuras pueden tener un costo de producción un 43% más alto. Los resultados dados indican que la aplicación de tecnologías puede ser comercialmente exitosa si las tecnologías logran los valores de rendimiento esperados, a pesar de los altos costos de desarrollo. Finalmente, el análisis de sensibilidad tecnológica demostró la influencia más significativa de las tecnologías relacionadas con el motor y el control de flujo laminar en comparación con otras tecnologías consideradas en esta investigación. Dependiendo de las complejidades de diseño e integración, las tecnologías de motor pueden ser más alcanzables en un futuro cercano y pueden reducir sustancialmente el nivel de emisiones total.
Descripción
El presente trabajo demuestra el impacto de las futuras tecnologías de fuselaje y propulsión en la sostenibilidad de posibles aviones comerciales de medio alcance con especificaciones de diseño similares al Airbus A320-200. Las tecnologías avanzadas de fuselaje y motor incluyen el control de flujo laminar (LFC), la alivio activo de carga, nuevos materiales y estructuras, y motores turbofan de relación de derivación ultra alta. Se compararon dos configuraciones de aeronaves con varias opciones de diseño para determinar potencialmente la mejor opción para el perfil de misión, que tiende a minimizar el impacto ambiental. Cada configuración fue diseñada para equilibrar las emisiones equivalentes de CO y los costos operativos directos. Se realizaron análisis de sensibilidad tecnológica para investigar la importancia de combinaciones tecnológicas particulares y determinar cuáles mejoran más la sostenibilidad de la aeronave. Todos los estudios se realizaron a nivel de diseño conceptual utilizando un enfoque de diseño de multifidelidad para investigar los efectos a nivel de sistema de las tecnologías. El entorno de diseño de aeronaves de código abierto SUAVE fue ampliado e integrado con otras herramientas de diseño y análisis de aeronaves para obtener todas las correlaciones requeridas. La aeronave con tecnologías avanzadas mostró una reducción promedio en las emisiones equivalentes de CO del 36% y una reducción del 23% en los costos operativos directos en comparación con la aeronave de referencia para un perfil de misión similar, aunque las aeronaves con tecnologías futuras pueden tener un costo de producción un 43% más alto. Los resultados dados indican que la aplicación de tecnologías puede ser comercialmente exitosa si las tecnologías logran los valores de rendimiento esperados, a pesar de los altos costos de desarrollo. Finalmente, el análisis de sensibilidad tecnológica demostró la influencia más significativa de las tecnologías relacionadas con el motor y el control de flujo laminar en comparación con otras tecnologías consideradas en esta investigación. Dependiendo de las complejidades de diseño e integración, las tecnologías de motor pueden ser más alcanzables en un futuro cercano y pueden reducir sustancialmente el nivel de emisiones total.