Hacia un diseño óptimo de alas para nuevas oportunidades de fuselaje y propulsión
Autores: Wahler, Nicolas F. M.; Elham, Ali
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Hacia un diseño óptimo de alas para nuevas oportunidades de fuselaje y propulsión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sostenibilidad
Aeronaves
Propulsión por hidrógeno
Geometría de alas
Optimización
Emisiones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Se han establecido objetivos de sostenibilidad estrictos para la próxima generación de aeronaves. Un concepto innovador prometedor de fuselaje es el avión de ala con soporte de estruturas de alta relación de aspecto (SBWA). Los conceptos impulsados por hidrógeno son fuertes candidatos para la propulsión sostenible. El estudio investiga la influencia de la propulsión con hidrógeno líquido (LH2) en la geometría óptima del ala de SBWA de rango medio para objetivos de costo mínimo y mínima emisión. Se realizan optimizaciones multiobjetivo en dos marcos de optimización de diferente fidelidad para los conceptos de SBWA impulsados por queroseno y LH2. Además, una variedad de diseños óptimos de Pareto muestra los cambios en la forma optimizada del ala para el ponderado variable de los dos objetivos. Los resultados muestran que las diferencias en la geometría óptima del ala entre los resultados impulsados por queroseno y LH2 para cada función objetivo respectiva son pequeñas. Para ambas aeronaves, el objetivo de mínima emisión optimiza para menores consumos de combustible y, por lo tanto, menores emisiones, aunque con un aumento en la masa estructural del ala. El objetivo de costo mínimo equilibra las reducciones en las masas estructurales y de combustible, resultando en un diseño más ligero a relaciones de aspecto más bajas. Otros parámetros de forma del ala solo tienen contribuciones menores. Aunque las relaciones de aspecto del ala para ambos objetivos difieren en aproximadamente un 50%, los cambios reales son solo del 2.5% en combustible y del 1.5% en el costo operativo directo (DOC). Debido a un conjunto más grande de variables de diseño utilizadas en las optimizaciones de mayor fidelidad, se generan más oportunidades de reducción de arrastre parásito y de onda, lo que resulta en relaciones de aspecto óptimas aumentadas.
Descripción
Se han establecido objetivos de sostenibilidad estrictos para la próxima generación de aeronaves. Un concepto innovador prometedor de fuselaje es el avión de ala con soporte de estruturas de alta relación de aspecto (SBWA). Los conceptos impulsados por hidrógeno son fuertes candidatos para la propulsión sostenible. El estudio investiga la influencia de la propulsión con hidrógeno líquido (LH2) en la geometría óptima del ala de SBWA de rango medio para objetivos de costo mínimo y mínima emisión. Se realizan optimizaciones multiobjetivo en dos marcos de optimización de diferente fidelidad para los conceptos de SBWA impulsados por queroseno y LH2. Además, una variedad de diseños óptimos de Pareto muestra los cambios en la forma optimizada del ala para el ponderado variable de los dos objetivos. Los resultados muestran que las diferencias en la geometría óptima del ala entre los resultados impulsados por queroseno y LH2 para cada función objetivo respectiva son pequeñas. Para ambas aeronaves, el objetivo de mínima emisión optimiza para menores consumos de combustible y, por lo tanto, menores emisiones, aunque con un aumento en la masa estructural del ala. El objetivo de costo mínimo equilibra las reducciones en las masas estructurales y de combustible, resultando en un diseño más ligero a relaciones de aspecto más bajas. Otros parámetros de forma del ala solo tienen contribuciones menores. Aunque las relaciones de aspecto del ala para ambos objetivos difieren en aproximadamente un 50%, los cambios reales son solo del 2.5% en combustible y del 1.5% en el costo operativo directo (DOC). Debido a un conjunto más grande de variables de diseño utilizadas en las optimizaciones de mayor fidelidad, se generan más oportunidades de reducción de arrastre parásito y de onda, lo que resulta en relaciones de aspecto óptimas aumentadas.