Fundamentos de la integración innovadora de intercambiadores de calor en aeronaves para la propulsión eléctrica por hidrógeno
Autores: Gerl, Bernhard; Ronovsky-Bodisch, Matthias; Ferrari, Niccoló; Berens, Martin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Fundamentos de la integración innovadora de intercambiadores de calor en aeronaves para la propulsión eléctrica por hidrógeno
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistema de celdas de combustible
Eficiencia propulsiva
Intercambiador de calor
Relación de presión del ventilador
Velocidad de vuelo
Altitud
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
Se discute el potencial de utilizar el calor rechazado de un sistema de celdas de combustible para mejorar la eficiencia propulsiva de la aeronave en diversas condiciones de vuelo. Se presenta el trasfondo termodinámico del proceso y la conexión entre el consumo de energía en el ventilador del propulsor ductado y el calor de la celda de combustible, así como un vínculo entre estos dos componentes. Se discute un concepto que va más allá del intercambiador de calor ram conocido, que esboza los beneficios potenciales de integrar un ventilador aguas arriba del intercambiador de calor. Se presenta la influencia de la relación de presión del ventilador, la velocidad de vuelo y la altitud, así como el nivel de temperatura del calor disponible de la celda de combustible en la eficiencia propulsiva. Se establece una correlación entre la relación de presión del ventilador, la velocidad de vuelo y el calor intercambiable de la celda de combustible, proporcionando un enfoque computacional simplificado para evaluar las condiciones operativas viables dentro de este proceso. Este documento identifica los desafíos de la integración del intercambiador de calor en condiciones de nivel del mar de la atmósfera estándar internacional y sus beneficios para las condiciones de vuelo en crucero. Los resultados muestran que para un número de Mach de vuelo de 0.8 y una relación de presión del ventilador de 1.5 a una altitud de crucero de 11,000 m, la eficiencia de propulsión aumenta en aproximadamente 8 puntos porcentuales en comparación con un propulsor ductado sin utilización de calor. En condiciones de nivel del mar, el concepto no ofrece ninguna ventaja de rendimiento sobre un propulsor ductado. En cambio, exhibe una eficiencia propulsiva comparable o reducida.
Descripción
Se discute el potencial de utilizar el calor rechazado de un sistema de celdas de combustible para mejorar la eficiencia propulsiva de la aeronave en diversas condiciones de vuelo. Se presenta el trasfondo termodinámico del proceso y la conexión entre el consumo de energía en el ventilador del propulsor ductado y el calor de la celda de combustible, así como un vínculo entre estos dos componentes. Se discute un concepto que va más allá del intercambiador de calor ram conocido, que esboza los beneficios potenciales de integrar un ventilador aguas arriba del intercambiador de calor. Se presenta la influencia de la relación de presión del ventilador, la velocidad de vuelo y la altitud, así como el nivel de temperatura del calor disponible de la celda de combustible en la eficiencia propulsiva. Se establece una correlación entre la relación de presión del ventilador, la velocidad de vuelo y el calor intercambiable de la celda de combustible, proporcionando un enfoque computacional simplificado para evaluar las condiciones operativas viables dentro de este proceso. Este documento identifica los desafíos de la integración del intercambiador de calor en condiciones de nivel del mar de la atmósfera estándar internacional y sus beneficios para las condiciones de vuelo en crucero. Los resultados muestran que para un número de Mach de vuelo de 0.8 y una relación de presión del ventilador de 1.5 a una altitud de crucero de 11,000 m, la eficiencia de propulsión aumenta en aproximadamente 8 puntos porcentuales en comparación con un propulsor ductado sin utilización de calor. En condiciones de nivel del mar, el concepto no ofrece ninguna ventaja de rendimiento sobre un propulsor ductado. En cambio, exhibe una eficiencia propulsiva comparable o reducida.