Modelo Digital Multi-Física de un Tanque de Hidrógeno Líquido de Aluminio 2219 para Aeronaves
Autores: Tzoumakis, George; Fotopoulos, Konstantinos; Lampeas, George
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelo Digital Multi-Física de un Tanque de Hidrógeno Líquido de Aluminio 2219 para Aeronaves
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Hidrógeno líquido
Aeronaves
Tanques criogénicos
Diseño
Optimización
Materiales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
Los futuros aviones propulsados por hidrógeno líquido requieren el diseño y la optimización de un gran número de sistemas y subsistemas, siendo los tanques criogénicos uno de los más grandes y críticos. Considerando aplicaciones espaciales anteriores, estos tanques suelen estar reforzados por elementos internos como refuerzos, marcos y rigidizadores, lo que resulta en una geometría compleja que conduce a una eventual reducción de peso. Los tanques criogénicos experimentan una variedad de condiciones de carga mecánica y térmica y generalmente están construidos con varios materiales diferentes. La complejidad de la geometría y las cargas resalta la necesidad de una herramienta computacional para llevar a cabo análisis. En esta dirección, el presente trabajo describe el desarrollo de una simulación digital de elementos finitos multiphysics, realizando análisis de transferencia de calor y estructural de manera completamente paramétrica para poder apoyar la investigación de diferentes conceptos de diseño, materiales, geometrías, etc. Las capacidades del modelo desarrollado se demuestran mediante el proceso de diseño de un tanque criogénico de aluminio 2219 de tipo independiente para aplicaciones de aviones de pasajeros. El tanque diseñado indica una reducción potencial del peso máximo de despegue de aproximadamente el 8% para la categoría de pasajeros y demuestra que las aleaciones de aluminio son materiales candidatos serios para futuros aviones.
Descripción
Los futuros aviones propulsados por hidrógeno líquido requieren el diseño y la optimización de un gran número de sistemas y subsistemas, siendo los tanques criogénicos uno de los más grandes y críticos. Considerando aplicaciones espaciales anteriores, estos tanques suelen estar reforzados por elementos internos como refuerzos, marcos y rigidizadores, lo que resulta en una geometría compleja que conduce a una eventual reducción de peso. Los tanques criogénicos experimentan una variedad de condiciones de carga mecánica y térmica y generalmente están construidos con varios materiales diferentes. La complejidad de la geometría y las cargas resalta la necesidad de una herramienta computacional para llevar a cabo análisis. En esta dirección, el presente trabajo describe el desarrollo de una simulación digital de elementos finitos multiphysics, realizando análisis de transferencia de calor y estructural de manera completamente paramétrica para poder apoyar la investigación de diferentes conceptos de diseño, materiales, geometrías, etc. Las capacidades del modelo desarrollado se demuestran mediante el proceso de diseño de un tanque criogénico de aluminio 2219 de tipo independiente para aplicaciones de aviones de pasajeros. El tanque diseñado indica una reducción potencial del peso máximo de despegue de aproximadamente el 8% para la categoría de pasajeros y demuestra que las aleaciones de aluminio son materiales candidatos serios para futuros aviones.