Modelado y Optimización del Diseño de un Sistema de Control Ambiental Eléctrico para Aeronaves Comerciales de Pasajeros
Autores: Planès, Thomas; Delbecq, Scott; Pommier-Budinger, Valérie; Bénard, Emmanuel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado y Optimización del Diseño de un Sistema de Control Ambiental Eléctrico para Aeronaves Comerciales de Pasajeros
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Aeronaves
Sistema de control ambiental
Arquitecturas eléctricas
Consumo de combustible
Escenarios de dimensionamiento
Modelos paramétricos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
El sistema de control ambiental de la aeronave (ECS) es el segundo sistema que más combustible consume, detrás del sistema de propulsión. Para reducir el consumo de combustible, una dirección de investigación pretende reemplazar las aeronaves convencionales por aeronaves más eléctricas. Así, se deben diseñar nuevas arquitecturas eléctricas para cada sistema, como para el ECS. En este documento, se modela un ECS eléctrico y luego se dimensiona y optimiza para diferentes escenarios de dimensionamiento con el objetivo de minimizar el consumo de combustible a nivel de la aeronave. Para el sistema y para cada componente, como las entradas de aire y los intercambiadores de calor, se desarrollan modelos paramétricos que permiten predecir características relevantes. Estos modelos, desarrollados para adaptarse a los problemas de diseño de aeronaves, son de diferentes tipos, como leyes de escalado y modelos sustitutos. Luego se ensamblan para construir un procedimiento de dimensionamiento preliminar para el ECS utilizando una formulación de análisis y optimización de diseño multidisciplinario (MDAO). Los resultados muestran que el diseño del ECS depende en gran medida del escenario de dimensionamiento considerado. Un enfoque para dimensionar el ECS globalmente con respecto a todos los escenarios de dimensionamiento conduce a un ECS que tiene en cuenta alrededor de 200 N de resistencia, 190 kW de potencia eléctrica y 1500 kg de masa para la aeronave CeRAS.
Descripción
El sistema de control ambiental de la aeronave (ECS) es el segundo sistema que más combustible consume, detrás del sistema de propulsión. Para reducir el consumo de combustible, una dirección de investigación pretende reemplazar las aeronaves convencionales por aeronaves más eléctricas. Así, se deben diseñar nuevas arquitecturas eléctricas para cada sistema, como para el ECS. En este documento, se modela un ECS eléctrico y luego se dimensiona y optimiza para diferentes escenarios de dimensionamiento con el objetivo de minimizar el consumo de combustible a nivel de la aeronave. Para el sistema y para cada componente, como las entradas de aire y los intercambiadores de calor, se desarrollan modelos paramétricos que permiten predecir características relevantes. Estos modelos, desarrollados para adaptarse a los problemas de diseño de aeronaves, son de diferentes tipos, como leyes de escalado y modelos sustitutos. Luego se ensamblan para construir un procedimiento de dimensionamiento preliminar para el ECS utilizando una formulación de análisis y optimización de diseño multidisciplinario (MDAO). Los resultados muestran que el diseño del ECS depende en gran medida del escenario de dimensionamiento considerado. Un enfoque para dimensionar el ECS globalmente con respecto a todos los escenarios de dimensionamiento conduce a un ECS que tiene en cuenta alrededor de 200 N de resistencia, 190 kW de potencia eléctrica y 1500 kg de masa para la aeronave CeRAS.