Diseño Conceptual y Compromisos Aeroestructurales en Aeronaves con Alas de Estruturas Soportadas por Hidrógeno: Perspectivas sobre Alas de Ultra-Alto Aspecto Secas y Húmedas
Autores: Wahler, Nicolas F. M.; Ma, Yiyuan; Elham, Ali
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño Conceptual y Compromisos Aeroestructurales en Aeronaves con Alas de Estruturas Soportadas por Hidrógeno: Perspectivas sobre Alas de Ultra-Alto Aspecto Secas y Húmedas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Objetivos de sostenibilidad
Aeronaves
Conceptos basados en hidrógeno
Ala
Tanques de combustible
Costos operativos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Se establecen objetivos de sostenibilidad estrictos para la próxima generación de aeronaves. Un concepto de fuselaje novedoso y prometedor es el avión de ala con soporte de estruturas de alta relación de aspecto (SBW). Los conceptos basados en hidrógeno son contendientes activos para la propulsión sostenible. El estudio compara un avión SBW de hidrógeno líquido (LH2) de rango medio con un avión SBW basado en queroseno diseñado con los mismos requisitos de nivel superior. Para ambos conceptos, se evalúan el diseño general, los costos operativos y las emisiones utilizando la herramienta SUAVE. Además, se realizan optimizaciones aeroestructurales para la masa del ala de los aviones SBW con y sin tanques de combustible en el ala. Los resultados muestran que la principal diferencia en la definición del punto de diseño se debe a una mayor resistencia a cero sustentación debido a un fuselaje extendido que alberga los tanques de LH2, con una pequeña reducción en la carga alar requerida. Los aumentos de masa estructural del avión LH2 debido a tanques adicionales y estructura del fuselaje son en su mayoría compensados por ahorros en la masa de combustible. Mientras que la masa de combustible representa casi el 25% de la Masa Máxima de Despegue (MTOM) del diseño de queroseno, esto se reduce al 10% para el diseño de LH2. El avión LH2 tiene un 16% más de costos operativos con niveles de emisión reducidos al 57-82% del avión de queroseno, dependiendo del método de producción de LH2. Para cargas estáticas, la ausencia de combustible que actúe como alivio del momento de flexión en el ala resulta en un aumento de la masa estructural del ala. Sin embargo, la inclusión de requisitos de tasa de giro provoca grandes aumentos de masa del ala para ambos conceptos, superando significativamente las penalizaciones del ala seca.
Descripción
Se establecen objetivos de sostenibilidad estrictos para la próxima generación de aeronaves. Un concepto de fuselaje novedoso y prometedor es el avión de ala con soporte de estruturas de alta relación de aspecto (SBW). Los conceptos basados en hidrógeno son contendientes activos para la propulsión sostenible. El estudio compara un avión SBW de hidrógeno líquido (LH2) de rango medio con un avión SBW basado en queroseno diseñado con los mismos requisitos de nivel superior. Para ambos conceptos, se evalúan el diseño general, los costos operativos y las emisiones utilizando la herramienta SUAVE. Además, se realizan optimizaciones aeroestructurales para la masa del ala de los aviones SBW con y sin tanques de combustible en el ala. Los resultados muestran que la principal diferencia en la definición del punto de diseño se debe a una mayor resistencia a cero sustentación debido a un fuselaje extendido que alberga los tanques de LH2, con una pequeña reducción en la carga alar requerida. Los aumentos de masa estructural del avión LH2 debido a tanques adicionales y estructura del fuselaje son en su mayoría compensados por ahorros en la masa de combustible. Mientras que la masa de combustible representa casi el 25% de la Masa Máxima de Despegue (MTOM) del diseño de queroseno, esto se reduce al 10% para el diseño de LH2. El avión LH2 tiene un 16% más de costos operativos con niveles de emisión reducidos al 57-82% del avión de queroseno, dependiendo del método de producción de LH2. Para cargas estáticas, la ausencia de combustible que actúe como alivio del momento de flexión en el ala resulta en un aumento de la masa estructural del ala. Sin embargo, la inclusión de requisitos de tasa de giro provoca grandes aumentos de masa del ala para ambos conceptos, superando significativamente las penalizaciones del ala seca.