Un estudio sobre sistemas de gestión térmica para aeronaves híbrido-eléctricas
Autores: Coutinho, Maria; Afonso, Frederico; Souza, Alain; Bento, David; Gandolfi, Ricardo; Barbosa, Felipe R.; Lau, Fernando; Suleman, Afzal
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un estudio sobre sistemas de gestión térmica para aeronaves híbrido-eléctricas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Electrificación
Calor residual
Sistema de gestión térmica
Tecnologías de transferencia de calor
Aeronaves híbrido-eléctricas
Requisitos de energía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
La electrificación del sistema propulsor de una aeronave se identifica como una solución potencial para reducir la huella de carbono en la industria de la aviación. Uno de los efectos de la mayor electrificación es la generación de una gran cantidad de calor residual que necesita ser eliminado. Dado que los sistemas de alta potencia deben ser refrigerados para evitar el deterioro del rendimiento, como el descontrol térmico de la batería, se requiere un sistema de gestión térmica adecuado para regular la temperatura de los componentes del tren motriz. Con esto en mente, el objetivo principal de esta investigación es identificar tecnologías prometedoras de transferencia de calor que se integren en un sistema de gestión térmica (TMS) de manera que se minimicen la potencia, la masa y la resistencia para una aeronave regional híbrido-eléctrica en el contexto del proyecto FutPrInt50 financiado por la UE. Se modelan cinco arquitecturas diferentes de TMS utilizando el entorno Matlab/Simulink basado en principios termodinámicos, fundamentos de transferencia de calor y ecuaciones de flujo de fluidos. Los sistemas son una combinación de refrigeración líquida en circuito cerrado integrada con diferentes componentes de disipación de calor, a saber, intercambiador de calor de aire ram, intercambiador de calor de piel y combustible. Se estiman y comparan su capacidad de refrigeración y las penalizaciones en el rendimiento general de la aeronave bajo diferentes condiciones de vuelo. Luego, se realiza un estudio paramétrico, seguido de un análisis de optimización multiobjetivo con el objetivo de minimizar el impacto del TMS. Como era de esperar, ninguna de las arquitecturas investigadas exhibe un rendimiento ideal en el rango de las métricas estudiadas. La investigación reveló que, al planificar el TMS para futuras aeronaves híbrido-eléctricas, será necesario desarrollar y estudiar arquitecturas alternativas a la luz de los requisitos de potencia.
Descripción
La electrificación del sistema propulsor de una aeronave se identifica como una solución potencial para reducir la huella de carbono en la industria de la aviación. Uno de los efectos de la mayor electrificación es la generación de una gran cantidad de calor residual que necesita ser eliminado. Dado que los sistemas de alta potencia deben ser refrigerados para evitar el deterioro del rendimiento, como el descontrol térmico de la batería, se requiere un sistema de gestión térmica adecuado para regular la temperatura de los componentes del tren motriz. Con esto en mente, el objetivo principal de esta investigación es identificar tecnologías prometedoras de transferencia de calor que se integren en un sistema de gestión térmica (TMS) de manera que se minimicen la potencia, la masa y la resistencia para una aeronave regional híbrido-eléctrica en el contexto del proyecto FutPrInt50 financiado por la UE. Se modelan cinco arquitecturas diferentes de TMS utilizando el entorno Matlab/Simulink basado en principios termodinámicos, fundamentos de transferencia de calor y ecuaciones de flujo de fluidos. Los sistemas son una combinación de refrigeración líquida en circuito cerrado integrada con diferentes componentes de disipación de calor, a saber, intercambiador de calor de aire ram, intercambiador de calor de piel y combustible. Se estiman y comparan su capacidad de refrigeración y las penalizaciones en el rendimiento general de la aeronave bajo diferentes condiciones de vuelo. Luego, se realiza un estudio paramétrico, seguido de un análisis de optimización multiobjetivo con el objetivo de minimizar el impacto del TMS. Como era de esperar, ninguna de las arquitecturas investigadas exhibe un rendimiento ideal en el rango de las métricas estudiadas. La investigación reveló que, al planificar el TMS para futuras aeronaves híbrido-eléctricas, será necesario desarrollar y estudiar arquitecturas alternativas a la luz de los requisitos de potencia.