Modelo de aeronave con propulsión híbrida

Abstract

Este proyecto nace del interés de diseñar un motor turbohélice híbrido y estudiar su aplicabilidad en el mercado actual. Dicho diseño se ha llevado a cabo en la herramienta Matlab.

La hibridación del motor vendrá dada por la combinación de un motor térmico turbohélice convencional junto a un conjunto que generará potencia eléctrica. Este segundo estará formado por un almacenamiento de dicha energía en baterías, que la suministrarán a varios motores eléctricos que podrán actuar también como generadores. De esta forma, se contemplará tanto la descarga como la recarga de estas baterías.

La estructura del proyecto gira en torno a cuatro grandes bloques: modelo de aeronave, modelo de turbohélice, modelo eléctrico y optimización de la operación. Los tres primeros bloques compondrán el núcleo del estudio: a partir de una entrada proporcionada por el modelo de aeronave, puede dar respuesta a esta el motor térmico, el eléctrico o una combinación de ambos. Esto permitirá contar con las herramientas necesarias para afrontar el objetivo final: la elaboración de un algoritmo optimizador que decida en cada instante de tiempo cuál es la configuración o el grado de hibridación del motor.

A partir de esta estructura, se ha hecho un análisis de tres aviones representativos del mercado actual en cuanto a turbohélices se refiere, intentando cubrir gran variedad de tamaños de misiones, aplicaciones, tecnologías y pesos de aeronaves.

Por la magnitud de este problema de diseño, se deberán establecer como fijos el dimensionamiento de las baterías y del motor térmico. Aún así, se reflexionará acerca de las implicaciones de cada uno de ellos y se abrirán posibles vías de continuación y mejora del proyecto.

The main purpose of this project is the developpment and design of an Hybrid Turboprop aircraft and studying its applicability in the current market. This design has been carried out in the Matlab tool.

The structure of the project revolves around four large blocks: aircraft model, turboprop model, electrical model and operational optimization. The first three blocks will make up the core of the study: from an input provided by the aircraft model, the thermal engine, the electric engine or even a combination of both will respond to this. This will allow to have the necessary tools to face the final objective: the elaboration of an optimizing algorithm that decides at each moment what is the configuration or the degree of hybridization of the engine. This model wuould try to represent the realilt, nonetheless, an equation mofrl will always make use of simplifications and hypotheses.

From this structure, an analysis has been made of three representative aircraft of the current market in terms of turboprops, trying to cover a wide variety of mission sizes, applications, technologies and aircraft weights. The implications and the impact on the perfomances of each kind of aircraft will be carefully analysed.

Due to the magnitude of the design problem, the sizing of the batteries and the heat engine should be set as fixed. Even so, the implications of each of them will be reflected on and possible avenues for continuation of the project will be opened.