Estudio paramétrico de motores y generadores eléctricos para sistemas de propulsión hibrida

Abstract

El enfoque del siguiente trabajo es hacer un estudio preliminar de las nuevas tecnologías que se quieren implementar en la aviación actual. Más en concreto, éste estudio quiere llegar a conocer más en profundidad los nuevos métodos de generación de energía dentro de las aeronaves. La electrificación de los sistemas de propulsión. La aviación ha estado sometida a todo tipo de cambios y avances a lo largo de la historia, pero en los últimos años el gran desafío ha sido la reducción de emisiones de gases contaminantes. Al centrarse en los futuros objetivos medioambientales de la aviación comercial, existe un compromiso entre muchos aspectos que deben tenerse en cuenta: viabilidad, reducción del consumo de combustible, seguridad y fiabilidad y reducción del ruido. Todo ello, con la ayuda de las nuevas tecnologías, nos llevan a la utilización de máquinas eléctricas de alta velocidad para sustituir los actuales motores de combustión. De los resultados obtenidos, la mejor opción resulta ser la máquina síncrona de imán permanente, ya que tiene mayor eficiencia, densidad de potencia y las menores pérdidas mecánicas, lo que la convierte en una de las más adecuadas para trabajar en un rango más amplio de altas velocidades. Una de las claves para lanzar este tipo de proyectos son las ventajas que tienen para los consumidores. Los nuevos aviones eléctricos o híbridos ofrecen billetes más baratos, menos ruido y una tasa de ascenso más alta. Con los motores eléctricos, estos aviones pueden mantener el rendimiento a mayores altitudes donde la resistencia del aire es menor, a diferencia de los motores de combustión que operan de manera menos eficiente a estas altitudes. Por esta razón, muchas empresas de aviación y start-ups comenzaron a desarrollar nuevas tecnologías para cumplir con los objetivos. Uno de los mayores inversores en este campo es Airbus. Esta tecnología comienza en 2010, evolucionando con modelos de aeronaves como el Colomban Cri-Cri, el E-Fan y el Siemens Extra 330LE. En un futuro próximo estaremos hablando de aviones híbridos y eléctricos comerciales como el Eviation Alice y el E-Fan X.

This work approaches a preliminary study of the new technologies to be implemented in the current aviation. More specifically, this study wants to get to get know more in depth the new methods of power generation within aircraft. Electrification of the propulsion systems. Aviation has been subject to all sorts of changes and advances throughout history, but in recent years the greatest challenge has been to reduce emissions of pollutant gases. When focusing on future environmental goals in commercial aviation, there exists a compromise between many aspects that need to be taken into account: feasibility, fuel consumption reduction, safety and reliability and noise reduction. All of this, with the help of new technologies it leads us to the use of high-speed electric machines to replace current combustion engines. From the results obtained, the best option came out to be the Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) as it has the highest efficiency, power density and the one with the lowest mechanical losses, making it one of the most suitable for working in a wider range of high speeds. One of the keys for launching this type of projects is the advantages that have towards the consumers. The new aircrafts offer cheaper tickets, less noise and a higher climb rate. With electric engines, these airplanes can maintain performance at higher altitudes where air resistance is lower, unlike combustion engines that operate less efficiently at these altitudes. For this reason, many aviation companies and start-ups began to develop new technologies in order to meet the objectives. The biggest investor in this kind of technology is Airbus. The evolution of this kind of technology starts in 2010 with the development of some models such as the Colomban Cri-Cri, the E-Fan family and the Siemens Extra 330LE (2014-2016). On a future horizon, we can start talking about the Eviation Alice and de E-Fan X, two models that are starting to evolve in the right direction, to a more commercial aircraft design.