Ottimizzazione di una microturbina con recuperatore e intercooler per aerei ibridi

This paper focuses on the optimization of a microturbine with recuperator and intercooler for applications in hybrid aircraft. With the advancement of electric aircraft, the industry faces the challenge of limited energy density and the excessive weight of batteries, reducing operational capacities, particularly in sectors such as aviation and navigation. To overcome these limitations, an innovative approach is proposed based on a hybrid-series system, where the entire propulsion is electric, but the energy is generated by a microturbine optimized to maximize its energy performance. The core of the research lies in the optimization of the Brayton-Joule cycle with the addition of intercooler and recuperator, a crucial configuration in engine engineering, especially for microturbines used in hybrid aircraft propulsion systems. This configuration improves efficiency and reduces fuel consumption, involving key parameters such as compression ratios and rotational speeds, which directly influence the system's performance and require optimization to maximize overall efficiency. Through advanced numerical simulations and experimental analyses, it was possible to evaluate the cycle's performance under various operating conditions, highlighting the importance of parameter optimization. The use of genetic algorithms allowed exploration of different configurations and identification of optimal ones to maximize efficiency and reduce consumption. Furthermore, sensitivity analysis assessed the impact of variations in input data and operating conditions on system performance, providing valuable insights into its robustness. In conclusion, the optimization of the Brayton-Joule cycle with intercooler and recuperator represents a crucial area in engine engineering, with significant implications for hybrid aviation. Future work will focus on further development and optimization of this cycle using innovative approaches to improve performance and sustainability.

Il seguente elaborato, si focalizza sull'ottimizzazione di una microturbina con recuperatore e intercooler per applicazioni in aeromobili ibridi. Con il progredire dei velivoli elettrici, l'industria si trova di fronte alla sfida della limitata densità energetica e al peso eccessivo delle batterie, riducendo le capacità operative, in particolare, in settori come l'aviazione e la navigazione. Per superare tali limitazioni, si propone un approccio innovativo, basato su un sistema ibrido-seriale, in cui l'intera propulsione è elettrica, ma l'energia è generata da una microturbina ottimizzata per massimizzare le sue performance energetiche. Il cuore della ricerca, consiste nell'ottimizzazione del ciclo di Brayton-Joule con l'aggiunta di intercooler e recuperatore, configurazione cruciale nell'ingegneria dei motori, soprattutto per le microturbine utilizzate nei sistemi di propulsione per aeromobili ibridi. Questa configurazione, migliora l'efficienza e riduce i consumi di carburante, coinvolgendo parametri chiave, come i rapporti di compressione e le velocità di rotazione, che influenzano direttamente le prestazioni del sistema e richiedono ottimizzazione, per massimizzarne l'efficienza complessiva. Attraverso simulazioni numeriche avanzate e analisi sperimentali, è stato possibile valutare le prestazioni del ciclo in diverse condizioni operative, evidenziando l'importanza dell'ottimizzazione dei parametri. L'utilizzo di algoritmi genetici, ha permesso di esplorare diverse configurazioni e identificare quelle ottimali per massimizzare l'efficienza e ridurre i consumi. Inoltre, un'analisi di sensibilità ha valutato l'impatto delle variazioni nei dati di input e nelle condizioni operative sulle prestazioni del sistema, fornendo preziose informazioni sulla sua robustezza. In conclusione, l'ottimizzazione del ciclo di Brayton-Joule con intercooler e recuperatore, rappresenta un ambito fondamentale nell'ingegneria dei motori, con significative implicazioni per l'aviazione ibrida. Il lavoro futuro, si concentrerà sullo sviluppo e ottimizzazione di questo ciclo, utilizzando approcci innovativi per migliorarne le prestazioni e la sostenibilità.