Caratterizzazione e proposta di miglioramento per la Jet Pump dell’Oil Cooler del P180 Avanti

The engine oil cooling system is essential for each aircraft as it maintains the oil temperature within a range compatible with the operation of the powerplant. In the case of the P180, the main component of this system is the heat exchanger, which, thanks to a low-temperature airflow, transfers heat by convection and reduces the oil temperature. Conceptually, the heat exchange underlying this process occurs similarly in flight or on the ground; however, in terms of airflow, these two situations are markedly different: when the aircraft is at cruise altitude, the high speed of the external airflow and the temperature reduction related to altitude facilitate the influx. However, during ground operations, especially in locations where environmental conditions can be severe for the aircraft itself, engine oil cooling becomes crucial. On board the P180 Avanti EVO, the flagship aircraft of Piaggio Aero Industries S.p.A., ground cooling is based on the flow induction by ejectors, also known as jet pumps. The process is largely sufficient under standard operating conditions but inefficient in situations of high external air temperature. This thesis aims to characterize the behavior of the ejectors installed on the P180 using Computational Fluid Dynamics (CFD) methods and to propose modifications to improve their efficiency. The performance increase of the cooling system will be expressed in terms of increase in mass airflow through the induction duct. The estimation of the consequent change in temperature reduction guaranteed by the heat exchanger will be left to the SYS division of Piaggio Aerospace.

Il sistema di raffreddamento dell’olio motore è fondamentale per ciascun aeromobile in quanto permette di mantenere la temperatura dell’olio stesso entro un intervallo compatibile con il funzionamento dell’impianto di potenza. Il componente principale di questo sistema è lo scambiatore di calore, il quale, lambito da un flusso d’aria a bassa temperatura, cede calore per convezione e riduce la temperatura dell’olio. Dal punto di vista concettuale, lo scambio termico alla base di questo processo avviene in modo simile in condizioni di volo oppure a terra, tuttavia, in termini di flusso d’aria, queste due situazioni sono marcatamente differenti: quando l’aeromobile è in quota, infatti, l’elevata velocità del flusso d’aria esterno e la riduzione della temperatura legata all’altitudine agevolano l’afflusso. Tuttavia, durante lo stazionamento a terra, soprattutto in località in cui le condizioni ambientali possono rivelarsi gravose per l’aeromobile stesso, il raffreddamento dell’olio motore risulta essere di cruciale importanza. A bordo del P180 Avanti EVO, velivolo di punta della compagnia Piaggio Aero Industries S.p.A., il raffreddamento a terra si basa sul trascinamento del flusso da parte di pompe ad eiezione, anche dette jet pump. Il processo risulta largamente sufficiente in condizioni operative standard, ma poco efficiente in situazioni di elevata temperatura dell’aria esterna. Il presente lavoro di tesi si prefigge dunque di caratterizzare tramite metodi di fluidodinamica numerica (CFD) il comportamento degli eiettori installati sul P180 e di proporre delle modifiche atte ad efficientarne il funzionamento. L’aumento delle prestazioni del sistema di raffreddamento verrà espresso, in questo caso, in termini di incremento di portata di massa d’aria che attraversa il condotto di adduzione. La stima del conseguente cambiamento della riduzione di temperatura garantita dallo scambiatore verrà lasciata alla divisione Sistemi di Piaggio.