Modellazione dinamica dell'ECS di un velivolo ibrido-elettrico = Dynamic modeling of the ECS of a hybrid-electric aircraft

Lo scopo principe di questa tesi risiede nella modellazione dinamica dell'ECS bleedless di un velivolo ibrido-elettrico. Tale obiettivo viene perseguito utilizzando il software di modellazione e simulazione "Amesim". Prima di iniziare con la modellazione vera e propria, viene svolta un'analisi sullo stato dell'arte dei sistemi di controllo ambientale e sulle peculiarità dei velivoli ibrido-elettrici, inoltre viene analizzato come tali proprietà possano influenzare l'integrazione dei sistemi di bordo. Poichè la modellazione dinamica viene eseguita al livello funzionale, si effettua un'analisi delle funzioni dell'ECS e ad ogni funzione si associano i componenti che la soddisfano. In particolare l'architettura scelta per l'ECS è di tipo bootstrap sub-freezing; l'alimentazione del sistema è di tipo elettrico, per cui si parla di un ECS bleedless, che non richiede spillamenti dall'apparato propulsivo. Il primo passo della modellazione risiede nella valutazione del funzionamento statico della Cold Air Unit in un sistema ECS di tipo bleed di un velivolo della famiglia A320, di cui sono note le temperature di esercizio in alcuni casi di funzionamento. Basandosi su tali dati vengono identificati i parametri dei componenti che assicurano il funzionamento del modello in accordo con la CAU del velivolo stesso. Successivamente si passa all'identificazione parametrica dell'ECS di un ATR-42-500 con retrofit alla propulsione ibrida-elettrica. Pertanto l'ECS è di tipo bleedless ed è dotato di un compressore dedicato mosso da un motore elettrico (EDC) che costituisce la sorgente di aria calda del sistema. In particolare la CAU viene riscalata rispetto sal caso precedente e ad essa viene anteposto l'EDC opportunamente dimensionato. Identificati i parametri di questo sistema di controllo ambientale di tipo bleedless, lo si scala al fine di ottenere un sistema compatibile con un velivolo regionale ibrido-elettrico da 80 passeggeri. Ottenuti i parametri finali del modello, si passa all'analisi del profilo di missione. Date le condizioni di design dell'ECS vengono considerate due missioni rappresentative: la prima comprende il decollo notturno in condizioni fredde e velivolo vuoto, la fase di crociera alla quota di tangenza in atmosfera fredda e l'atterraggio nuovamente in condizioni fredde. La seconda missione possibile comprende il decollo con velivolo pieno in giornata calda, la crociera alla quota di crociera di circa 5200 m in condizioni standard e l'atterraggio nuovamente nel caso caldo. Entrambe le missioni prevedono una durata totale di 90 minuti. L'implementazione di questi profili di missione evidenzia alcune sfide poste dal progetto di un ECS di tipo bleedless, tra cui: l'interfaccia con il sistema elettrico (EPS), la regolazione del sistema in condizioni non nominali, i transitori delle grandezze fisiche che rappresentano il sistema, il power budget e l'energy budget da attribuire all'ECS di un velivolo ibrido-elettrico.