Analytical modeling of turbofan engine global performance

Nel tentativo di ridurre il consumo di carburante dei velivoli e l'impatto ambientale di questi ultimi, la progettazione dei motori e degli aeromobili deve essere effettuata in maniera più integrata sin dall'inizio del processo. Effettivamente, realizzare un buon dimensionamento motore, non significa semplicemente essere in grado di rispondere alle specifiche di un determinato aeromobile, ma di rispondere a tali specifiche senza sovradimensionare il motore (che porterebbe a un peso maggiore e a un maggior consumo di carburante). A tale scopo, è necessario essere in grado di generare dati sulle prestazioni del motore su tutto il dominio di volo in conformità con il modello di aeromobile di riferimento. Questi dati devono essere aggiornati per ogni dimensionamento motore (in funzione dell'aeromobile di riferimento), e ad oggi, la generazione di questi dati richiederebbe un importante numero di calcoli da realizzare. Per questo motivo, la pratica più comune consiste in un metodo approssimativo in cui, si riparte da dei dati delle prestazioni di un motore di riferimento, e si fa uno "scaling" di tali dati per rappresentare un nuovo progetto motore, basandosi su pochi punti di progetto. Lo scopo di questo tirocinio è duplice: il primo obiettivo è valutare l'accuratezza del metodo di "scaling" attualmente utilizzato, mentre il secondo è creare un modello più accurato ma altrettanto veloce e flessibile, in grado di descrivere l'evoluzione delle prestazioni motore (in particolare del consumo di carburante e della spinta) in funzione delle condizioni di volo e di diversi parametri di progetto del motore. In primo luogo, il metodo di "scaling" attualmente utilizzato è stato implementato in Python. Successivamente, è stato identificato nella letteratura aperta un modello analitico creato da Elodie Roux, ulteriormente migliorato durante il tirocinio e implementato in Python. Tutti i modelli sono stati calibrati e validati su dati generati per diversi progetti di motori di un'architettura Turbofan a trasmissione integrale, utilizzando il framework di simulazione PROOSIS. I risultati mostrano che il metodo di "scaling" attualmente utilizzato è accurato intorno alla condizione di volo su cui è stato effettuato lo "scaling", con l'accuratezza che degrada man mano che ci si allontana da tali condizioni. Al contrario, il metodo analitico creato durante il tirocinio può essere utilizzato per effettuare uno scaling" su più punti di volo, al fine di prevedere accuratamente quasi tutte le condizioni di volo significative. Infine, abbiamo dimostrato che il metodo creato può essere utilizzato anche per rappresentare con un singolo modello, calibrato una sola volta, un intero set di dimensionamenti motore.