Modellazione del sistema elettrico e propulsivo di un velivolo ibrido-elettrico per il trasporto regionale = Modeling of the electrical and propulsion system of a hybrid-electric regional aircraft

La tesi ha lo scopo di sviluppare un modello matematico e di analizzare la simulazione del sistema elettrico e propulsivo di un velivolo ibrido-elettrico per il trasporto regionale nell’ambito del progetto HERA, utilizzando Amesim. Il progetto mira a incrementare il livello di maturità tecnologica delle soluzioni abilitanti per lo sviluppo del velivolo citato in precedenza, di cui si ipotizza l’entrata in servizio per il 2035, anche tramite la realizzazione di dimostratori. La modellazione e simulazione dei sottosistemi sono passi cruciali quando si introducono tecnologie innovative, soprattutto perché garantiscono la possibilità di verificare in anticipo la bontà delle soluzioni ipotizzate. Il presente lavoro si apre con l’analisi della letteratura del settore, anche per contestualizzare le scelte effettuate all’interno del progetto, seguita dagli approfondimenti sulle tecnologie selezionate e sul dimensionamento dei componenti. Successivamente si è proceduto con la modellazione e simulazione del sistema con la valutazione dei risultati ottenuti. I modelli sviluppati si concentrano principalmente sulla generazione della potenza elettrica a bordo del velivolo e sulla sua conversione, in particolare per quanto riguarda la batteria, la cella a combustibile di tipo PEM, i convertitori allo stato solido e il motore elettrico sincrono a magneti permanenti e si basano sui dati di componenti disponibili sul mercato. In linea con l’avanzamento del progetto sono state valutate due diverse architetture per il sistema elettrico: una comprendente solo la batteria come mezzo di generazione dell’energia elettrica, che è stato testato implementando modelli di batteria al litio-ferro-fosfato, allo stato solido e al litio-zolfo, proiettandosi su orizzonti temporali differenti, e un’altra in cui viene ipotizzata l’introduzione della cella a combustibile, in cui si è valutata principalmente l’integrazione di quest’ultima con la batteria. A valle delle simulazioni si sono analizzati criticamente i risultati evidenziando le prestazioni dei componenti rispetto alle richieste specifiche date del sistema e fornendo indicazioni utili per il prosieguo del progetto. Tra di queste è da evidenziare la necessità di sovradimensionare la batteria con celle litio-zolfo per ottenere la corrente necessaria in scarica e quella di evitare rapporti di elevamento ai capi del convertitore DC/DC vicini all' unità qualora si decidesse di sfruttare la topologia buck-boost a quattro interruttori, in modo da non entrare nella zona di maggiori perdite del convertitore.