Sviluppo di un modello per progettazione parametrica del TMS per velivoli more-electric e con propulsione ibrido-elettrica = Development of a model for parametric design of TMS for more-electric and hybrid-electric powered aircraft

Lo sviluppo del presente lavoro di tesi si inserisce all’interno di un progetto di Leonardo S.p.a, completando il quadro relativo al Thermal Management System di un velivolo ibrido in fase di progettazione. La volontà di sviluppare una modellizzazione parametrica del TMS di un velivolo ibrido o all electric ben risponde alle necessità di realizzare un sistema innovativo, integrato e che riesca a rispondere ai requisiti di sostenibilità a cui si punta. In seguito ad una valutazione introduttiva di tutti gli elementi che compongono il TMS ed uno studio delle applicazioni innovative dello stato dell’arte, il lavoro di tesi si concentra sulla modellizzazione di uno scambiatore di calore compatto, di tipo plate and fin surface. Nel dettaglio un scambiatore di calore che sfrutta come fluidi di trasporto liquidi, in modo da inserirsi e completare parte del lavoro già svolto, riguardante uno scambiatore di calore gas-liquido. Si adotta uno scambiatore di tipo Offset Strip fins con crossflow arrangement, in cui i fluidi scorrono in direzione mutualmente ortogonale tra loro senza miscelarsi. L’aspetto innovativo è di poter sfruttare anche le potenzialità dei nanofluidi come mezzo di trasporto. L’interesse per i nanofluidi è cresciuto soprattutto nell’ultimo ventennio e la sua applicazione in ambito aerospaziale quanto industriale è promettente. Validata la modellizzazione dello scambiatore di calore in esame, esso è introdotta nel velivolo di riferimento. I test case valutati si differenziano per diversi livelli di ibridizzazione, atti a individuare lo scambiatore di calore idoneo a dissipare il carico termico nelle condizioni di take off e di ceiling. I vantaggi di utilizzare uno scambiatore di calore liquido liquido possono riassumersi in un maggior scambio termico rispetto all’utilizzo di fluidi aeriformi e in un’assenza di prese d’aria dedicate, permettendo di non intaccare le performance aerodinamiche del velivolo. L’architettura proposta presenta due circuiti separati: un loop primario, che trasferisce il calore accumulato dalla sorgente di calore allo scambiatore, ed un secondo loop, il cui working fluid è il fuel, in modo da sfruttare i serbatoi alari come heat sink. Infine, è presentato un confronto critico tra l'architettura originaria, dotata di scambiatore di calore gas-liquido, e l'applicazione dello scambiatore liquido-liquido nell'architettura proposta.