Market and cost analysis of hybrid-electric aircraft

This thesis analyzes the manufacturing and operating costs of a hybrid-electric micro-feeder starting from a solid market analysis. The work focuses on establishing a model for evaluating the market implementation of future hybrid-electric transport airplanes. Current European plans for future aviation involve a major effort in the reduction of both noise and pollutant emissions from airplanes. Among habilitating factors, various personal air transportation concepts based on electric or hybrid-electric are currently being developed, and several aircraft manufacturers have achieved the required capabilities to design and build two- and four-seater electric or hybrid-electric aircraft. The introduction of a larger aircraft of this type may have the potential to impact heavily on commercial aviation and on the quality of life of European citizens at large. In particular, a micro-feeder intended as a small commuter aircraft providing a shuttle service from minor airports, and even airfields, towards major hubs, can boost air transportation, easing travel within the European Union and offering a solution to low-infrastructured areas, while being eco-sustainable. The analysis is composed of two major phases. The market analysis estimates the potential demand of the aircraft of interest. This analysis follows three steps. In the first, each country’s transportation system is analyzed. This allows defining an index representing the "transportation system efficiency" of each country. The second step exploits the trans-European transport network defined by EU commission to identify the main EU airports. Finally, the third step estimates the volume of potential users. These are evaluated by identifying all the candidate routes for the micro-feeder service, obtained through adequate filtering. The cost analysis evaluates the production costs and operating costs. This analysis targets two different points of view: manufacturing and operations. Both rely on modified existing models, such as DAPCA-IV, Gudmunsson, Eastlake and Sforza We assume a specific aircraft as the candidate vehicle for the micro-feeder service, through its main performance and design specification, based on a previous preliminary sizing activity.

Questa tesi analizza i costi di produzione e operativi di un micro-feeder ibrido-elettrico partendo da una solida analisi di mercato. Il lavoro si focalizza sulla creazione di un modello per valutare l’implementazione di velivoli da trasporto ibrido-elettrici nel vicino futuro. Gli attuali piani europei per il futuro dell’aviazione, comportano uno sforzo importante nella riduzione delle emissioni degli aerei, sia di rumore che di sostanze inquinanti. Sono attualmente in fase di sviluppo vari progetti di velivoli elettrici o ibrido-elettrici, e diversi produttori di aeromobili hanno raggiunto le capacità necessarie per progettare e costruire tali velivoli con la realizzazione di modelli da due e quattro posti. L’introduzione di un aeromobile più grande con queste caratteristiche potrebbe avere un impatto significativo sull’aviazione commerciale e sulla qualità della vita in Europa. In particolare, un micro-feeder, inteso come un piccolo velivolo che fornisce un servizio navetta da aeroporti minori verso i principali hub, può aumentare il flusso di passeggeri, facilitare i viaggi all’interno dell’Unione Europea e offrire un maggiore servizio alle aree periferiche, salvaguardando l’ambiente. La seguente analisi è composta da due fasi principali: un’analisi di mercato e un’analisi costi-benefici. L’analisi di mercato stima la potenziale domanda di un servizio di micro-feeder. Questa analisi segue tre step. Nel primo, viene analizzato il sistema di trasporto di ogni singolo paese europeo. Ciò consente di definire un indice che rappresenti "l’efficienza del sistema di trasporto" di ciascun paese. Il secondo passaggio sfrutta la rete di trasporti transeuropea definita dalla commissione UE per identificare i principali aeroporti europei. Infine, il terzo step stima il volume dei potenziali utilizzatori del servizio. Questi vengono valutati identificando tutte le rotte candidate per il servizio di micro-feeder, ottenute attraverso un adeguato filtraggio di tutte le rotte disponibili. L’analisi dei costi valuta i costi di produzione e i costi operativi. Questa analisi viene condotta da due diversi punti di vista, quella del produttore e quella dell’operatore. Entrambi si basano su modelli matematici esistenti, come il DAPCA-IV e quelli dei professori Gudmunsson, Eastlake e Sforza, ma adattati al nostro studio. In questa tesi viene preso come riferimento per il servizio di micro-feeder uno specifico modello, le cui principali prestazioni e specifiche di progettazione sono state stimate precedentemente in un altro studio.