Analisi termodinamica di un motore turboelica con rigenerazione e interrefrigerazione per applicazioni su droni a lunga percorrenza

Nowadays, long endurance unmanned aerial vehicle are becoming increasingly important in the context of research and surveillance missions. It is therefore essential to be able to search for systems that allow fuel savings in order to extend their range. The purpose of this thesis is to consider whether the regeneration and intercooling technologies, applied to turboprop engines for this type of applications, are convenient. To do this, a thermodynamic analysis is carried out using MATLAB, to calculate the characteristics of each point in the thermodynamic cycle. Then these results have been post-processed into plots, which display the engine performances, and commented on the variation of flight parameters. Finally, the results obtained are compared with current technologies, evaluating both fuel savings and the additional weight due to the integration of heat exchangers. In conclusion, the analysis has shown that the ICR systems, applied to this type of missions, have good potential both in terms of reducing specific consumption and in terms of increasing specific power. This improvement is also reflected in a comparison with current technologies. However, the weight increase due to the heat exchangers, which rises with the degree of regeneration considered, greatly reduces the advantages. For this reason, it is essential that, in order to fully exploit the potential of this technology, research leads to the development of heat exchangers that have greater efficiency and less weight.

Al giorno d’oggi l’utilizzo degli UAV sta diventando sempre più fondamentale in tantissimi campi, soprattutto nell’ambito delle missioni a lunga percorrenza. È quindi fondamentale poter ricercare dei sistemi che permettano il risparmio di carburante per poter estendere la loro autonomia. Lo scopo di questa tesi è quello di valutare se le tecnologie per la rigenerazione e l’interrefrigerazione applicate a motori turboelica per questo tipo di applicazioni siano vantaggiose. Per fare questa analisi è stato implementato un codice MATLAB per il calcolo delle prestazioni del ciclo considerato. Successivamente i risultati sono stati analizzati al variare dei parametri di volo e, in seguito, confrontati con le attuali tecnologie, valutando anche l’aumento di peso del motore dovuto all’inserimento degli scambiatori di calore. I risultati finali ottenuti mostrano che i sistemi ICR applicati a questo tipo di missioni hanno buone potenzialità sia in termini di riduzione dei consumi specifici sia per quanto riguarda l’aumento di potenza specifica, anche nell’applicazione ai droni considerati; tuttavia l’aumento di peso del motore riduce i vantaggi ottenuti. È quindi fondamentale che, per sfruttare appieno le potenzialità di questa tecnologia, la ricerca porti allo sviluppo di scambiatori di calore che abbiano una maggiore efficienza e un minor peso.