AeroSwitch project : aerodynamic study of a distributed electric propulsion demonstrator

Nowadays, emission reduction, noise and fuel consumption are becoming very common also in the aviation industry. The innovative solution is definitely the use of electric or hybrid-electric aircraft. Unlike piston-powered aircraft, these have the possibility to distribute thrust over a large number of electric motors installed throughout the wingspan, giving rise to Distributed Electric Propulsion (DEP). This thesis work consists of numerically and experimentally analyzing the benefits that such a propulsive architecture can produce. More precisely, a scale aircraft, Legacy Aviation Turbobushmaster, was modified installing six propellers on the wing. Spare wing was used for the wind tunnel test campaign. In order to get preliminary ideas of the loads acting on the model, simplified numerical simulations were carried out using Blade Element Momentum Theory (BEMT) for propeller and Lifting-Line Method (LLM) and Vortex Lattice Method (VLM) for baseline and blown wing. Several wind tunnel tests were performed satisfactorily. Careful post-processing of all data was developed to present graphs of C L - α and polar curves. A comparison of numerical methods provided the conditions under which numerical softwares are reliable. Finally, a flight test campaign was carried out. This activity allowed to evaluate the DEP effects during a real flight.

Al giorno d’oggi, la riduzione delle emissioni, del rumore ed il consumo di carburante stanno diventando molto comuni anche nel settore aeronautico. La soluzione innovativa è sicuramente l’uso di velivoli elettrici o ibridi-elettrici. A differenza degli aerei a pistoni, questi hanno la possibilità di distribuire la spinta su un gran numero di motori elettrici installati lungo tutta l’apertura alare, dando vita alla propulsione elettrica distribuita. Questo lavoro di tesi consiste nell’analizzare numericamente e sperimentalmente i benefici che una tale architettura propulsiva può produrre. Più precisamente è stato modificato un aeromodello esistente in scala, il Legacy Aviation Turbobushmaster, installando sei eliche sulle ali. Una semi-ala di ricambio è stata utilizzata per la campagna di test in galleria del vento. Al fine di ottenere idee preliminari dei carichi che agiscono sul modello, sono state effettuate simulazioni numeriche semplificate utilizzando la Blade Element Momentum Theory (BEMT) per l’elica ed il Lifting-Line Method (LLM) ed il Vortex Lattice Method (VLM) per l’ala originale e soffiata. Diversi test nella galleria del vento sono stati eseguiti in modo soddisfacente. Un’attento post-processing di tutti i dati è stato sviluppato per presentare grafici di CL - α e curve polari. Un confronto dei metodi numerici ha fornito le condizioni in cui i software numerici risultano affidabili. Infine, è stata effettuata una campagna di prove in volo che ha permesso di valutare gli effetti di tale architettura propulsiva durante il volo reale.