Aerial transport has always seen a fast growth since its birth, and it is bound to expand further. This means of transport was mainly reserved for long travel, but it's getting more suitable also in mid and short time transfers thanks to more dynamic services such as miniliner and microfeeder. Expectations on the evolution of transport system prompted an intensification of efforts to reduce the environmental impact of aviation. Many projects were born in this direction, among these UNIFIER19, a 19-seater Near-Zero Emission (NZE) aircraft that aims to be "as easy as a bus". In this document I give my contribution towards an eco-friendly aviation through the analysis and selection of a candidate configuration for the UNIFIER19 project. The selection procedure is divided into three blocks. Initially, many technologies are analyzed and combined together in a variety of aircraft that sweep a vast design space. Then, a Multi Criteria Decision Making (MCDM) method is used to conduct the qualitative selection of a few promising candidate airplanes. Finally, the alternatives are sized, analyzed and compared to highlight the most suitable one with respect to the design goals. The identified aircraft has a traditional tube-and-wing layout with aft-tail and Distributed Electric Propulsion (DEP). It exploits the benefits of propulsion-airframe interactions to increase aerodynamic efficiency through a blown wing equipped with Wing Tip Propellers (WTP), and to enhance propulsive efficiency thanks to a Tail Cone Propeller that enables Boundary Layer Ingestion (BLI). Great mission capabilities and outstanding environmental performances are ensured with a serial hybrid-electric architecture that relies on fuel cells fed by a Liquid Hydrogen storage system (LH2).

Il trasporto aereo ha visto una crescita sempre più importante fin dalla sua nascita, ed è destinato ad espandersi ulteriormente. Questo mezzo di trasporto era riservato principalmente a lunghi viaggi, ma diventerà più fruibile anche negli spostamenti di media e breve durata grazie a servizi più dinamici come miniliner e microfeeder. Le aspettative di evoluzione del sistema di trasporto hanno attivato una intensificazione degli sforzi di ricerca per ridurre l'impatto ambientale dell'aviazione. Diversi progetti sono nati in questa direzione, tra cui UNIFIER19, un velivolo 19 posti a quasi-zero emissioni che ambisce ad essere "facile come un autobus". In questo documento fornisco il mio contributo verso un'aviazione ecosostenibile attraverso l'analisi e la selezione di una configurazione candidata per il progetto UNIFIER19. Il processo di selezione è diviso in tre blocchi. Inizialmente, varie tecnologie vengono analizate e combinate tra loro in una varietà di velivoli che spazzano un ampio spazio di progetto. Successivamente, un metodo decisionale multi criterio (MCDM) viene utilizzato per condurre la selezione qualitativa di alcuni promettenti aerei candidati. Infine, le alternative vengono dimensionate, analizzate e confrontate per evidenziare la più indonea rispetto agli obiettivi di progetto. Il velivolo identificato ha un tradizionale layout del tipo tubo-ala con coda posteriore e propulsione elettrica distribuita (DEP). Sfrutta i benefici dell'interazione propulsione-velivolo per aumentare l'efficienza aerodinamica attraverso un'ala soffiata dotata di eliche d'estremità (WTP), e per migliorare l'efficienza propulsiva grazie ad un elica di coda (TCP) che consente l'ingestione dello strato limite (BLI). Elevate capacità di missione ed eccezionali prestazioni ambientali sono garantite da un'architettura ibrido-elettrica di tipo serie che conta su delle celle a combustibile alimentate da un sistema di stoccaggio dell'idrogeno in forma liquida (LH2).

Conceptual design of a 19-seater hybrid-electric aircraft for future aviation

Spadea, Daniele
2019/2020

Abstract

Aerial transport has always seen a fast growth since its birth, and it is bound to expand further. This means of transport was mainly reserved for long travel, but it's getting more suitable also in mid and short time transfers thanks to more dynamic services such as miniliner and microfeeder. Expectations on the evolution of transport system prompted an intensification of efforts to reduce the environmental impact of aviation. Many projects were born in this direction, among these UNIFIER19, a 19-seater Near-Zero Emission (NZE) aircraft that aims to be "as easy as a bus". In this document I give my contribution towards an eco-friendly aviation through the analysis and selection of a candidate configuration for the UNIFIER19 project. The selection procedure is divided into three blocks. Initially, many technologies are analyzed and combined together in a variety of aircraft that sweep a vast design space. Then, a Multi Criteria Decision Making (MCDM) method is used to conduct the qualitative selection of a few promising candidate airplanes. Finally, the alternatives are sized, analyzed and compared to highlight the most suitable one with respect to the design goals. The identified aircraft has a traditional tube-and-wing layout with aft-tail and Distributed Electric Propulsion (DEP). It exploits the benefits of propulsion-airframe interactions to increase aerodynamic efficiency through a blown wing equipped with Wing Tip Propellers (WTP), and to enhance propulsive efficiency thanks to a Tail Cone Propeller that enables Boundary Layer Ingestion (BLI). Great mission capabilities and outstanding environmental performances are ensured with a serial hybrid-electric architecture that relies on fuel cells fed by a Liquid Hydrogen storage system (LH2).
RIBOLDI, CARLO E. D.
ROLANDO, ALBERTO L. M.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2021
2019/2020
Il trasporto aereo ha visto una crescita sempre più importante fin dalla sua nascita, ed è destinato ad espandersi ulteriormente. Questo mezzo di trasporto era riservato principalmente a lunghi viaggi, ma diventerà più fruibile anche negli spostamenti di media e breve durata grazie a servizi più dinamici come miniliner e microfeeder. Le aspettative di evoluzione del sistema di trasporto hanno attivato una intensificazione degli sforzi di ricerca per ridurre l'impatto ambientale dell'aviazione. Diversi progetti sono nati in questa direzione, tra cui UNIFIER19, un velivolo 19 posti a quasi-zero emissioni che ambisce ad essere "facile come un autobus". In questo documento fornisco il mio contributo verso un'aviazione ecosostenibile attraverso l'analisi e la selezione di una configurazione candidata per il progetto UNIFIER19. Il processo di selezione è diviso in tre blocchi. Inizialmente, varie tecnologie vengono analizate e combinate tra loro in una varietà di velivoli che spazzano un ampio spazio di progetto. Successivamente, un metodo decisionale multi criterio (MCDM) viene utilizzato per condurre la selezione qualitativa di alcuni promettenti aerei candidati. Infine, le alternative vengono dimensionate, analizzate e confrontate per evidenziare la più indonea rispetto agli obiettivi di progetto. Il velivolo identificato ha un tradizionale layout del tipo tubo-ala con coda posteriore e propulsione elettrica distribuita (DEP). Sfrutta i benefici dell'interazione propulsione-velivolo per aumentare l'efficienza aerodinamica attraverso un'ala soffiata dotata di eliche d'estremità (WTP), e per migliorare l'efficienza propulsiva grazie ad un elica di coda (TCP) che consente l'ingestione dello strato limite (BLI). Elevate capacità di missione ed eccezionali prestazioni ambientali sono garantite da un'architettura ibrido-elettrica di tipo serie che conta su delle celle a combustibile alimentate da un sistema di stoccaggio dell'idrogeno in forma liquida (LH2).
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