Conceptual design of liquid hydrogen commuter aircraft in canard configuration

The aircraft industry is always evolving and in the last few years the problem of climate change has becoming more and more influential in this field. Manufacturers started to focus their attention on reducing the environmental and noise emissions; the progress made so far is considerable, but there is still a long road ahead to reach the target set by Flightpath 2050. Research has shifted towards electric and hybrid-electric powertrains and unusual configurations have been re-discovered or introduced ex-novo. The institutions have been taking measures to ensure the achievement of the goals and many projects were born in this framework. One of them is UNIFIER19, whose objective is the development of the conceptual design of a 19-passenger near-zero emissions commuter. Previous work in this project lead to the formulation of a list of possible candidate layouts, taking into account different wing and tail locations and engines dispositions, but always relying on batteries and fuel cells powered by liquid hydrogen. The purpose of this thesis is the development of a procedure for the dimensioning of the canard configurations. Two different aircraft have been here sized: one exploits the use of distributed electric propulsion, while the other features a laminar flow fuselage. First, a literature review and the formulation of the canard model are illustrated. Then, an overview of the software used is given, together with the main modifications introduced to add the possibility of developing such configuration. Finally, the final sized aircraft are presented and sensitivity analysis on the design mission are carried out to evaluate the impact of the main input parameters decided a priori.

L'industria aeronautica è in costante evoluzione e negli ultimi anni il problema del cambiamento climatico è diventato sempre più influente in questo campo. Le aziende costruttrici hanno iniziato a focalizzare la loro attenzione sulla riduzione delle emissioni, sia ambientali che acustiche; il progresso fatto finora è considerevole, ma la strada da percorrere per raggiungere l'obiettivo imposto da Flightpath 2050 è ancora lunga. La ricerca si è spostata verso la propulsione elettrica e ibrido-elettrica e configurazioni insolite sono state riscoperte o introdotte ex-novo. Le istituzioni hanno preso dei provvedimenti a riguardo per assicurare il raggiungimento degli obiettivi prefissati e molti progetti sono nati in questo contesto. Uno di questi è il progetto UNIFIER19, il cui intento è lo sviluppo del progetto concettuale di un velivolo da 19 passeggeri a quasi zero emissioni. Lavori precedenti in questo progetto hanno portato alla formulazione di una lista di possibili configurazioni candidate, che considerano varie posizioni per l'ala e la coda e differenti disposizioni dei motori, ma sempre affidandosi a batterie e celle a combustibile alimentate a idrogeno liquido. Lo scopo di questa tesi è lo sviluppo di una procedura per il dimensionamento delle configurazioni canard. Due diversi velivoli sono stati qui dimensionati: uno sfrutta la propulsione elettrica distribuita, mentre l'altro è caratterizzato da una fusoliera a flusso laminare. Per prima cosa una revisione della letteratura e la formulazione del modello del canard sono riportati. Poi un riepilogo del software usato viene fornito, insieme alle modifiche principali introdotte per aggiungere la possibilità di sviluppare questa configurazione. Infine, i velivoli dimensionati sono presentati e delle analisi di sensitività sulla missione di progetto sono state eseguite per valutare l'impatto dei principali parametri di input imposti a priori.