Approccio ibrido serie alla propulsione aeronautica

Nowadays the increase of energy efficiency is a very analyzed problem in a wide range of fields, from transport systems to energy distribution and so on. Engine manufacturers as well are updating their products in order to follow this path, providing cleaner and more efficient machines. One of the most promising techniques is hybrid (electric and fuel based) propulsion. In automotive field this kind of solution has become very popular and economically affordable. The reduction of fuel consumption is making hybrid propulsion the choice of lot of people. Now the question is: why not apply hybrid propulsion also to an airplane engine? Aircraft engine producers like Rolls-Royce, General Electric, Pratt and Whitney are also facing the problem of making cleaner and more efficient engines both in the energetic and safety terms. Competition between manufacturer is nowadays focused on these critical aspects. All these considerations lead to the main idea developed in the essay: that is, considering a turbofan engine, to split the thermal machine (compressor, combustor and turbine in a Brayton cycle) and the inlet fan by means of an electrical device. In this way it is possible to maintain the speed of the compressor and the turbine at a fixed level (thus eliminating a lot of complex devices used to achieve wide speed variations) and optimally designing the fan (powered only by an electrical machine). The gas turbine, in this configuration, provides a contribution to the thrust of the engine and to move an electrical generator devoted to maintain the charge of an accumulator that powers the motor of the fan.

L’efficienza energetica è un problema sempre più attuale e tutte le case produttrici di propulsori si stanno muovendo in questa direzione. Uno dei percorsi che la ricerca sta seguendo è quello riguardante la propulsione ibrida che vede affiancata una macchina termica classica ad una elettrica. Fino ad ora il campo di applicazione principe per queste tecniche è stato quello automobilistico, ma cosa potrebbe accadere se gli stessi concetti, opportunamente rivisti, venissero applicati al settore aeronautico? Il problema di produrre propulsori per aeromobili sempre meno inquinanti e con prestazioni sempre più spinte, sia in termini di potenza erogata, sia in termini di sicurezza, è il cardine della concorrenza tra i più grandi costruttori a livello mondiale. Alla luce di queste considerazioni scaturisce l'idea di base: prendendo in considerazione un motore turbofan per aeromobili, separare la macchina termica a ciclo Brayton dal ventilatore tramite un asse elettrico. Così facendo è possibile sia mantenere costante la velocità della macchina termica, eliminando le complessità intrinseche a questo tipo di sistema legate alla variazione di velocità, sia progettare il fan in maniera ottimizzata, riducendo così il consumo di carburante. La turbina a gas in questa configurazione, oltre a fornire un contributo alla spinta, avrebbe il compito di mantenere carico un accumulatore, dal quale si approvvigiona un motore che muove il fan, tramite un generatore.