Studio di fattibilità e progetto preliminare di un sistema propulsivo ibrido per un velivolo leggero

This dissertation addresses the subject of sustainability, a topic that has a growing importance in the aeronautical sector and focuses on the reduction of toxic emissions and consumption of resources. The objective of this study is to define a preliminary project to convert the propulsion system of the Long-Ez aircraft from a traditional configuration to a serial hybrid configuration. The starting point for the sizing began with the evaluation of the necessary power to reach certain performance objectives, which were defined in collaboration with the engineer Zuliani, an amateur aircraft constructer who inspired the project. The sizing analyses of both the Mechanic of Flight and the necessary energy resulted in two possible configurations for propulsion system, which could be ideal for amateur use or for specific demonstrative missions. Particular attention was given to the battery pack: because of their limitations in terms on technology, much consideration was given to the batteries’ energy density and their charge and discharge rates. Therefore the selection of potential components available on the market was made, which will be a part of the propulsion system of that size and are necessary to complete the performance objectives. Finally, a possible configuration of the layout of the propulsion system was considered in order to respect the geometric and structural limitations and optimize overall dimensions. The dynamics of the preliminary project leave space for potential future development to create this system; in fact it would be necessary to foresee the development of control systems to manage the energies at play, as well as perform an analysis of the cost of each individual component of the whole process of the project development.

Il presente lavoro di tesi si inquadra in un’ottica di ecosostenibilità, legata al crescente interesse nei confronti della riduzione dei consumi e delle emissioni nocive in campo aeronautico. Scopo di tale lavoro è la definizione di un progetto preliminare per la conversione del sistema propulsivo del velivolo Long-Ez da una configurazione tradizionale ad una versione ibrida in serie. Il punto di partenza del dimensionamento è stato la valutazione delle potenze necessarie al raggiungimento di alcuni obiettivi prestazionali definiti in collaborazione con l’ing. Zuliani, costruttore amatoriale di velivoli ed ispiratore del progetto. Le analisi di dimensionamento, effettuate sia in termini di Meccanica del Volo, sia da un punto di vista energetico, hanno permesso di individuare due possibili configurazioni del sistema propulsivo, tali da renderlo adeguato ad un utilizzo amatoriale e a specifiche missioni dimostrative. Particolare attenzione è stata rivolta al pacco batterie, a causa delle limitazioni di carattere tecnologico che è stato necessario considerare riguardo soprattutto alla loro densità energetica e alle caratteristiche di carica e scarica. È stata quindi condotta una possibile scelta di alcuni componenti disponibili in commercio, che andranno a comporre il sistema propulsivo così dimensionato, in grado di soddisfare gli obiettivi prestazionali. È infine stata prevista una possibile configurazione del layout del sistema propulsivo, in modo da rispettare le limitazioni geometriche e strutturali ed ottimizzarne l’ingombro. Il carattere di progetto preliminare del lavoro svolto lascia ampio spazio a possibili sviluppi futuri per la realizzazione effettiva di tale sistema; sarà infatti necessario prevedere lo sviluppo di sistemi di controllo per la gestione delle energie in gioco oltre ad un’analisi dei costi dei singoli componenti e dell’intero processo di realizzazione del progetto.