Effect of the heat recovery in the reduction of fuel consumption of turboprop engines for unmanned aerial vehicles applications

The advantages introduced by the unmanned aviation such as the reduced risk to the human pilot, the lower cost or the possibility of performing long-lasting missions have already demonstrated the main role that UAVs will have in the future of the aviation. Just as important are the actual trends of reducing emissions and lowering the fuel consumption, especially with the ever-increasing cost of fuel.The purpose of this paper is to study the effect that the recuperation and intercooling techniques have on reducing the fuel consumption of turboprops for UAVs applications. The recuperation technique uses the heat of the exhaust gases to increase the temperature of the air delivered by the compressor and so reduces the fuel consumption while intercooling consists on cooling the air in the compression process, increasing the available power for propulsion. A thermodynamic numerical analysis has been developed to simulate the behaviour of a turboprop including these techniques for different turbine entry temperatures, due to the introduction of a turbine cooling procedure. And then, the performance of these engines in terms of the specific power, fuel consumption and aircraft's range and endurance among others have been studied for different operational conditions with respect to the conventional engine.

I vantaggi introdotti dalla aviazione senza pilota come sono la riduzione del rischio per il pilota, i bassi costi e la possibilità di compiere missioni di lunga durata hanno dimostrato la grande importanza che gli UAVs avranno nel futuro dell'aviazione. Ugualmente importanti sono le tendenze attuali di riduzione delle emissioni ed abbassamento del consumo di combustibile, particolarmente col prezzo di combustibile in aumento costante. L'obiettivo di questa tesi è studiare l'effetto che la rigenerazione e l'interefrigerazione hanno nella riduzione del consumo di combustibile nelle turboeliche di applicazioni negli UAVs. La rigenerazione usa il calore del gas di scarico per riscaldare l'aria all'uscita del compressore, riducendo così il consumo di combustibile mentre l'interefrigerazione consiste nel raffreddare l'aria nel processo di compressione, aumentando la potenza disponibile per la propulsione. Un'analisi numerico termodinamico è stata sviluppata in questa tesi per simulare il comportamento di un turboelica che racchiude queste technique per diverse temperature massime, grazie all'introduzione di una procedura di rafreddamento della turbina. E quindi, la perfomance in termini di potenza specifica, consumo di combustibile e il range e l'endurance dell'aereo tra gli altri, sono state studiate per diverse condizioni operative, riguardo al turboelica convenzionale.