Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Proposed Design and Feasibility Study of a Hybrid-Electric Propulsion System for a Ten Passenger Aircraft
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This study aims to propose a hybridized version of a propulsion system for a 10-passenger aircraft and compare it to a conventional (reference) aircraft which uses a fossil fuelled turbofan for propulsion. The hybridized powertrain includes a fossil fuelled gas turbine, which is only used for producing electricity, coupled in a series configuration with a battery storage, that provide power to two electrically ducted fans.

The comparison mainly aims towards total energy consumption and carbon dioxide emissions; hence, these are aimed to be reduced in the hybridized solution. The aircrafts are compared when flying the same pre-defined route that is a 900 km long distance, cruising at an altitude of 7500 m at 150 m/s. Rate of climb, climb speed and descent angle are optimized, with regards to energy demand. The hybridized propulsion system is evaluated in three different scenarios, that is: 2020, Near Future- and Advanced Future scenario, which contain different component properties that address different future predictions.

An experiment is conducted with a small scale electrical ducted fan, operating in a wind tunnel, to measure different quantities such as power and thrust. These results are then scaled up and used as design parameters for a proposed fan design that is of sufficient size to propel the hybridized aircraft.

The results show that the hybridized concept, at design conditions, proves feasible in all scenarios. The mass of the aircraft increases as the hybridized system is introduced, but nevertheless the fuel consumption decreases where the reduction depends highly on energy density of the batteries.

Abstract [sv]

Målet med den här studien är att föreslå en el-hybridiserad version av ett framdrivningssystem för ett passagerarflygplan om 10 personer, och jämföra det med ett konventionellt (referens) flygplan som använder fossildrivna turbofläktmotorer för framdrift. Det el-hybridiserade framdrivningssystemet består utav en fossildriven gasturbin vars syfte är att generera elektricitet, kopplat i en seriell konfiguration med ett batterilager, som förser två elektriskt drivna kanaliserade fläktar.

Jämförelsen syftar framförallt till energiförbrukning och koldioxidutsläpp; därav, målet är att reducera dessa i el-hybrid lösningen. Flygplanen jämförs när de presterar samma förutbestämda rutt som är 900 km lång, har en kryssning altitud på 7500 m i 150 m/s. Andra rutt parametrar är optimerade, med hänsyn till energiförbrukning. Det el-hybridiserade framdrivningssystemet är utvärderat i tre olika scenarier, som är: 2020- , Near Future- och Anvanced Future scenario, som alla innebär olika komponentegenskaper som representerar olika framtida förutsägelser.

Ett experiment är utfört med en småskalig elektrisk kanaliserad fläkt, som körs i en vindtunnel, för att mäta kvantiteter som effekt och framdrivningskraft. Dessa resultat är sedan skalade upp och använda som designparametrar för en föreslagen fläkt design som är tillräckligt stor för att driva det el-hybridiserade flygplanet.

Resultaten visar att det el-hybridiserade konceptet, under designförhållandena, visar sig vara möjlig i alla scenarier. Vikten av flygplanet ökar när det el-hybridiserade konceptet är applicerat, men bränsleförbrukningen minskar ändå, där mängden reducerat bränsle i allra högsta grad beror på energi-densiteten i batterierna.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 107
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:389
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264347OAI: oai:DiVA.org:kth-264347DiVA, id: diva2:1373033
External cooperation
Etteplan; Swedish Defence Material Administration (FMV)
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-26 Created: 2019-11-26 Last updated: 2019-11-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2893 kB)5 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2893 kBChecksum SHA-512
0f41068786d1bf34b130572534a822d62849fa2ed724036d2e8b8a51b7e21bf06241f1cf57192ffa0bd31039751674a9a5dfddb5d0922a5861849b63c7f0b2c1
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 5 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 38 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf