Performance and flying qualities of the ISA 180 Seeker with electrical propulsion

Abstract

[ES] El ISA 180 Seeker es un avión de doble brazo diseñado por el diseñador de aviones Ivan Shaw. Es un pequeño avión con capacidad para una persona. Con una longitud de 5,2 m y una envergadura de 5,8 m, este avión tiene una aerodinámica muy buena gracias a su condición de doble botavara y ala casi voladora. Estas características, además de un peso vacío de 260 kg, lo convierten en un avión ideal para estudiar la conversión a propulsión eléctrica. Por lo tanto, el proyecto consistirá en el diseño de un sistema de propulsión eléctrica adecuado para esta aeronave que sustituya al actual motor bóxer de 4 cilindros (Rotax 912 iS) y al resto del tren motopropulsor actual. Además, con el nuevo sistema de propulsión será necesario obtener un cierto nivel de rendimiento en términos de calidad de vuelo y especificaciones. Como punto de partida, Ivan Shaw compartió con nosotros el modelo X-Plane de su aeronave, y nos permitirá estudiar las actuales cualidades de vuelo y rendimiento para llevar a cabo el estudio deseado.

En primer lugar, será necesario obtener datos técnicos de los datos actuales en términos de rendimiento aerodinámico, valores actuales de velocidad, pesos, ubicaciones, etc. Pero, la principal fuente de información serán los datos del modelo X Plane dado.

Como hemos mencionado, el proyecto consistirá en estudiar una nueva configuración de propulsión eléctrica para esta aeronave en particular. Para ello, será necesario llevar a cabo una enorme investigación sobre las centrales eléctricas, utilizando como referencia algunos prototipos diseñados por las empresas (i.e. AIRBUS E-fan) o utilizando como guía para las baterías de la industria del automóvil, cuando se ha hecho una gran cantidad de mejoras en términos de almacenamiento de energía. (i.e. Tesla y Toyota). Será necesario determinar la batería óptima, el motor, los ESC de alta corriente, etc. En este proyecto también se evaluará la posibilidad de utilizar más de un motor, más de una batería y evaluar más de un tipo de configuración del grupo motopropulsor. También dando a la aeronave un sistema de propulsión redundante.

Una vez que la distribución de la configuración de la propulsión quede clara como parte de la aeronave, se realizará un estudio de la dinámica de vuelo para probar las cualidades de vuelo de la aeronave que se va a certificar. Para ello, se realizará un modelo de simulación de aeronave (X-Plane).

Para lograr el alcance general del proyecto será necesario establecer algunos objetivos que construirán el proyecto paso a paso. Los objetivos generales para lograr el alcance general son: Obtención de la documentación de la aeronave, Diseño Eléctrico tren de potencia, Estabilidad en mecánica vuelo y las cualidades de vuelo.

[EN] The ISA 180 Seeker is a twin-boom aircraft designed by the aircraft designer Ivan Shaw. It is a small aircraft with capacity for one person. With a length of 5.2 m and a wingspan of 5.8 m, this aircraft has a very good aerodynamics thank to its condition of twin boom and almost flying wing. This Features, in addition to an Empty weigh of 260 kg, make it an ideal aircraft to study the conversion to electrical propulsion. Therefore, the project will consist on the design of a suitable electrical propulsion system for this aircraft replacing the current 4 cylinders boxer engine (Rotax 912 iS) and the rest of the current power train. Moreover, it will be necessary to obtain certain level of performance in terms of flying qualities and specifications with the new propulsion system. As a point of departure Ivan Shaw shared with us the X-Plane model of his aircraft, and it will allow us to study the current flying qualities and performance to carry out the desired study.

First of all, it will be necessary to obtain technical data from the current data in terms of aerodynamic performance, current values of speed, weighs, locations, etc. But, the main source of information will be data from the X Plane model given.

As we have mentioned the project will consist on study a new electrical propulsion configuration for this particular aircraft. For that, it will be necessary carry out a huge research on electrical power plants, using as a reference some prototypes designed by Companies (i.e. AIRBUS E-Fan) or using as a guide for batteries the automotive industry, when a large amount of improvements in term of energy storage has been done. (i.e. Tesla and Toyota). It will be necessary to determine the optimum battery, engine, high-current ESCs, etc. On this project it will be also assessed the possibility of using more than one engine, more than one battery and asses more than one type of power train configuration. Also giving to the aircraft a redundant propulsion system.

Once the distribution of the propulsion configuration is clear as a part of the aircraft, a flight dynamics study will be done in order to test the flying qualities the viability of the aircraft to be certified. In order to do so, an aircraft simulation model (X-Plane) will be performed.

In order to achieve the general scope of the project it will be necessary to establish some objectives that will be building the project step by step. The general aims to achieve the general scope are: Obtaining Aircraft documentation, Design Electrical power train, Asses Stability flight dynamics and flying qualities.