Diseño y desarrollo de un banco de ensayos para la caracterización de microturbinas híbridas

Abstract

[ES] Siguiendo la tendencia iniciada en el sector de automoción, los sistemas de propulsión híbridos están despertando interés en aplicaciones aeronáuticas y de generación distribuida. La problemática de estos sistemas reside en el peso, la distribución espacial y el acople entre componentes. Además, requieren la implementación de equipos de control que actúen como regulador entre las partes térmica y eléctrica. El alumno realizará un prototipo de turbina híbrida empleando motores de imanes permanentes y técnicas de impresión aditiva para el diseño del escalonamiento. A su vez, se desarrollará un banco de ensayos que permita evaluar los diseños de manera experimental. El banco estará formado por una parte eléctrica, con las etapas de potencia y los componentes hardware y software para su control y análisis, y por una parte térmica, con los sensores de medida de presión, temperatura y gasto, para analizar el rendimiento y las prestaciones del diseño. Dispondrá de elementos capaces de combinar adquisición y tratamiento de las señales en tiempo real. Por último, el alumno profundizará en el diseño fluidodinámico de las turbinas, comparando los resultados o estimaciones de carácter analítico con los resultados experimentales obtenidos, utilizándolos además como pauta para el desarrollo de nuevos conceptos en entorno CAD.

[EN] Following the trend started in the automotive sector, hybrid propulsive systems are awakening interest in aerospace and distributed propulsion applications. The main problems lie on their weight and the spatial distribution and coupling between different components. Moreover, new control devices are required so as to act as a regulator between the electric and thermal sides of the system. The student will make a prototype of a hybrid turbine using brushless electric motors and additive manufacturing techniques for the stage design. At the same time, a test rig will be developed in order to assess different designs experimentally. The rig will be made up of an electric side, including power stations and all hardware and software required for its control and analysis, and a thermal side with all sensing devices for the measurement of pressure, temperature, and mass flow, to study the performance of the design. It will also be able to combine acquisition and signal treatment in real time. Finally, the student will analyse thoroughly the aerodynamic design of the turbine, comparing the analytical results and estimations with the experimental results provided by the rig, which will be used as a reference for the development of new concepts in CAD software.