Concept Design of a Fairchild Metro 23 Cabin Adapted to Prevent Viruses Dispersion in Flight

Abstract

[ES] La aparición del COVID-19 ha puesto de manifiesto una importante debilidad del sector de la aviación, la dificultad de adaptarse a situaciones de pandemia y su consecuente pérdida de producción y beneficios. Existe pues una necesidad por parte de la industria aeronáutica de ser capaz de adaptarse a estas circunstancias, tanto para el presente como para posibles situaciones globales similares que se puedan dar en un futuro.

El presente trabajo de fin de grado pretende dar respuesta a esta necesidad mediante el diseño de una cabina del Fairchild Metro 23 adaptada para evitar la dispersión de virus a través de la obtención de flujos de aire independientes para cada pasajero. Para ello, se siguen dos caminos diferentes.

En primer lugar, se utilizan simulaciones CFD realizadas con Star CCM+ para probar dos diseños de asiento, que incluyen paneles como barreras físicas, proporcionados por Raül Iznardo Giner, un estudiante de Diseño Industrial de la ETSID, continuando así con el trabajo realizado previamente por Juliette Baduel durante sus prácticas como asistente de investigación en el departamento de CMT-Motores Térmicos. Posteriormente, se realiza un breve estudio donde se modifica el vector de velocidad de la entrada de aire de la cabina.

Paralelamente, se diseña el experimento que se llevará a cabo para validar las simulaciones CFD, incluyendo posibles técnicas experimentales, dimensionado, condiciones de flujo y el correcto diseño de la maqueta de la cabina del Fairchild Metro 23 simplificada, con todas sus partes para el montaje final, usando procesos iterativos cuando es necesario.

Los principales resultados obtenidos sugieren que el experimento diseñado será útil para la futura validación de las simulaciones de acuerdo con el análisis individual que se lleva a cabo de todas sus partes. Por otro lado, se consigue obtener una buena distribución de aire en cabina mediante la combinación de los asientos modificados con paneles y el cambio de orientación del vector de velocidad en la entrada de aire. Se obtienen flujos independientes de aire para cada pasajero, reduciendo así el riesgo de contagio en cabina y cumpliendo con los requerimientos de la industria aeronáutica para adaptarse a situaciones de pandemia. Sin embargo, esta distribución está lejos de ser la óptima y se sugiere continuar con la investigación en este tema.

[EN] The emergence of COVID-19 has highlighted a major weakness of the aviation industry, the difficulty of adapting to pandemic situations and the consequent loss of production and profits. There is therefore a need for the aviation industry to be able to adapt to these circumstances, both for the present and for possible similar global situations that may arise in the future.

This thesis aims to answer to this need by designing a Fairchild Metro 23 cabin adapted to prevent viruses¿ dispersion by obtaining independent air flows for each passenger. To do this, two different paths are followed.

Firstly, CFD simulations performed with Star CCM+ are used to test two seat designs, which include panels as physical barriers, provided by Raül Iznardo Giner, an Industrial Design student at ETSID, continuing with the work previously done by Juliette Baduel during her internship as a research assistant at CMT-Motores Térmicos department. Afterwards, a brief study is carried out in which the inlet velocity vector of the cabin is modified.

In parallel, the experiment that will be carried out to validate the CFD simulations is designed, including possible experimental techniques, dimensioning, flow conditions and the correct design of the simplified Fairchild Metro 23 cabin model, with all its parts for the final assembly, using iterative processes when necessary.

The main obtained results suggest that the designed experiment will be useful for the future validation of the simulations according to the individual analysis carried out on all its parts. On the other hand, a good air distribution in the cabin is obtained by combining the modified seats with panels with the orientation change of the velocity vector at the air inlet. Independent air flows are obtained for each passenger, reducing the risk of infection in the cabin and complying with the requirements of the aeronautical industry to adapt to pandemic situations. However, this distribution is far from optimal and further research on this topic is suggested.

[CA] L’aparició del COVID-19 ha posat de manifest una important debilitat del sector de l’aviació, la dificultat d’adaptar-se a situacions de pandèmia i la seua conseqüent pèrdua de producció i beneficis. Existeix una necessitat per part de la indústria aeronàutica de ser capaç d’adaptar-se a aquestes circumstàncies, tant per al present com per a possibles situacions globals similars que es puguen donar en un futur. El present treball de fi de grau pretén donar resposta a aquesta necessitat mitjançant el disseny d’una cabina del Fairchild Metro 23 adaptada per a evitar la dispersió de virus a través de l’obtenció de fluxos d’aire independents per a cada passatger. Per a això, se segueixen dos camins diferents. En primer lloc, s’utilitzen simulacions CFD realitzades amb Star CCM+ per a provar dos dissenys de seient, que inclouen panells com a barreres físiques, proporcionats per Raül Iznardo Giner, un estudiant de Disseny Industrial de la ETSID, continuant així amb el treball realitzat prèviament per Juliette Baduel durant les seues pràctiques com a assistent de investigació en el departament de CMT-Motors Tèrmics. Posteriorment, es realitza un breu estudi on es modifica el vector de velocitat de l’entrada d’aire de la cabina. Paral·lelament, es dissenya l’experiment que es durà a terme per a validar les simulacions CFD, incloent-hi possibles tècniques experimentals, dimensionat, condicions de flux i el correcte disseny de la maqueta de la cabina del Fairchild Metro 23 simplificada, amb totes les seves parts per al muntatge final, usant processos iteratius quan és necessari. Els principals resultats obtinguts suggereixen que l’experiment dissenyat serà útil per a la futura validació de les simulacions d’acord amb l’anàlisi individual que es duu a terme de totes les seues parts. D’altra banda, s’aconsegueix obtenir una bona distribució d’aire en cabina mitjançant la combinació dels seients modificats amb panells i el canvi d’orientació del vector de velocitat en l’entrada d’aire. S’obtenen fluxos independents d’aire per a cada passatger, reduint així el risc de contagi en cabina i complint amb els requeriments de la indústria aeronàutica per a adaptar-se a situacions de pandèmia. No obstant això, aquesta distribució està lluny de ser l’òptima i se suggereix continuar amb la investigació sobre aquest tema