Review of the Investigation of Innovative Propulsion System Architectures for Aircraft

Resumen: Los beneficios potenciales que representa la aviacion en los campos: economico, de seguridad y de desarrollotecnologico de un pais, han motivado a paises como Ecuador a fomentar el crecimento de la aeronautica en los ultimosanos. Lamanufactura de vehiculos no tripulados y satelites, por ejemplo, han significado importantes pasos en la evolucionde esta rama. En este ambito, la presente investigacion contribuye al estudio de sistemas de propulsion innovadoresde alta eficiencia, que permitan la disminucion del consumo de combustible, emisiones y ruido. El efecto de estas variablesen el medio ambiente ha sido estudiado de una manera extensa. Por tal razon, es conocido que el crecimiento de laaviacion llevara consigo a una alteracion a nivel global del ecosistema. Debido a esto, grandes esfuerzos en investigacionhan sido enfocados a los sistemas de propulsion y fuselaje alternativos, que permitan el desarrollo sustentable dela aviacion. El presente trabajo compila la investigacion sobre nuevas arquitecturas de sistemas de propulsion, los cualesexhiben potenciales beneficios en las anteriormente mencionadas metricas. Uno de estos novedosos conceptos es elavion NASA N3-X, el cual en este estudio ha sido considerado como estructura base de propulsion sobre la cual diferentesdisenos conceptuales fueron analizados. En este concepto resaltan dos aspectos importantes en el mejoramiento delrendimiento de las aeronaves: la re-energizacion de la capa limite (BLI) y la propulsion distribuida. Desde el punto devista aerodinamico, estas tecnologias presentan como problemas principales, la distorsion tridimensional inducida porBLI y las perdidas de presion producidas en los conductos de admision de los propulsores. Referente a estos problemas,la metodologia desarrollada permite la implementacion de estos en el analisis del sistema, utilizando diferentes nivelesde fidelidad y disenos de propulsion. En resumen, este trabajo pretende dar una idea de la labor llevada a cabo en elambito de los disenos innovadores de propulsion para aviones. Lo cual ha sido considerado especialmente para brindaruna idea global de la problematica y el enfoque seleccionado para estudiar este complejo sistema. En este sentido,tambien se destacan los principales desafios, que se deben abordar con el fin de hacer viables estos conceptos. Abstract: The potential benefits of aviation in the economics, safety and technological development of a country, havemotivated countries like Ecuador to create incentives that enable the development of the research in the aerospace field.Some examples are the built in house UAV’s and satellites, which represented important steps in the development of theEcuadorian aerospace research. In this context, the present work contributes with the study of innovative propulsionarchitectures, which present high overall efficiency and therefore contribute to the reduction of fuel burn and emissions.These metrics have been chosen because previous studies have shown that the growing of aviation in future years maydramatically increase their impact over the environment. For this reason, novel airframe and propulsion layouts asthe N3-X concept has been developed in the recent years. Two special features highlight from this concept, which areboundary layer ingestion and distributed propulsion. Although the benfits produced by these features is large, theypresent numerous challenges. From the aerodynamic perspective, BLI induced distortion and intake losses have showndramatically mitigate the benefits. Therefore, this aspects have been included in the method developed to assess thepropulsion system performance. This method enables to broad the spectrum of concepts studied, whilst using differentarchitectures and approaches with different levels of fidelity. To summarize, this paper intends to give an insight of thework carried out in the area of innovative propulsion designs for aircraft. This is to give a global idea of the frameworkutilized, whilst emphasize major issues which need to be addressed in order to make feasible these concepts.