BANDO PRIN 2022D. D. N. 104 DEL 2 FEBBRAIO 2022

TITOLO DEL PROGETTO: Development of new fuel systems for future clean airliners fuelled with Hydrogen (DNFSFCAFH)

CODICE MUR: 20229MWABH
CODICE CUP: D53D23003260006
Budget: € 100.309
P.I.: Prof. Elia Distaso - Politecnico di Bari
ALTRE UNITÀ DI RICERCA O EVENTUALI SUB UNITÀ
• UR2 - Università degli Studi del Sannio, Benevento
• UR3 - Università degli Studi di Napoli Federico II

Breve descrizione del progetto
Il progetto DNFSFCAFH affronta una delle principali sfide tecnologiche per la decarbonizzazione del trasporto aereo: la definizione dell'architettura e la progettazione preliminare dei sistemi di alimentazione per futuri velivoli intra-continentali alimentati a idrogeno liquido (LH2).
Le attività hanno riguardato l'intera catena di progettazione del sistema combustibile: studio dello stato dell'arte, definizione e simulazione di architetture innovative mediante modelli numerici, ottimizzazione delle configurazioni, progettazione preliminare di serbatoi criogenici, scambiatori di calore, pompe, tubazioni e sistemi di sicurezza, sviluppo di soluzioni per la regolazione della portata mediante valvole di dosaggio e progettazione dei sistemi ausiliari di stoccaggio, scarico e ventilazione.

Finalità
L'idrogeno liquido presenta un elevato potenziale per ridurre le emissioni del settore aeronautico: a parità di contenuto energetico richiede una massa di combustibile sensibilmente inferiore rispetto ai combustibili convenzionali e, se prodotto da fonti rinnovabili, consente una combustione senza emissioni dirette di CO2 e con emissioni trascurabili di particolato. Il suo impiego richiede tuttavia la riprogettazione completa del sistema combustibile di bordo, poiché l'idrogeno deve essere stoccato in condizioni criogeniche, vaporizzato, surriscaldato, dosato e iniettato in camera di combustione in condizioni controllate.
La finalità generale del progetto è contribuire allo sviluppo di soluzioni tecnologiche per aeromobili alimentati a idrogeno, in coerenza con gli obiettivi europei di riduzione delle emissioni e con le traiettorie di ricerca di Clean Aviation e Flightpath 2050. In particolare, il progetto mira a fornire una base scientifica e progettuale per sistemi combustibile a idrogeno liquido affidabili, efficienti e integrabili in futuri velivoli commerciali.

Risultati attesi
•    Quadro aggiornato e sistematico dello stato dell'arte sui sistemi combustibile LH2 per aeromobili;
•    Definizione di una o più architetture tecnicamente fattibili per il sistema combustibile LH2, comprensive di stoccaggio, alimentazione, scambio termico, dosaggio e sicurezza;
•    Sviluppo di modelli numerici in ambiente Simulink/Simscape e Amesim, utili alla simulazione del comportamento del sistema in diverse condizioni operative;
•    Ottimizzazione delle configurazioni di sistema e dei principali componenti, con individuazione di una configurazione ottimizzata quale milestone progettuale;
•    Progettazione preliminare di componenti critici, tra cui serbatoi criogenici, scambiatori di calore, pompe, tubazioni, sistemi di sicurezza, valvole di metering e sistemi ausiliari di accumulo e venting;
•    Produzione di deliverable tecnici e pubblicazioni scientifiche indicizzate, con un obiettivo minimo di tre pubblicazioni in Scopus.

Risultati raggiunti 
Il progetto è stato completato con successo entro la tempistica prevista. Tutti i sette Work Package sono stati eseguiti e gli obiettivi scientifici e tecnologici sono stati raggiunti. Le attività hanno prodotto una base di conoscenza organica sulle quattro macro-aree di progettazione di un sistema combustibile aeronautico a idrogeno liquido: stoccaggio, distribuzione, gestione termica e dosaggio.

Tra i risultati principali si segnalano:

• Realizzazione di una revisione completa della letteratura sui sistemi combustibile LH2 per aeromobili, con analisi di stoccaggio, delivery, thermal management, metering e sistemi di sicurezza;

• Proposta e modellazione di un'architettura innovativa di sistema combustibile LH2, validata mediante modelli numerici e confronto tra ambienti di simulazione;

• Sviluppo di modelli parametrici Simulink/Simscape e Amesim e applicazione di una procedura di ottimizzazione MOGA-II per identificare configurazioni ottimizzate;

• Progettazione preliminare dei principali componenti per LH2, inclusi scambiatori di calore, serbatoi criogenici, pompe, tubazioni e sistemi di sicurezza;

• Sviluppo e simulazione di una nuova soluzione di valvola di dosaggio per idrogeno gassoso basata su attuazione piezoelettrica;

• Definizione e simulazione dei sistemi di accumulo intermedio, scarico e venting;

• Pubblicazione di sei lavori scientifici indicizzati in Scopus, superando il target minimo previsto di tre pubblicazioni;

• Rafforzamento delle collaborazioni scientifiche nazionali e internazionali, anche con University of Bath e Moog Controls Ltd, con ricadute sulla visibilità del progetto nella comunità internazionale della ricerca sull'aviazione a idrogeno.

Le attività sono state svolte nel rispetto del principio Do No Significant Harm (DNSH) e dei principi Open Access. La natura delle attività è stata prevalentemente computazionale e numerica, senza sperimentazioni fisiche né impatti ambientali diretti significativi. Le pubblicazioni sono state rese disponibili attraverso sedi editoriali o atti di convegno con opzioni di accesso aperto.