Bölgesel turboprop uçaklar için paralel hibrit-elektrik tahrik sisteminin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of parallel hybrid-electric propulsion system for regional turboprop aircraft
- Tez No: 1010256
- Danışmanlar: PROF. DR. HAMDİ ERCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Sivil Havacılık, Enerji, Uçak Mühendisliği, Civil Aviation, Energy, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Nakliye uçakları, Ticari uçaklar, Transport aircrafts, Commercial aircrafts
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılıkta karbon emisyonlarının azaltılması hedefi, mevcut platformlara uygulanabilir geçiş çözümleri arasında hibrit-elektrik tahrik sistemlerini öne çıkarmaktadır. Bu tezde, ATR 72-600 ölçeğinde 70 koltuk sınıfı bir bölgesel uçak için paralel hibrit-elektrik tahrik sistemi MATLAB/Simulink ortamında modellenmiş, boyutlandırılmış ve enerji yönetimi açısından değerlendirilmiştir. Çalışmada dördüncü dereceden nokta kütle uçuş dinamiği modeli, PW127M gaz türbini için sıfır boyutlu harita tabanlı performans modeli ve itki, frenleme ve enerji geri kazanımı rejimlerini kapsayan çok rejimli pervane modeli bütünleşik olarak kullanılmıştır. Ayrıca pas geçme, sapma, bekleme ve alternatif yaklaşma fazlarını içeren, operasyonel gereksinimlerle uyumlu 22 fazlı kapsamlı bir görev profili tanımlanmıştır. Boyutlandırma aşamasında, iki boyutlu özgül yakıt tüketimi (specific fuel consumption, PSFC) arama tablosuna dayalı üç aşamalı bir yöntemle gaz türbini küçültme oranı sabit bir batarya kapasitesi altında taranmış; her iki teknoloji senaryosu için uygulanabilir küçültme oranlarının var olduğu gösterilmiştir. Geleneksel modelin üretici referans performans verileriyle doğrulanmasında seyir fazı yakıt tüketimi sapması ihmal edilebilir düzeyde kalmıştır. Dinamik benzetim sonuçları, hibrit konfigürasyonun 2035 senaryosunda %8.7 ve 2026 senaryosunda %7.1 toplam yakıt tasarrufu sağladığını göstermiştir. Boyutlandırma tahminleri ile dinamik benzetim sonuçları arasındaki farkın son derece sınırlı kalması, geliştirilen yöntemin tutarlılığını doğrulamaktadır. Bulgular, toplam tasarrufun temel kaynağının gaz türbini küçültmesiyle oluşan seyir yük oranı kayması olduğunu göstermektedir. Ayrıca enerji geri kazanımının toplam tasarrufun %44–50'sini etkinleştirerek paralel hibrit mimaride doğrudan boyutlandırma ve enerji yönetimi kararlarını etkileyen yapısal bir tasarım girdisi hâline geldiğini ortaya koymaktadır. Sonuç olarak bu tez, PSFC tabanlı boyutlandırma, çok rejimli pervane modellemesi ve görev bazlı enerji yönetimini bütünleşik biçimde ele alan, paralel hibrit-elektrik tahrik sistemleri için tutarlı ve uygulanabilir bir değerlendirme çerçevesi sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The need to reduce carbon emissions in aviation has made hybrid-electric propulsion systems one of the most practical transition solutions for existing aircraft platforms. This thesis models, sizes, and evaluates a parallel hybrid-electric propulsion system for an ATR 72-600 class 70-seat regional aircraft in the MATLAB/Simulink environment. The integrated framework combines a fourth-order point-mass flight dynamics model, a zero-dimensional map-based PW127M gas turbine model, and a multi-regime propeller model covering thrust, braking, and regenerative energy harvesting modes. A comprehensive 22-phase mission profile was also defined in line with operational requirements, including go-around, diversion, holding, and alternate approach segments. During sizing, the gas turbine downsizing ratio was scanned under a fixed battery capacity using a three-stage method based on a two-dimensional specific fuel consumption (PSFC) lookup table; applicable downsizing configurations were identified for both technology scenarios. Validation of the conventional model against manufacturer reference performance data yielded a negligible cruise-phase fuel consumption deviation. Dynamic simulation results showed that the hybrid configuration provides total fuel savings of 8.7% in the 2035 scenario and 7.1% in the 2026 scenario. The close agreement between sizing predictions and dynamic simulation results confirms the consistency of the proposed method. The findings show that the main source of total savings is the cruise load shift created by gas turbine downsizing. In addition, regenerative energy harvesting enables 44–50% of the total savings and directly influences both sizing and energy management decisions in the parallel hybrid architecture. Overall, this thesis provides a consistent and applicable evaluation framework for parallel hybrid-electric propulsion systems by integrating PSFC-based sizing, multi-regime propeller modeling, and mission-based energy management.
Benzer Tezler
- Çift turboprop motorlu ve sivil amaçlı bir keşif/devriye uçağının roskam yöntemi ile ön dizaynı
Başlık çevirisi yok
SELÇUK ESEN
- Bölgesel uçaklarda kullanılan üç şaftlı turboprop motorunun enerji ve ekserji modellemesi
Energy and exergy modeling of three shaft turboprop engine used in regional aircraft
ONUR YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Sivil HavacılıkFırat ÜniversitesiHavacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN AYGÜN
- Dinamik uçuş şartlarında hava aracı motor bileşenlerinin performans analizi
Performance analysis of aircraft engine components in dynamic flight conditions
MEHMET KIRMIZI
Doktora
Türkçe
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER TURAN
DOÇ. DR. HAKAN AYGÜN
- Ticari uçakların ekserjetik sürdürülebilirlik indikatörlerinin geliştirilmesi
Development of exergetic sustainability indicators for commercial aircrafts
HAKAN AYDIN
Doktora
Türkçe
2012
Makine MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖNDER TURAN
- Bölgesel imkanlarla yapılan yüksek mukavemetli betonarme betonu (imali-imal imkanları-ekonomikliği)
Başlık çevirisi yok
HALİL SEVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1983
İnşaat MühendisliğiAnadolu Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNDÜZ ÖZIŞIK