Dual Use of Liquid Hydrogen in a Next-Generation PEMFC-Powered Regional Aircraft With Superconducting Propulsion

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作者
Christian Hartmann,Jonas Kristiansen Nøland,Robert Nilssen,Runar Mellerud
出处
期刊:IEEE Transactions on Transportation Electrification [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:8 (4): 4760-4778 被引量:47
标识
DOI:10.1109/tte.2022.3170827
摘要

In this article, we present a comprehensive model framework for a disruptive cryoelectric propulsion system intended for a hydrogen-powered regional aircraft. The main innovation lies in the systematic treatment of all the electrical and thermal components to model the overall system performance. One of the main objectives is to study the feasibility of using the liquid hydrogen (LH2) fuel to provide cryogenic cooling to the cryoelectric propulsion system and, thereby, enable ultracompact designs. Another aim has been to identify the optimal working point of the fuel cell to minimize the overall propulsion system's mass. The full mission profile is evaluated to make the analysis as realistic as possible. Analyses are done for three different 2035 scenarios, where available data from the literature are projected to a baseline, conservative, and optimistic scenario. The results show that the total propulsion system's power density can be as high as 1.63 kW/kg in the optimistic scenario and 0.79 kW/kg in the baseline scenario. In the optimistic scenario, there is also sufficient cryogenic cooling capacity in the hydrogen to secure proper conditions for all components, whereas the dc/dc converter falls outside the defined limit of 110 K in the baseline scenario.
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