Der potenzielle Einsatz von Flüssigwasserstoff (LH2) als Treibstoff für die zivile Luftfahrt bedeutet große Herausforderungen und Chancen für den Flugzeugentwurf.
Konfiguration: Neben Regionalflugzeugen und Flugzeugen mit kurzer bis mittlerer Reichweite unterstützt die Forschung zunehmend die Machbarkeit von Langstreckenflugzeugen mit LH2. LH2-Flugzeugkonfigurationen erfordern insgesamt sorgfältige Überlegungen zur Platzierung der Tanks und zu Schwerpunktverschiebungen während des Flugs.
Tragflügel: Die Verwendung von LH2 stellt neue Anforderungen an die Tragflächen. Die aeroelastischen Analysen müssen über das bloße Weglassen des Treibstoffgewichts hinausgehen und dynamische Fälle wie Flattern und reduzierte Lasten während des Rollens einbeziehen.
Die Speicherung eines Teils des LH2 innerhalb des Flügels, wie sie im LuFo CHoSe- Projekt untersucht wird, könnte für große Flugzeuge vorteilhaft sein.
Antriebskonzepte: Was das Antriebssystem betrifft, so scheint die Verbrennung von LH2 in Turbofans praktikabel zu sein, während die
Brennstoffzellentechnologie für große Flugzeuge damit konfrontiert ist, ein ausreichendes Verhältnis von Leistung zu Gewicht zu erreichen. Derzeit werden Synergien zwischen den unterschiedlichen Konzepten erforscht, um zusätzliche Effizienzsteigerungen zu ermöglichen.
Unwägbarkeiten und Herausforderungen: Das LH2-Kraftstoffsystem bedingt erhebliche Komplexität in Kombination mit hohem Gewicht. Notwendige Komponenten wie Pumpen und Ventile müssen noch entwickelt werden. Die Vermeidung von Boil-off ist von entscheidender Bedeutung, da das Freisetzen von Wasserstoff eine klimaschädliche Emission ist. Der Betrieb am Boden, z. B. die Betankung während des Turnarounds und die Enttankung bei Flugausfällen oder Verspätungen, muss neu definiert werden.
Während die für die Wirtschaftlichkeit von LH2-Flugzeugen notwendigen Randbedingungen noch mit großen Unsicherheiten behaftet sind, wird der technische Reifegrad durch die Forschung in zahlreichen Projekten wie HOPE, HYLENA, HyKlik, 328H2-FC, H2Avia, CHoSe, DWiTE und Hy-ShAir im Bauhaus Luftfahrt stetig erhöht und bietet somit langfristig eine wichtige Option zur Reduzierung der Klimabelastung durch den Luftverkehr.
Analysen zur Positionierung von LH₂-Tanks
Die Verlagerung des Schwerpunkts für alle möglichen Passagier- / Kraftstoffkombinationen ist ein entscheidender Entwurfsaspekt und wird in erster Linie durch die Tankplatzierung bestimmt. Die Verschiebung beeinflusst Aspekte wie Trimmwiderstand, Flügel- / Fahrwerkspositionen und Leitwerkgröße.
Mögliche Variationen in der Kraftstoffsystemarchitektur
Es sind verschiedene Kraftstoffsystemarchitekturen denkbar. Die derzeit bevorzugte Option ist die aktive Druckbeaufschlagung mit Vakuumisolierung und integrierter Struktur.
Glossar: LH2 liquid hydrogen / Flüssigwasserstoff, LuFo aviation research program / Luftfahrtforschungsprogramm