Die Entwicklung von wasserstoffbetriebenen Flugzeugen steht vor verschiedenen Herausforderungen, bevor solche klimafreundlichen Flugzeuge in die Produktentwicklung gehen können. Das Bauhaus Luftfahrt untersucht derzeit Technologien, um Lösungen für diese Herausforderungen zu finden.
Volumen und Isolierung des LH2 erfordern in den meisten Konzepten Rumpftanks. Das DWiTE-Projekt untersucht den Gestaltungsraum der resultierenden trockenen Tragflächen. Durch die Untersuchung alternativer Strukturkonfigurationen und Auftriebsverteilungen jenseits des elliptischen Optimums liefert das Projekt erste Belege für Synergien auf Flugzeugniveau zwischen Struktur, Aerodynamik und Systemintegration.
Weitere Beiträge der Partner umfassen die Verringerung der Manöverbelastung durch verteilte Steuerflächen, die hybride Kontrolle laminarer Strömung und die Verlagerung von Flugzeugsubsystemen in den Flügel. Im Gegensatz dazu befasst sich das CHoSe-Projekt mit der Integration von konformen CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) -Tanks für flüssigen Wasserstoff (LH2) in den Flügeln, um Leistungseinbußen durch Tanks im Rumpf zu reduzieren. Daraus ergeben sich zwar keine konkreten Vorteile, aber die Technologie könnte für Flugzeuge mit dicken Tragflächen und geringerer Reichweite wie People Mover interessant sein. Zusätzlich wurden Erkenntnisse zur Dimensionierung der Flügel mit „Mid-Fidelity“- Methoden und zur Konstruktion von kryogenen Treibstofftanks erarbeitet.
Ein LH2-Kraftstoffsystem unterscheidet sich von Kerosin und birgt insbesondere bei den Massen noch viele Unbekannte. Daher ist das LH2-Overall Aircraft Design-Projekt ein Schritt in Richtung einer detaillierteren Modellierung von LH2-Kraftstoffsystemen. Mit Schwerpunkt auf einer ATR72 mit Brennstoffzellen und einer A320 mit H2-Verbrennung sowie Tanks im Heck wird eine Architektur für das Kraftstoffsystem entwickelt und in die BLADE-Entwurfsumgebung integriert. Das Projekt zeigt, dass die Länge der Kraftstoffleitungen und der notwendigen Systeme (Cold Box) das Gewicht dominieren, und korrigiert die Bewertungen bisheriger „Lower-Fidelity“- Modelle.
DWiTE-Technologiebausteine
Trockene Tragflächen, wie im DWiTE-Projekt untersucht, erlauben die Integration von Technologiebausteinen, alternativen Strukturkonfigurationen und Auftriebsverteilungen, um Laminarisierung, interne Aktuatorik und vergrößerte Steuerflächen mit aktiver Lastminderung zu ermöglichen.
LH2-OAD-Kraftstoffsystem-Model
Für die detailliertere Modellierung und Massenbestimmung von LH2-Kraftstoffsystemen wurden die wesentlichen Komponenten für Tank, Leitungen und die H2-Aufbereitung im Projekt zur LH2-Gesamtflugzeugkonstruktion (OAD overal aircraft design) definiert.
Glossar:
(L)H2 (liquid) hydrogen / (flüssiger) Wasserstoff,
DWiTE Dry Wing Technology Exploration,
BLADE Bauhaus Luftfahrt Aircraft Design Environment,
CHoSe Conformable Hydrogen Storage for Aviation,
CFRP/CFK carbon-fiber reinforced polymer / carbonfaser-verstärkter Kunststoff,
OAD overall aircraft design / Gesamtflugzeugkonstruktion
Die zugrunde liegenden Vorhaben wurden mit den Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter den Förderkennzeichen 20E2208A (DWiTE) und 20E2204B (CHoSe) gefördert.