WUe-FluB | Wärmeübertrager für ein Flugzeug mit Brennstoffzellenantrieb

Für die Luftfahrt stellt Wasserstoff einen vielversprechenden alternativen Treibstoff zur Realisierung klimaneutraler Mobilitätslösungen dar. Im Bereich von Klein- und Regionalverkehrsflugzeugen sind Antriebe basierend auf Brennstoffzellen eine Vorzugslösung. Im Gegensatz zur Direktverbrennung von Wasserstoff in Gasturbinen fehlt der kühlende Durchsatz eines hohen Luftmassenstroms. Derzeitige Brennstoffzellen erzielen einen Systemwirkungsgrad von etwa 50%, sodass in etwa die gleiche Menge der erforderlichen elektrischen Antriebsleistung in Form von Wärme abzuführen ist. Dies macht den Einsatz effizienter Kühlsysteme mittels Wärmeübertragern erforderlich. Dabei steht die Luftfahrt vor der Herausforderung, möglichst kompakte und gewichtseffiziente Wärmeübertrager einzusetzen. Hier bieten sich durch den Einsatz von additiven Fertigungs-technologien neue Möglichkeiten. Diese erlauben eine gegenüber konventionellen Fertigungsmethoden deutlich erhöhte Gestaltungsfreiheit, reduzieren den Materialbedarf und ermöglichen eine hochintegrale, an die Strukturen des Luftfahrzeugs angepasste Bauweise der Wärmeübertrager. Aus dieser Motivation heraus wird im Rahmen des Verbundvorhabens die Entwicklung von additiv gefertigten Wärmeübertragern zum Einsatz in brennstoffzellenbasierten Luftfahrzeugantrieben am Bei-spiel eines elektrischen Kleinflugzeugs verfolgt.

Projektziele:

• Materialauswahl und –Charakterisierung in Bezug auf spezifische Festigkeit und additive Fertigung
• Entwicklung einer Methodik zur thermodynamischen Auslegung additiv gefertigter Leichtbau-Wärmeübertrager · Entwicklung einer Methodik zur strukturellen Auslegung und Optimierung additiv gefertigter Leichtbau-Wärmeüberträger
• Erarbeitung eines experimentellen Prüfablaufs und Prüfungsdurchführung in Bezug auf thermomechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten, Eigenspannungen anhand von Prüfkörpern
• Experimentelle Prüfung in Bezug auf wärmetechnisches Verhalten zur Bestimmung von thermodynamischen Parametern anhand von Prüfkörpern
• Entwicklung eines Demonstrators mit Blick auf repräsentative Lastfälle aus vorangehenden Erkenntnissen
• Experimentelle Prüfung des Demonstrators im Hinblick auf strukturmechanisches und thermodynamisches Verhalten sowie Abgleich mit den Simulationsdaten
• Visualisierung und Beschreibung der Auslegungsmethodik für Leichtbau-Wärmeübertrager mit Schwerpunkt Mobilität