Entwicklung eines kryogenen Niederdruck H2-Tank in neuartiger Sandwich-Leichtbauweise

© SMWA Sachsen

Projektbeschreibung

Ein wichtiger Beitrag für die Reduktion des Ausstoßes klimaschädlicher Treibhausgase durch die Luftfahrt besteht aus der Erforschung alternativer Antriebe. Beispielsweise kann kryogener Wasserstoff (tiefkalt und flüssig bei etwa -253°C gelagert) genutzt werden, um Kerosin zu ersetzen. Ein kritischer Punkt ist bei dessen Lagerung der Boil-Off, d.h. die Masse an flüssigem Wasserstoff, die durch Erwärmung von außen zu gasförmigem Wasserstoff umgewandelt wird. Zwangsläufig hängt die Boil-Off-Rate von dem Wärmedurchgangskoeffizienten, also der Isolation des Tankes, ab. Liegt sie über der Verbrauchsrate des Antriebes, beispielsweise beim Warten auf Startfreigabe, muss der überschüssige gasförmige Wasserstoff an die Umgebung abgegeben werden, geht also „verloren“. Dies erfordert also eine Tankstruktur, die gleichzeitig einen geringen Wärmedurchgangskoeffizienten und eine geringe Masse besitzt.

Hierfür ist die Nutzung einer Sandwichstruktur naheliegend. Der flüssige Wasserstoff wird in einem Innentank gelagert. Der Sandwichkern dient der Abstützung des Innentankes gegen den Außentank, was besonders bei hohen Beschleunigungslasten vonnöten ist. Der Wärmeübergang durch freie Konvektion kann im Sandwichkern durch ein Vakuum, ähnlich einer Thermoskanne, verhindert werden. Weiterhin können die Zwischenräume der vom Partner FoxCore entwickelten Kernstruktur genutzt werden, um Medien zu leiten und den Tank ggf. zu heizen. Der Außentank ist wiederum mit der Flugzeugstruktur verbunden und kann, falls erforderlich, auch extern isoliert werden.

Die Projektschwerpunkte

Das Vorhaben konzentriert sich auf zentrale Innovationsbereiche:

• Entwicklung eines Tank-Gesamtkonzeptes für einen konkreten Anwendungsfall im Luftfahrzeug
• Mechanisch-thermische Auslegung und Optimierung der metallischen Sandwichstruktur

• Dimensionierung der Tankisolierung und der Tankheizung, um die Boil-Off-Rate gezielt an den Energiebedarf des Antriebes anzupassen

Verbundpartner:

• Struktur- und Werkstoffmechanikforschung gGmbH

• Fox Core GmbH

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