Entwicklung von additiv gefertigten Leichtbau-Wärmeübertragern für brennstoffzellenbetriebene Kleinflugzeuge
Überblick
Um die klimaschädlichen Emissionen beim Betrieb von Luftfahrzeugen signifikant reduzieren zu können, müssen zukünftig neben alternativen Treibstoffen, auch neuartige Antriebstechnologien zum Einsatz kommen. Der Elektrifizierung des Antriebsstrangs kommt dabei eine wichtige Bedeutung zu. Eine Möglichkeit ist hierfür die Bereitstellung elektrischer Leistung durch ein Brennstoffzellensystem.
Neben dem Reaktionsprodukt Wasser, emittiert eine Brennstoffzelle prozessbedingt auch Wärme. Diese Wärme muss im Flug durch eine geeignete Form der aktiven Wärmeübertragung an die Umgebung abgegeben werden. Der im Vergleich zur Gasturbine signifikant geringere Temperaturunterschied zwischen Prozess- und Umgebungstemperatur, und der aerodynamische Widerstand konventioneller Wärmeübertrager erschweren die Gestaltung einer effizienten Kühlung des Brennstoffzellensystems. Aus diesem Grund sollen die Möglichkeiten der additiven Fertigung genutzt werden, um massenreduzierte Wärmeübertrager mit möglichst geringem Druckverlust und einer guten Integrationsfähigkeit in bestehende Luftfahrzeugstrukturen entwickeln und testen zu können.
Additiv gefertigte Gitternetzstruktur als Basis für neuartige Wärmeübertrager
APUS i-2 als Kleinflugzeug mit Brennstoffzellenantrieb
Mögliche Schwerpunkte
- Gegenüberstellung verschiedener Arten der Wärmeübertragung und Optimierung im Hinblick auf die Minimierung von Masse und Druckverlust am Beispiel eines exemplarischen Kleinflugzeugs
- Bewertung von Oberflächen-Wärmeübertragern zur vollständigen oder teilweisen Kühlung der Prozesswärme eines Brennstoffzellensystems im Flug
- (Weiter-)Entwicklung von Modellierungsansätzen zur Erstellung parametrisierter FE-Modelle von additiv gefertigten Wärmeübertrager-Strukturen
- Optimierte Integration eines additiv gefertigten Wärmeübertragers in die Motorgondel eines Elektromotors
© Sven Ellger
Research Associate
NameMr Dipl.-Ing. Florian Sell
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Chair of Aircraft Engineering
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