Mit Simulationen schneller zum ökologischen Fliegen

03.06.2013

Doktorand Jan Grymlas im Labor des Instituts für Flugzeug-Systemtechnik.
Doktorand Jan Grymlas im Labor des Instituts für Flugzeug-Systemtechnik.
Foto: TUHH/Hagenguth

Flugzeuge der Zukunft beziehen ihren Strom aus Brennstoffzellen. Ökologisch noch effizienter wird das Fliegen, wenn man außerdem die verschiedenen Nebenprodukte der Zelle nutzt. Doch erst eine ausgeklügelte Automatisierung der Funktionen an Bord macht die Nutzung der Wärme, des Gases, des Wassers sowie des Stroms möglich. Ob dieses sehr komplexe System auch tatsächlich funktioniert, testen Entwickler der TU Hamburg in virtuellen Flugversuchen. Ihre Simulationen ersetzen kostspielige Tests.

"Ich rechne damit, dass Brennstoffzellen in die Flugzeuge der nächsten Generation integriert werden", sagt Jan Grymlas. Wie ein multifunktionales Brennstoffzellensystem in ein Flugzeug und den Flugbetrieb integriert werden kann, steht im Zentrum seiner Arbeit am Institut für Flugzeug-Systemtechnik unter Leitung von Professor Frank Thielecke. Mit der Erforschung des Gesamtsystems einer multifunktional integrierten Brennstoffzelle stellt sich Hamburgs TU - im Luftfahrtcluster Metropolregion Hamburg - der Herausforderung, zur Reduzierung von Schadstoff- und Lärmemissionen von Verkehrsflugzeugen beizutragen. Der 28-jährige Doktorand Grymlas vergleicht die Vielzahl der Produkte eines Apfelbaums mit seinen Früchten, Zweigen, Blättern und der Sauerstoffproduktion gern mit denen einer Brennstoffzelle, die außer Strom auch Wärme, Gas und Wasser produziert. Wie beim Baum kann man auch bei der Brennstoffzelle alles verwerten. Das Wasser lässt sich an Bord eines Flugzeuges ebenso nutzen wie die sauerstoffreduzierte Luft als Inertgas. Dieses hat einen Stickstoffanteil von etwa 90 Prozent und wird im Normalfall in die sich leerenden Treibstofftanks geleitet. Hier verringert es die Explosionsgefahr, weil das Gas-Treibstoffgemisch wegen des hohen Stickstoff- und des niedrigen Sauerstoffgehalts seine Zündfähigkeit einbüßt. Für den automatisierten Ablauf dieser komplexen Systemfunktionen entwickelt Grymlas die Software, und er simuliert das Zusammenspiel zwischen dieser elektronischen Automatisierung (Software) mit den Pumpen, Ventilen, Kompressoren und anderen Systemkomponenten (Hardware), die das Flugzeug mit den verschiedenen Produkten der Brennstoffzelle versorgen. Zum Schluss wird in virtuellen Flugversuchen getestet, ob die Software in Verbindung mit den Modellen funktioniert und dies während der verschiedenen Phasen eines Fluges - vom Start und Steilflug über den Reiseflug und Sinkflug bis zur Landung und dem Bodenbetrieb. Dies hört sich einfacher an, als es ist. Denn bei komplexen Strukturen wie einem multifunktionalen Brennstoffzellensystem kommt es immer wieder zu unvorhergesehenen Kopplungseffekten zwischen den beteiligten Komponenten. Text: Jörn Iken

Mehr zu diesem Thema und der Frage, wie sich auf diese Weise Millionen Euro bei der Entwicklung eines neuen Flugzeugtyps sparen lassen, finden Sie in der aktuellen Ausgabe des Hochschulmagazins der TU Hamburg. Weitere Themen im neuen "Spektrum": Erfindungen, die das Zeug zum Patent haben, digitales Lernen im Ingenieurstudium, Ausbau der Medizintechnik sowie ein Sonderteil anlässlich des 35-jährigen Bestehens der TU Hamburg in Harburg.

Das neue "Spektrum" der TUHH ist unter http://www.tuhh.de/tuhh/uni/aktuelles/spektrum.html abrufbar.


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