Ausgangspunkt / Motivation

Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für klimafreundliche Flugzeugantriebe, muss jedoch für eine ausreichende Reichweite flüssig gespeichert werden. Die technische Herausforderung liegt darin, kryogene Systeme zu entwickeln, die gleichzeitig sicher, langlebig und leicht sind.

Bisherige Systeme nutzen oft hohe Drücke, was das Gewicht der Leitungen erhöht. Die Motivation von LIQORNE besteht darin, ein Niederdruck-Treibstoffsystem zu konzipieren, das Ultrahochdruck vermeidet, das Gewicht reduziert und den flüssigen Wasserstoff effizient vom Tank zum Triebwerk transportiert, um so die technologischen Hürden für wasserstoffbetriebene Flugzeuge zu senken.

Ziele

• Entwicklung eines kryogenen Treibstoffsystems zur Verteilung von Wasserstoff in flüssiger Form
• Konzeption eines sicherheitsoptimierten Niederdruck-LH2-Systems zur Gewichtseinsparung
• Thermodynamische Modellierung des Wasserstoffzustands an verschiedenen Stationen des Systems
• Integration eines fortschrittlichen Wärmemanagements, das Wasserstoff als Kühlmittel für heiße Triebwerksteile nutzt

Inhalt

Das Projekt fokussiert sich auf ein eingebettetes Treibstoffsystem, bei dem der Wasserstoff in den Tanks und den meisten Rohrleitungen kryogen flüssig bleibt. Ein Kernelement ist die Einführung einer Rückkopplungsschleife (Spill Flow) zum Speicher sowie ein effizientes Management des verdampfenden Wasserstoffs (Boil-Off).

Durch die geschickte Nutzung der Motorabwärme wird der Treibstoff im letzten Moment vergast und konditioniert. Dieser Ansatz verbindet die Treibstoffversorgung direkt mit der Kühlung der Triebwerkskomponenten, was entscheidende Vorteile bei Gewicht, Platzbedarf und Gesamteffizienz des Flugzeugs bietet. Zudem wird die Ausbildung künftiger Ingenieure in diesem neuen Fachgebiet gefördert.

Methodik/Vorgehensweise

Als Pilotstudie konzipiert, kombiniert LIQORNE theoretische Konzepte mit komplexen Berechnungen. Zunächst wurde das Niederdruck-LH2-System konzeptionell entworfen und die thermodynamischen Zustände des Fluids an verschiedenen Punkten modelliert.

Ein wesentlicher methodischer Schritt war die Simulation der Anordnung aller notwendigen Aggregate in einem kleinen Flugzeug sowie die Untersuchung des Systemverhaltens während verschiedener Flugphasen.

Parallel dazu wurde ein vereisungsfreies Expansionssystem für die Vergasung des Wasserstoffs entworfen. Die Ergebnisse dienen als wissenschaftliche Basis für experimentelle Tests mit kryogenen Modellfluiden im nachfolgenden Projekt IRON-LIQORNE.

Ergebnis zu Projektende

• Validiertes Konzept für ein effizientes Niederdruck-Flüssigwasserstoff-Treibstoffsystem
• Detaillierte thermodynamische Modelle zur Beschreibung des Wasserstoffverhaltens im Flugzeug
• Konzept für ein integriertes System zur Vergasung und zum kryogenen Wärmemanagement
• Erfolgreiche Simulation des Betriebs und der Komponentenanordnung für kleine Wasserstoff-Flugzeuge

Projektkoordination

Combustion Bay One

Projektpartner:innen

• FH JOANNEUM
• TEST-FUCHS

Combustion Bay One
Head Quarters (HQ)
Schuetzenhofgasse 22-7
A-8010 Graz
Web: www.cbone.at/index.php/contact-cbone