Der Exzellenzcluster SE²A ist ein interdisziplinäres Forschungsvorhaben mit dem Ziel, Technologien für die nachhaltige und umweltverträgliche Entwicklung des Luftverkehrs zu erforschen. In dem Cluster arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Luftfahrt, Struktur und Design, Elektrotechnik, Energietechnik und Thermodynamik in enger Zusammenarbeit an der Senkung von Emissionen, der Verringerung der Lärmbelastung, der Recyclingfähigkeit von Lufttransportsystemen sowie der Weiterentwicklung des Luftverkehrs-Managements. An SE²A sind neben der Leibniz Universität Hannover die TU Braunschweig (TUB), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Hochschule für Bildende Künste Braunschweig (HBK), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) sowie die TU Delft (TUD) beteiligt.
Hintergrund
Das IfT entwickelt im Teilprojekt C5.1 Methodiken für den Entwurf hochintegrierter Thermomanagement-Systeme zukünftiger Flugzeuge. Das Thermomanagement dient der gezielten Steuerung von Energie- und insbesondere Enthalpieströmen zur verlässlichen Erfüllung der thermischen Anforderungen aller Komponenten und Subsysteme. Künftige Flugzeuge verzeichnen einen starken Anstieg im Elektrifizierungsgrad und somit auch einen starken Anstieg an dezentral verteilten Niedertemperatur-Abwärmequellen unter 100 °C. Gleichzeitig wird bei der Verwendung hybrider Antriebskonzepte ein geringerer Teil der Abwärme direkt über das Abgas an die Umgebung abgeführt, sodass zusätzlich mit der sinkenden benötigten Menge an flüssigem Brennstoff die Kapazität einer weiteren konventionell verwendeten Wärmesenke abnimmt. Die neuartigen und anspruchsvollen Anforderungen an das Thermomanagement von Flugzeugen können somit nur durch ein Umdenken konventioneller Systeme in einer ganzheitlichen und interdisziplinären Betrachtungsweise erfüllt werden.
Modellierung und Optimierung
Am Institut werden im intensiven Austausch mit den Clustermitgliedern mögliche Thermomanagement-Systeme basierend auf den vorliegenden Wärmequellen und möglichen Wärmesenken unterschiedlicher Flugzeugtypen modular in der Programmiersprache Modelica simulativ untersucht und iterativ optimiert. Die ganzheitliche Betrachtungsweise umfasst neben im Flugzeugbau etablierter thermodynamischer Prozesse wie dem linksläufigen Joule-Prozess zur Konditionierung der Passagierkabine im Environmental Control System (ECS) auch die Integration neuartigerer Systeme im Luftfahrtbereich. Dazu zählen unter anderem die energetische Nutzung von kryogenem Wasserstoff in Verbindung mit dem Einsatz supraleitender Komponenten sowie die Verwendung von Kaltdampfkompressionskreisläufen und ORC-Prozessen. Die resultierenden Thermomanagement-Systeme werden hinsichtlich des Gewichts, des verursachten Luftwiderstands, des Technologie-Reifegrads (TRL) sowie anhand sicherheitsrelevanter Aspekte bewertet. Die numerischen Simulationen werden durch ausgewählte gezielte experimentelle Untersuchungen unterstützt.
Projektförderung
Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und in Zusammenarbeit mit der Power & Propulsion Group der TU Delft bearbeitet.
Projekt-Homepage: www.tu-braunschweig.de/se2a
Bearbeitung
30823 Garbsen
