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Liquid hydrogen storage design trades for a short-range aircraft concept

Burschyk, Tim und Cabac, Yannic und Silberhorn, Daniel und Boden, Brigitte und Nagel, Björn (2021) Liquid hydrogen storage design trades for a short-range aircraft concept. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2021, 2021-08-31 - 2021-09-02, Online. (im Druck)

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Kurzfassung

Preliminary design trades for the liquid hydrogen storage system of a short-range aircraft are presented. The hydrogen storage system is integrated in wing pods, which additionally carry the propulsion powertrain composed of a gas turbine, an electric motor, a gear box and a propeller. The shape of the hydrogen storage tank is identified as a main design driver as well as the maximal pressure and insulation type. The variation of these parameters influences the aircraft performance and the insulation efficiency. In this study the main effects driven by the design parameters are addressed using conceptual and preliminary methods: Models are carried out for the storage mass, additional drag, propeller efficiency loss and the dynamical thermodynamic behavior of the liquid hydrogen storage. These effects are coupled making an integrated design method necessary. For the sizing of the liquid hydrogen storage a multidisciplinary workflow is set up calculating the block fuel for a design mission of 1500 nm. Aircraft sensitivities are applied covering the main effects on the block fuel for the design mission. The trade-off study reveals the opposing trend between insulation efficiency and aircraft performance. For the insulation architecture based on rigid foam the penalties implied by the storage tank on aircraft level and the penalties due to vented hydrogen during the design mission can be balanced. An optimal design regarding the minimization of block fuel can be found for a maximal pressure level of 2.5 bar, a wing pod diameter of 2.4 m and a total insulation thickness of about 11 cm. The application of multilayer insulation avoids venting during the design mission, but has an increased penalty on the aircraft performance compared to the insulation architecture based on rigid foam. Besides the criterion of minimal block fuel, the dormancy time is compared, which indicates the thermal efficiency. Applying multilayer insulation the dormancy time can be increased significantly calling for a discussion of operational requirements for hydrogen powered aircraft.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148344/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Liquid hydrogen storage design trades for a short-range aircraft concept
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Burschyk, TimTim.Burschyk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cabac, YannicYannic.Cabac (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Silberhorn, DanielDaniel.Silberhorn (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Boden, BrigitteBrigitte.Boden (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2326-2762NICHT SPEZIFIZIERT
Nagel, BjörnBjoern.Nagel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8076-9853NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2021
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:im Druck
Stichwörter:Liquid hydrogen storage design; Trade-off study; Hydrogen fuelled aircraft; Liquid hydrogen storage integration
Veranstaltungstitel:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2021
Veranstaltungsort:Online
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:31 August 2021
Veranstaltungsende:2 September 2021
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Flugzeugtechnologien und Integration, L - Komponenten und Emissionen, L - Digitale Technologien
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt > Automatisierung, Energie und Sicherheit
Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt > Flugzeugentwurf und Systemintegration
Hinterlegt von: Burschyk, Tim
Hinterlegt am:20 Jan 2022 09:54
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:46

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