Entwurf eines brennstoffzellenbetriebenen Flugzeugs als Grundlage für zukünftige Designstudien

Abstract

In der weltweiten Bestrebung, den Luftverkehr der Zukunft klimaneutral zu gestalten, muss das gesamte Spektrum der aktuellen Flugzeugklassen betrachtet werden. Verschiedenste Projekte befassen sich daher mit der Erforschung eines emissionsfreien Flugzeugs der Regionalklasse. In diesem Paper wird eine wasserstoffbasierte Konfiguration mit neuartigen Antriebstechnologien aus verteilten Propellern und Brennstoffzellen auf integrierter Flugzeugkonzeptebene vorgestellt. Dieser Entwurf soll in zukünftigen Projekten als Basiskonfiguration dienen und wird zur Einschätzung des Einflusses von Technologien auf Flugzeuggesamtebene herangezogen. Hierzu wird sich auf den Einsatz von Protonenaustauschmembran (PEM)-Brennstoffzellen konzentriert und ein Regionalflugzeug für 100 Passagiere auf der Grundlage eines bereits zertifizierten Turbopropflugzeugs ausgelegt. Die Reichweite wird auf 1000 NM bei einem Markteintritt im Jahr 2035 festgelegt. Zunächst wird ein Referenzmodell des existierenden Turbopropflugzeugs der späten 1990er Jahre für 70 Passagiere abgeleitet. Die Referenz wird sowohl hinsichtlich der Triebwerks- als auch der aerodynamischen Performance untersucht, um sie so realitätsnah wie möglich nachzubilden. Dabei wird auch die Entwicklungshistorie als Teil einer Flugzeugfamilie berücksichtigt und die Datengrundlage zur Überprüfung der Konsistenz des Flugzeugmodells erweitert. Nach der Definition des Referenzflugzeuges werden Technologieannahmen für das Jahr 2035 getroffen und das Modell mit diesen Annahmen modifiziert. Es wird auf den Betrieb mit PEM-Brennstoffzellen angepasst. Die Brennstoffzellen werden in den Triebwerksgondeln integriert, wohingegen der Wasserstofftank im Heck positioniert wird. Der Rumpf wird auf eine Kapazität von 100 Passagieren erweitert und das erhaltene Flugzeugkonzept hinsichtlich der Flugleistung untersucht.