Auswirkungen eines Wasserstoffantriebs auf Aerodynamik und Massemodell eines Turboprop-Verkehrsflugzeugs
Autor: Martin Oehlke
Projekt
Kurzreferat
Die Gesamtmasse zweier Außentanks mit je 5 m^3 Volumen wird für das Flugzeugmuster ATR
72-500 als Frachtversion ermittelt. Der Schwerpunkt liegt auf der Ermittlung der
Strukturmasse und der Isolationsmasse. Durch Literaturrecherche werden die in Frage
kommenden Legierungen von Stahl, Aluminium, Titan, sowie Glasfaserverstärkter Kunststoff
und Kohlefaserverstärkter Kunststoff untersucht. AL-2219 ist der am besten geeignete
Werkstoff, da er eine hohe Bruchdehnung aufweist, die für Sicherheitsreserven sorgt, er
versprödet nicht bei tiefkalten Temperaturen, ist kostengünstig und es kann von bereits
vorhandenen Erfahrungen beim Bau von Wasserstofftanks mit Aluminium profitiert werden.
Ebenfalls anhand von Literaturrecherche werden die Vielschichtvakuumisolation mit
Pulverisolationen und Faserisolationen gegenübergestellt. Obwohl die
Vielschichtvakuumisolation die beste Isolationsleistung aufweist, ist sie nicht die optimale
Lösung. Pumpen, die zur Aufrechterhaltung des nötigen Vakuums sorgen, haben ein zu
großes Gewicht, weshalb sie sich erst bei großen Tanks lohnen. Die gute Isolationsleistung,
der einfache Aufbau und das geringe spezifische Gewicht lassen die Polyurethanisolation zur
Anwendung kommen.
Mit Hilfe der Methoden nach dem Luftfahrtechnischen Handbuch und den AD 2000-
Merkblättern wird das Strukturgewicht errechnet. Der Entwurf nach dem Luftfahrttechnischen
Handbuch wiegt 111,7 kg. Der Entwurf nach AD 2000-Merkblättern wiegt 177,1 kg. Die
Masse der Isolation beträgt 55 kg. Das Gesamtgewicht des Tanks beträgt nach Entwurf
anhand des Luftfahrttechnischen Handbuchs 166,7 kg und nach den AD 2000-Merkblättern
232,3 kg.
Die ermittelten Ergebnisse werden durch Nachentwurf des Wasserstofftanks von Brewer
1990 verifiziert.
Die Berechnungsmethoden sind als Excel-Tool im Anhang hinterlegt. Mit Hilfe weniger
Eingabegrößen lässt sich so die Masse beliebig großer Tanks in wenigen Sekunden ermitteln.