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Auswirkungen eines Wasserstoffantriebs auf Aerodynamik und Massemodell eines Turboprop-Verkehrsflugzeugs

Autor: Martin Oehlkef

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.