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Studien-/Abschlussarbeit: Widerstands-Abschätzung für brennstoffzellenbetriebene Flugzeuge

Verschärfte Emissionsanforderungen stellen die Luftfahrtbranche aktuell vor große Herausforderungen. Die MTU Aero Engines AG erforscht in diesem Kontext den Einsatz voll-elektrischer Triebwerkskonfiguration auf Basis von Brennstoffzellensystemen. Zentrale Komponente solcher Systeme ist der energiebereitstellende Brennstoffzellenstack (Stack). Zusätzliche Subsysteme wie z.B. Luft-, Wasserstoff- oder Kühlsystem dienen der Sicherstellung der optimalen Betriebsbedingungen des Stacks. Neben Änderungen am Antriebssystem selbst hat der Umstieg von konventionellen zu voll-elektrischen Triebwerkskonfigurationen signifikante Auswirkungen auf die aerodynamische Integration des Antriebs ins Flugzeug. Hierbei hat besonders der Einsatz großer Wärmetauscher im Kühlsystem einen starken Einfluss auf Leergewicht und Widerstand des Flugzeugs (Drag) und somit auf die benötigte Antriebsleistung.

TASKS

Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen verschiedene Wärmetauschersysteme für einen Brennstoffzellenantrieb ausgelegt, optimiert und in ein bestehendes Flugzeug integriert werden. Im ersten Schritt der Arbeit wird ein 1D-Tool zur aerodynamischen und gewichtsmäßigen Bewertung von Flugzeugen methodisch und funktionell weiterentwickelt. Der Fokus liegt dabei auf der parametrischen Auslegung von Wärmetauschern und der Implementierung eines Propeller-Moduls in der Simulation. Mit Hilfe der entwickelten Methodik werden im Anschluss Systemstudien zu verschiedenen Kühlsystemarchitekturen durchgeführt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen und dem Lastprofil des Antriebssystems kann damit ein optimales Kühlsystem-Design identifiziert werden. Im letzten Schritt werden die gewonnenen Erkenntnisse in ein bereits existierendes MTU Flying Fuel Cell Simulation Framework (FFCSF) integriert, um multidisziplinäre Systemoptimierungen zu ermöglichen.

Im Einzelnen sind folgende Aufgaben zu bearbeiten:

  • Einarbeitung in die Technologie von brennstoffzellenbasierten Flugantrieben.
  • Untersuchung verschiedener Integrationsmöglichkeiten des Brennstoffzellen-Kühlsystems ins Flugzeug.
  • Weiterentwicklung eines 1D-Tools zur aerodynamischen Bewertung verschiedener Flugzeuge.
  • Implementierung einer initialen aerodynamischen Bewertung für ein Referenzflugzeug.
  • Entwicklung verschiedener Kühlkonzepte und Durchführung von Parameterstudien.
  • Bewertung der verschiedenen Kühlkonzepte mit Hilfe des zuvor entwickelten 1D-Tools.
  • Integration der Korrelationen ins MTU FFCSF und Durchführung erster multidisziplinärer System-Optimierungen.

REQUIREMENTS

  • Studium im Bereich Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau oder einer vergleichbaren Studienrichtung
  • Solide Kenntnisse in Flugzeugentwurf & Flugzeugaerodynamik 
  • Gutes Verständnis von Thermodynamik & Aerodynamik 
  • Programmiererfahrung (Matlab, Python, ggf. C++)
  • Gute englische Sprachkenntnisse

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