Wasserstoffverbrennungs-Technologie für Antriebssysteme der neuen Generation
Projekt WotAn
Interaktion von wasserstoffangepassten Brennkammer-Komponenten
Mit der Förderung von WotAn ermöglicht das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz die Erforschung von direkter Wasserstoffverbrennung in Flugtriebwerken, um langfristig klimafreundliches Fliegen zu erreichen. Das Projektziel besteht darin, einen Versuchsträger einer wasserstoff-angepassten und anwendungsnahen Brennkammer zu entwickeln und anhand dieser die verschiedenen Effekte der durch den Brennstoffwechsel veränderten Verbrennungseigenschaften zu untersuchen. Am DLR-Institut für Antriebstechnik in Köln wird die anhand dieser Vorgaben entwickelte modulare Versuchsbrennkammer im Projektverlauf atmosphärisch und abschließend unter erhöhtem Druck betrieben.
Aktuelle Fett-Mager-Brennkammern für den Betrieb mit Kerosin sind hochspezialisierte Systeme, um eine schadstoffarme und robuste Verbrennung zu ermöglichen. Durch den Wechsel des Kraftstoffs von Kohlenwasserstoffen hin zu reinem Wasserstoff verändern sich die Auslegungsparameter der Brennkammer grundlegend. Die Partner im Verbund wählen Ihren Stärken entsprechende Ansätze, so zum Beispiel den Austausch von Injektoren in State-of-the-Art Brennkammer, die detaillierte Simulation von reaktiven Strömungen, oder die Anwendung vorgemischter Verbrennung, um das Verständnis von Wasserstoffverbrennung voranzutreiben.
Aufgrund des anwendungsorientierten Ansatzes des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist der Forschungsschwerpunkt in WotAn die Interaktion der einzelnen Brennkammer-Komponente. Sowohl der Atmosphärische-Primär-Zonen Prüfstand, als auch die Druckprüfstände Ein-Düsen-Sektor und der Hochdruck-Brennkammer-Prüfstand 1 stehen für die geplanten Arbeiten zur Verfügung. Die Anbindung aller Prüfstände an die vorhandene Wasserstoffinfrastruktur des Standorts ist Teil von WotAn .
Die Entwicklung einer generischen Versuchsbrennkammer und eines Wasserstoffbrenners steht im Vordergrund, um relevante Parameter für eine optimale Anwendung des Fett-Mager-Konzepts systematisch zu variieren. Die jeweiligen Experimente werden durch optische und laseroptische Messtechnik begleitet, um so ein Verständnis des Verhaltens von Wasserstoff im System Fett-Mager-Brennkammer zu erreichen. Dazu passende zeitlich hochaufgelöste laseroptische Messtechnik wird in WotAn durch die Abteilung Triebwerksmesstechnik entwickelt und auf die Messaufgabe abgestimmt.
Von besonderem Interesse ist der Einfluss der Brennkammerparameter auf die Homogenität des Gemisches, Flammenrückschlag, sowie der Entstehung von Verbrennungsinstabilitäten und Stickoxiden. Stickoxidemissionen werden in-situ gemessen und tragen zur Korrelation zwischen den Auslegungsparametern und den beobachteten Effekten bei. Simultane CFD-Untersuchungen begleiten die Auslegung und Experimente, um den zu untersuchenden Parameterraum abzudecken sowie ein besseres Verständnis der Zuverlässigkeit der reaktiven Strömungssimulation anhand anwendungsnaher experimenteller Daten zu erreichen.
Laufzeit
11/2022 -11/2026
Schlagworte
Wasserstoff, Dekarbonisierung, Wasserstoffverbrennung in Flugtriebwerken, Gasturbine, Brennkammer, Optische Messtechnik, RQL, Rich-Quench-Lean, Fett-Mager-Brennkammer, Klimaneutraler Flugverkehr, Transformation der Luftfahrt, reagierende Strömung
