D-LIGHT
Ziel von D-LIGHT
Kleinflugzeuge mit bis zu 19 Sitzen bieten eine hohe Flexibilität und werden weltweit für verschiedene Aufgaben eingesetzt, etwa
- als Zubringerflüge
- für medizinische Einsätze und Patiententransporte
- zur Waldbrandbekämpfung
- zur Versorgung entlegener Regionen
- für Ausbildungs- und Trainingszwecke von Piloten und Pilotinnen
Aufgrund der stetig steigenden Klimawirkung des Luftfahrtsektors ist es wichtig, Kleinflugzeuge mit neuartigen Antriebskonzepten und Systemen zu erforschen und zu entwickeln. Ein vielversprechender Ansatz besteht hier in der Verwendung eines elektrischen Brennstoffzellenantriebs mit klimaneutralem Wasserstoff. In Verbindung mit den dadurch ermöglichten neuen Antriebsarchitekturen und der Verwendung leistungsfähiger Komponenten, neuartiger Materialien und aerodynamischen Verbesserungen können Effizienz und Leistungsfähigkeit weiter optimiert werden.
Im Rahmen des Projekts D-LIGHT werden Methoden für den Entwurf eines Wasserstoffflugzeugs entwickelt. Dabei werden in verschiedenen Disziplinen Technologiebausteine und Verfahren untersucht, modelliert und in einer digitalen Entwurfsumgebung vereint. Dadurch wird eine automatisierte Konzeptentwicklung ermöglicht und ein beschleunigter Entwurfsprozess erreicht.
Die entwickelten Werkzeuge werden anschließend verwendet, um ein wasserstoffbetriebenes Kleinflugzeug mit neun Sitzen zu entwerfen und ein detailliertes Digital Mock-up (DMU) zu erstellen. Das DMU ist ein virtuelles Modell des Flugzeugs, in dem die Forschungsergebnisse und physikalischen Eigenschaften verschiedener Komponenten und Systeme zusammenführt werden.
Beitrag zum elektrischen Fliegen
Speziell die Erprobung und Einführung neuer Antriebstechnologien, wie Brennstoffzellensysteme oder verteilte elektrische Antriebe (DEP), sind kostenaufwendige Prozesse und dementsprechend mit hohen Investitionen verbunden. Daher bietet es sich an, diese Technologien zunächst an Kleinflugzeugen zu erproben. Zudem lassen sich durch den Einsatz digitaler Tools, wie einem DMU, die Entwicklungszeit und -kosten neuartiger Konzepte und Technologien verringern, sowie die entsprechenden Zertifizierungsprozesse weiterentwickeln und maßgeblich beschleunigen.
Im Rahmen von D-LIGHT entsteht ein Proof-of-Concept eines Kleinflugzeugs mit einem luftgekühlten Brennstoffzellenantrieb für die Leistungsklassen unterhalb von 1 MW. Auch die möglichen Vorteile verteilter Antriebe, die durch die Elektrifizierung des Flugzeugs erst realisierbar werden, sind Teil genauerer Untersuchungen. Anschließend können die für Kleinflugzeuge entwickelten Technologien und Verfahren potenziell auch auf größere Verkehrsflugzeuge übertragen werden, wodurch deren Beitrag zum Klimawandel voraussichtlich entscheidend reduziert werden kann. Dadurch leistet D-LIGHT einen maßgeblichen Beitrag für den Erfolg von elektrischen Antrieben in der Luftfahrt.
Speziell die Erprobung und Einführung neuer Antriebstechnologien, wie Brennstoffzellensysteme oder verteilte elektrische Antriebe (DEP), sind kostenaufwendige Prozesse und dementsprechend mit hohen Investitionen verbunden. Daher bietet es sich an, diese Technologien zunächst an Kleinflugzeugen zu erproben. Zudem lassen sich durch den Einsatz digitaler Tools, wie einem DMU, die Entwicklungszeit und -kosten neuartiger Konzepte und Technologien verringern, sowie die entsprechenden Zertifizierungsprozesse weiterentwickeln und maßgeblich beschleunigen.
Schwerpunkte
Im Projekt D-LIGHT arbeiten sieben Institute zusammen, um einen multidisziplinären Ansatz zu ermöglichen und ein breites Spektrum an Fachrichtungen abzudecken.
Antrieb/Systeme (Institute TT, FT)
Aufgrund des verwendeten neuartigen Antriebskonzeptes liegt ein Fokus auf der Auslegung und Integration des Antriebssystems und der benötigten Subsysteme. Eine Besonderheit stellt hier die Brennstoffzelle dar, für die eine Luftkühlung vorgesehen ist.
Aerodynamik/Aeroelastik (Institute AS, AE)
Durch die Verwendung verteilter Antriebe fällt der aerodynamischen Auslegung eine besondere Bedeutung zu. Insbesondere die Interaktion zwischen Propellern und Flügel stellt hierbei eine Herausforderung aus aerodynamischer und aeroelastischer Sicht dar.
Struktur (Institute BT, SY, AE)
Im Bereich Materialien und Fertigungsverfahren spielt die Auslegung der Flugzeugstruktur eine wichtige Rolle. Hierbei liegt der Fokus auf dem Einsatz von Faserverbundwerkstoffen, die sowohl in der Primärstruktur, als auch im Wasserstofftank Verwendung finden. Dabei werden insbesondere nachhaltige Fertigungstechnologien untersucht und demonstriert.
Gesamtentwurf/Integration (Institut SL)
Besonders aufgrund der großen Anzahl an innovativen Konzepten und Technologien ist die Integration der Komponenten in den Gesamtentwurf ein Kernthema des Projekts. Dabei werden primär digitale und vernetzte Tools verwendet, die hohe Flexibilität bieten und eine schnelle Einarbeitung von Änderungen erlauben.
Ausblick
D-LIGHT wird die Methoden des Concurrent Engineerings (CE) – die simultane und interdisziplinäre Entwicklung zur Verbesserung der Prozessgeschwindigkeit und -qualität – für den Entwurfsprozess von Kleinflugzeugen anwenden und weiter etablieren. Das DMU dient dem INK als digitaler, virtueller Technologiedemonstrator, der zukünftig zur Beantwortung von Fragen zur Zertifizierung von nachhaltigen Antriebstechnologien genutzt werden kann. Weiterhin wird er als Basis für eine stetige Vernetzung des DLR am Standort Aachen mit dort ansässigen Technologiefirmen und Hochschulen dienen und ebenso für weitere DLR-externe Forschung genutzt. Am Ende des Projekts werden die integrierten Technologien soweit ausgereift sein, dass für ein mögliches Nachfolgeprojekt ein Arbeitsplan für die Umsetzung des entwickelten Mock-Ups in einen Flugdemonstrator abgeleitet werden kann.