AeroDelft: Project Phoenix

Fliegen – ein Traum, der die Menschheit von jeher begleitet. Ob Dädalus und Ikarus in der griechischen Mythologie, Leonardo da Vincis Entwürfe von Flugzeugen und Helikoptern in der Renaissance oder die Gleitflüge des deutschen Luftfahrtpioniers Otto Lilienthal – das Fliegen faszinierte die Menschen zu allen Zeiten.

Die moderne Luftfahrt begann mit den Gebrüdern Wright, die 1903 den ersten andauernden, gesteuerten Motorflug durchführen konnten. In den letzten Jahrzehnten wuchs der Flugverkehr stetig. Und auch wenn die Coronapandemie für eine Zäsur im weltweiten Flugverkehr sorgte, so haben Experten vom DLR-Institut für Flughafenwesen und Luftverkehr prognostiziert, dass unter anderem aufgrund der in vielen Weltregionen noch unterentwickelten Luftverkehrsnachfrage auf längere Sicht mit einer Fortsetzung des Verkehrswachstums zu rechnen sei.

Klimafeind Luftverkehr

Laut dem Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft hat der Luftverkehr an den weltweiten CO2-Emissionen einen Anteil von 2,8 Prozent. Bezogen auf die weltweite Klimaerwärmung insgesamt ist der globale Luftverkehr für 3 bis 5 Prozent dieser Erwärmung verantwortlich. Branchenakteure arbeiten an Lösungen zur Minimierung der CO2-Emissionen: Entwickelt werden neben neuen Flugzeugkonzepten auch alternative Kraftstoffe und Antriebe.

AeroDelft

In Delft, Niederlande, ist das Studententeam von AeroDelft angetreten, eine Alternative zu konventionellem Flugkraftstoff zu entwickeln. Motivierte Studenten gründeten das Team im Jahr 2018, bevor sie 2019 das „Projekt Phoenix” zur Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie starteten. Das Team besteht aus über 50 Studenten mit unterschiedlichem Bildungshintergrund und unterschiedlicher Nationalität. Überzeugt, dass Nichtfliegen auch keine Option ist, arbeitet das Team mit Ehrgeiz an der Entwicklung eines bemannten Flugzeugs, das mit Flüssigwasserstoff fliegen kann.

Protoyp

Der Prototyp, ein Modell im Maßstab 1:3 eines hocheffizienten Motorseglers, hat eine Flügelspannweite von 6 Metern und wiegt 40 Kilogramm. Der Prototyp wurde von früheren Studenten gebaut und mit statischen Windsimulationstests getestet. Die Daten aus dem ersten batteriebetriebenen Flug bestätigen, dass die Drohne mit flüssigem Wasserstoff fliegen kann. Das bedeutet, dass das Flugzeug als Prüfstand für die Wasserstofftechnologien dienen kann, die das Team entwickelt. Neben der bewährten Lösung mit einem Elektromotor und Batterien ist geplant, dass das Team den Prototyp mit einer Brennstoffzelle mit gasförmigem Wasserstoff fliegt. Wenn beide Tests positiv ausfallen, wird das Flugzeug in eine Brennstoffzelle umgewandelt, die mit flüssigem Wasserstoff betrieben wird. Damit werde der Prototyp das erste größere System, das für Antriebstests in Originalgröße verwendet wird.

Originalgröße

Der „Full-Scale Phoenix“ ist ein zweisitziges Sling-4-Flugzeug mit einem maximalen Startgewicht von 920 kg und einer Flügelspannweite von 10 m. Im Juli 2021 hat das Team von AeroDelft seinen Sling 4-Bausatz erhalten. Das ursprünglich viersitzige Flugzeug wurde zu einem Zweisitzer umgebaut. Geplant ist, dass das Flugzeug in den kommenden Jahren zunächst mit gasförmigem Wasserstoff fliegen wird, bevor es auf einen Flüssigwasserstoff-Antrieb umgestellt wird.

Jungfernflug

Während des jährlich veranstalteten „AeroDelft Summer Events“ im Juli 2022 auf dem Flughafen Breda in den Niederlanden wurde der Jungfernflug des Phoenix Prototyps erfolgreich absolviert. Zudem präsentierte das Teams erstmals das bemannte Flugzeug in Originalgröße, das bis 2025 mit flüssigem Wasserstoff fliegen soll.

Partnerschaft mit Airbus

Im Oktober 2022 gab AeroDelft bekannt, offiziell eine Partnerschaft mit Airbus eingegangen zu sein. Die Zusammenarbeit mit Europas größtem Flugzeughersteller sei ein wichtiger Schritt auf dem Weg, Wasserstoff als Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen in der Luftfahrt zu erproben und zu fördern.

„Wir sind entschlossen, den klimaneutralen Luftverkehr Wirklichkeit werden zu lassen, und glauben, dass Wasserstoff ein vielversprechender Weg ist, dies zu erreichen. Wir freuen uns sehr, dass AeroDelft und eine neue Generation von Studenten der Luft- und Raumfahrt dieselben Ziele verfolgen. Was AeroDelft bisher erreicht hat, ist beeindruckend, und wir müssen unsere Kräfte mit allen bündeln, die bereit sind, ihr Gehirn und ihre Energie in die größte Herausforderung unserer Luftfahrtindustrie zu stecken – aber auch in die spannendste: den emissionsfreien Flug”, so Rob Postma, CEO von Airbus Niederlande.

Unterstützung aus Deutschland

Ohne Sponsoren ist solch ein Projekt nur schwer umsetzbar. Auch ein deutsches Unternehmen unterstützt AeroDelft: Schwer Fittings lieferte als Sponsor die Verschraubungen und Leitungen für den Wasserstoff-Antrieb. Zudem stehen James Knowlden, als Global Business Developer bei Schwer Fittings, der weltweite Ansprechpartner, wenn es um Wasserstoffanwendungen geht, sowie die niederländische Tochterfirma von Schwer Fittings in regelmäßigem Austausch mit dem Projektteam und unterstützen unter anderem bei dem Einsatz von Verschraubungen und der Suche nach geeigneten Produkten von Schwer Fittings.

Die für das Projekt Phoenix gelieferten Klemm-Keilringverschraubungen sind EC 79, DNV·GL und TA-Luft zertifiziert. Die Verschraubungen werden in eigenen europäischen Werken produziert. Die Herstellung von sensiblen Komponenten, wie der Klemm- und Keilringe, erfolgt im Werk in Deutschland.

AeroDelft verwendet die Komponenten von Schwer Fittings, um Teile des Thermomanagementsystems sowohl für den Motor als auch für den DC-DC-Wandler abzuzweigen. Das Demi-Wasser-Kühlmittel, das derzeit bei etwa 20° – 30°C arbeitet, wird bei voller Schubkraft 90° C erreichen. Das System reguliert den Druck, um zu verhindern, dass der Tank und/oder der Wärmetauscher zu stark unter Druck gesetzt wird.

Vibrationen sowie Druckstöße werden durch die konstruktive Gestaltung der Edelstahl Klemm-Keilringverschraubung weitestgehend absorbiert, ohne dass Undichtigkeiten zu befürchten sind. Selbst bei vibrationsstarkem Betrieb der Anlage gewährleistet die Verschraubung ausreichend Sicherheit bei hohen Drücken. Sie ist einfach direkt im Stutzen zu montieren und für die Montage sofort einsetzbar. Zudem eignet sie sich sehr gut für gasförmige und flüssige Medien.

Funktion von Klemm- und Keilring

Der Klemmring übernimmt die Haltefunktion des Rohres. Er bewirkt durch seine federartige Kontur eine Dämpfung der Schwingungen aus dem Rohrnetz und verhindert die Übertragung des Anzugdrehmoments von der Mutter auf den Keilring.

Der Keilring dichtet ringförmig auf den Anpressflächen zwischen Verschraubung und Rohr. Durch den Konus in der Bohrung des Stutzens wird der Keilring auf das Rohr gepresst, sodass eine Einschnürung entsteht, wodurch das Rohr druckdicht festgeklemmt wird.

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Alle Bilder wurden vor der COVID-19-Pandemie bzw. unter Einhaltung der Abstandsregeln aufgenommen.