Zukunftsweisende Tanktechnologien für den Hyperschallflug
Obgleich der Hyperschallraketenantrieb heute die normalste Sache der Welt ist, ist es noch eine ganz andere Geschichte, diese Technologie in Flugzeugen mit Luft atmenden Triebwerken zum Laufen zu bringen. Während Studien in der Vergangenheit das aerodynamische Luftfahrzeugdesign vorangebracht haben, hat sich bislang keine in ausreichend detailliertem Maße der kritische Frage der Speicherung und Nutzung von kryogenem Treibstoff in einem Passagierflugzeug gewidmet. Forschende haben nun einen umfangreichen Ansatz verfolgt, um im Rahmen des Projekts CHATT (Cryogenic hypersonic advanced tank technologies) diese Herausforderung zu bewältigen. Sie stellten vier verschiedene, der Demonstration dienende Tankstrukturen her, die jeweils neue Design- und Materialkonzepte einführen. Der größte Tank ist ein zylindrischer Behälter von etwa 3 m Länge und 1 m Durchmesser, bei dem eine Bauform aus einer CFK-Hülle (kohlenstofffaserverstärktes Polymer), gewickelt auf einen Polymerkern (Liner), verwendet wird. Mittels innovativer Trockenwickeltechnologie wurde ein weiterer, kleinerer zylindrischer Behälter hergestellt. Beim dritten Behälter kommt eine Bauform ohne Liner zum Einsatz und der vierte Tank wurde als ein Mehrkammertank hergestellt, der für nichtkreisförmige Flugzeugrumpfquerschnitte geeignet ist. Eine der wichtigsten Erkenntnisse bestand darin, dass Dünnschichtlaminate Mikrorisse in kryogenen Umgebungen weitgehend reduzieren oder sogar verhindern können. Hier eröffnet sich die Möglichkeit, ultraleichte CFK-Tanks ohne Liner zu konstruieren. Man stellte fest, dass der verwendete Liner nicht nur die strukturelle Integrität des Tanks beeinträchtigt, sondern auch Leckagewege für die Fluide innerhalb des Tanks zulässt. Tieftemperaturtanks für zukünftige Verkehrsflugzeuge erfordern nicht nur leichte Behälterbauteile, sondern auch leichtgewichtige, langlebige und zuverlässige Dämmsysteme. Kryogele erweitern die Temperaturbereiche herkömmlicher Aerogele um mehrere hundert Grad, während sie gleichzeitig viel kostengünstiger sind. CHATT war das erste Projekt, das durch umfangreiche Modellierung und Analyse untersuchen wollte, wie Bewegungsphänomene (Schwappen) in großen Tanks die Flugsteuerung beeinflussen. Mit der Konstruktion und Erprobung eines keramischen Wärmetauschers konnte man das Wissen über keramische Materialien für kryogene Wärmeübertragungsanwendungen stark erweitern. Flugzeuge, die mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit unterwegs sind, werden die Einstellung der Menschen gegenüber dem Langstreckenreisen ziemlich verändern. Abgesehen vom Hyperschallfliegen könnten die Projektresultate durch die Anregung eines Mittels für einen Luftverkehr mit geringeren oder sogar ohne Treibhausgasemissionen gleichermaßen Auswirkungen auf den konventionellen Unterschallpersonenverkehr ausüben.
Schlüsselbegriffe
Tanktechnologien, Hyperschallflug, Treibstofftanks, kryogen, CHATT, CFRP, dünne Lage, Dünnschicht
