Verschiedene Vorstudien von Airbus haben ergeben, dass die Integration eines Brennstoffzellensystems besonders sinnvoll ist, wenn dieses multifunktional an Bord eines Flugzeuges genutzt wird. Multifunktional bedeutet, dass neben einer Nutzung als Energiequelle auch die Nebenprodukte verwendet werden. Hierzu zählen die sauerstoffarme Abluft und das in der Abluft enthaltene Reaktionswasser. Zur genaueren Erforschung des multifunktionalen Integrationsansatzes ist das Hamburger Leuchtturmprojekt "Kabinentechnologie und Multifunktionale Brennstoffzelle" initiiert worden. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Spitzencluster- Initiative gefördert Die vorliegende Arbeit stellt einen Entwurfsprozess vor, der es den Systemingenieuren ermöglichen soll, die Herausforderungen des Vorentwurfs besser zu handhaben. Durch die Definition und den Entwurf vielversprechender Integrationskonzepte soll sicher gestellt werden, dass multifunktionale Brennstoffzellensysteme in den Basisdesigns neuer Flugzeugmuster berücksichtigt werden und somit in der nächsten Flugzeuggeneration zum Einsatz kommen. Der hier entwickelte Entwurfsprozess besteht aus drei Teilen, die sequentiell durchlaufen werden. Innerhalb eines Durchlaufs kann eine Integrationsstrategie untersucht werden. Der erste Teil Funktionale Systemintegrations-Strategie beruht auf einer Datenbank für mögliche Funktionen des multifunktionalen Brennstoffzellensystems. Diese Datenbank enthält die funktionalen Anforderungen, die erfüllt werden müssen, wenn bestimmte Funktionen für das System ausgewählt werden. Darüber hinaus beinhaltet diese Datenbank Informationen über die konventionellen Systeme, die durch die Integration eines Brennstoffzellensystems obsolet bzw. verkleinert oder verändert werden. Auf Basis der funktionalen Anforderungen startet der Systementwurf im zweiten Teil des Entwurfsprozesses. Die hierfür eigens entwickelte Systementwurfs- Methodik besteht aus vier Phasen. Die ersten beiden Phasen dienen dem Entwurf der Systemarchitektur. Hierbei ist das Ziel, die Kreativität und die Erfahrung der Systemingenieure durch ein funktionales Vorgehen zu lenken, um so möglichst innovative und vielversprechende Systemarchitekturen zu entwickeln. Die Phasen 3 und 4 der Systementwurfs-Methodik sind im rechnergestützten Werkzeug SofiS umgesetzt. Während der Phase 3 erfolgt die Komponenten- Auslegung und Optimierung des Systems. Im dritten Teil des Entwurfsprozesses wird das entwickelte Integrationskonzept auf Flugzeugebene bewertet. Hierfür ist im Rahmen dieser Arbeit das rechnergestützte Bewertungsverfahren SysFuel+ entwickelt worden. SysFuel+ ist eine Weiterentwicklung eines bereits bekannten Bewertungsverfahrens und besteht aus den drei Modulen Triebwerk, Flugmechanik und Flugzeug-Resize. Mithilfe der Module Triebwerk und Flugmechanik kann die durch die Integration des Brennstoffzellensystems hervorgerufene Änderung des benötigten Treibstoffbedarfs während einer Referenz-Flugmission bestimmt werden.
Modellbasierter Entwurf und Bewertung von multifunktionalen Brennstoffzellensystemen auf Flugzeugebene
2014
255 Seiten, Bilder, Tabellen, 211 Quellen
Theses
German
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