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Blick in die Flammen – weitere Triebwerktests mit 100 % Wasserstoff am DLR

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Thema:
Autor: Sophia Jenke

DLR-Mitarbeiter bei der Montage der optischen Messtechnik
© DLR
DLR und Rolls-Royce bringen Forschung zur Wasserstoffverbrennung voran

6. Juni 2024 | Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Rolls-Royce Deutschland arbeiten an Triebwerken mit Wasserstoffverbrennung. Anfang Juni 2024 haben die Partner eine neue Testreihe gestartet. Bei dieser wird die Wasserstoffverbrennung erstmalig in einem realistischen Triebwerksaufbau bei maximalem Betriebsdruck beobachtet und optisch vermessen.

Kompletter Versuchsaufbau im HBK 5

Der komplette Versuchsaufbau im HBK 5 (© DLR)

Das DLR arbeitet gemeinsam mit Rolls-Royce an der Entwicklung von Flugzeugtriebwerken, die zu 100 Prozent mit Wasserstoff betrieben werden können. Dafür haben die Projektpartner bereits eine Reihe von Tests mit Einzelsektoren eines Pearl 700-Triebwerks durchgeführt. 2023 folgte dann der erste Test mit einem vollen Brennkammerring. Nun will das Forschungszentrum Tests mit einer flugfähigen Brennkammer bis zum maximalen Betriebsdruck durchführen. An dem Hochdruckbrennkammerprüfstand HBK 5 in Köln können reale Bedingungen simuliert werden, inklusive des hohen Drucks und der extremen Temperaturen. Für die Versuche seien bis zu fünf Tonnen Wasserstoff nötig, heißt es vom DLR. Erstmalig will das Team der Abteilung Triebwerksmesstechnik rund um Dr. Guido Stockhausen dabei auch optische Messtechnik mit Endoskopen in die Brennkammer integrieren.

Bislang standen den Wissenschaftlern und Ingenieuren nur Daten zu Druck, Temperatur, Leistung und Emissionen zur Verfügung, um die Vorgänge bei der Verbrennung zu verstehen, sie vorherzusagen und letztlich zu steuern. Das Verhalten der Flamme innerhalb der Brennkammer war bis jetzt unbekannt, was auch daran liegt, dass Wasserstoff-Flammen lediglich im ultravioletten Bereich sichtbar sind. Das soll die nun speziell entwickelte optische Messtechnik ändern.

Die extremen Bedingungen im Inneren des Brennkammerrings seien eine Herausforderung bei der Entwicklung gewesen, heißt es vom DLR. Im Inneren des geschlossenen Systems herrschen Drücke von 40 Bar sowie Temperaturen von 2.000 Grad Kelvin (rund 1.726 Grad Celsius). Damit die Messtechnik die Strömung nicht beeinflusst, wurde von Rolls-Royce ein zusätzliches Bauteil hinter dem Brennkammerring gefertigt. Hier erfasst und dokumentiert die Endoskop-Technologie das Flammverhalten.

Sensorik für den Einblick in die Verbrennung

Die Sensorik für den Einblick in die Verbrennung. Die Kabel in Blau bilden die endoskopische Messtechnik (© DLR)

Bisherige Versuche waren „Blindflüge”

Stockhausen erklärt, dass sie durch die einmalige Messtechnologie viele neue Erkenntnisse der Hochdruck-Brennkammer-Tests gewinnen konnten. Bisher seien Wasserstoffversuche unter diesen Bedingungen ein „Blindflug” gewesen. Nun bekomme man sofort eine Visualisierung der Flamme während des Tests und könne entsprechende Rückschlüsse ziehen. Die aktuellen Tests liefern den Wissenschaftlerinnen und Ingenieuren eine wichtige Datenbasis zur weiteren Entwicklung von klimaverträglichen Luftfahrtantrieben.

Das entscheidende Kriterium für die Bewertung der Technologiereife einer zu 100 Prozent mit Wasserstoff betriebenen Brennkammer sei der bodengebundene Test, sagte Christian Fleing, Projekt- und Abteilungsleiter Brennkammertest. Deswegen sei das Team auch besonders stolz darauf, die vielseitige und international einmalige Testinfrastruktur aufgebaut und die optische Sondentechnik entwickelt zu haben.

„Die Einführung der optischen Endoskoptechnologie wird die Entwicklung neuer, emissionsarmer Brennkammern unterstützen. Ganz gleich, ob diese mit nachhaltigen Luftfahrttreibstoffen, Wasserstoff oder einer Mischung aus beiden betrieben werden, denn die Technologie bietet einzigartige Einblicke in den Verbrennungsprozess“, sagte der verantwortliche Projektleiter von Rolls-Royce Deutschland, Dr. Carsten Clemen.

Im Rahmen des Projekts CAVENDISH fördert die Europäische Union die Versuche des DLR.

(Quelle: DLR/2024)

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