Schall und Flamme

Forschende machen Flieger fit für Wasserstoff

Flugzeuge sollen künftig mit Wasserstoff um die Welt fliegen. Ingenieure entwickeln dafür Düsentriebwerke.

(Bild: stock.adobe.com/Mario Hagen)

Klimaneutraler Flugverkehr mit Wasserstoff soll künftig die Umwelt entlasten. Forschende der ETH Zürich haben nun Grundlagen für die Entwicklung von nachhaltigen Wasserstoff-Flugzeugtriebwerken geliefert. Sie testeten das akustische Verhalten von Wasserstoff-Einspritzdüsen im Labor unter Bedingungen, wie sie auf Reiseflughöhe herrschen.

„Wasserstoff verbrennt schneller als Kerosin. Aus diesem Grund erzeugt es kleinere und kompaktere Flammen“, wird Nicolas Noiray, Professor am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich in einer Mitteilung vom Freitag zitiert. Bei der Konstruktion von Wasserstoff-Triebwerken müsse das berücksichtigt werden. Experimente von Noirays Teams liefern dafür nun wichtige Grundlagen. Das Team veröffentlichte ihre Messungen soeben in der Fachzeitschrift „Combustion and Flame“.

Ein Problem seien Vibrationen, welche Ingenieurinnen und Ingenieure einzudämmen versuchen. Sie würden durch die gegenseitigen Wechselwirkungen von Schallwellen und Flammen entstehen und das Triebwerk stark belasten, auch bei heutigen Kerosin-Triebwerken. Das gelang ihnen, indem sie die Form der Flammen und die Geometrie und Akustik der Brennkammer optimierten.

Bedingungen auf Reiseflughöhe simulieren
Die Art des Treibstoffes habe einen großen Einfluss auf die Wechselwirkungen von Schall und Flamme. Daher müssen Ingenieure und Forschende auch dafür sorgen, dass die Schwingungen in einem neuen Wasserstoff-Triebwerk nicht auftreten.

Eine aufwendige Versuchs- und Messanlage an der ETH Zürich ermöglicht es Noiray, die Akustik von Wasserstoff-Flammen zu messen und diese Schwingungen vorherzusagen. Im Rahmen des EU-Projekts Hydea, an dem er gemeinsam mit der Firma GE Aerospace beteiligt ist, testet er Wasserstoff-Einspritzdüsen dieser Firma. Es sei die erste Studie, die das akustische Verhalten von Wasserstoff-Flammen unter realen Flugbedingungen messe.

Noch viele Herausforderungen
In wenigen Jahren soll ein funktionierendes Wasserstoff-Triebwerk für erste Tests am Boden bereit sein. Später werden damit die ersten Flugzeuge abheben können. Eine weitere große Herausforderung bestehe auch darin, die gesamte Infrastruktur rund um die Wasserstoff-Luftfahrt aufzubauen, etwa ausreichende Mengen klimaneutralen Wasserstoff herzustellen und zu den Flughäfen zu transportieren.