ZEBRA - Zero Emission Baseline and Refined Architectures

Projektübersicht und Ziele

Mit ZEBRA (Zero Emission Baseline and Refined Architectures) strebt das Konsortium bestehend aus Airbus, DLR und TUHH (Institut für Flugzeug-Systemtechnik, FST) einen integrierten Flugzeugentwurf an; mit dem Ziel das Risiko bei der Entwicklung eines wasserstoffbasierten Flugzeugs zu minimieren sowie eine Eigenschaftsabsicherung durchzuführen, um mögliche Showstopper bei den disruptiven Technologien zu identifizieren. Für dieses Konzept wird zudem ein Eintritt in den Markt in 2035 avisiert, was für eine multidisziplinäre Systementwicklung unter Berücksichtigung der neuen Technologien sehr kurz ist. Als Hauptherausforderung für eine solche Konfiguration wird die Integration des Wasserstoffsystems in die Gesamtsystemarchitektur und die benötigte Infrastruktur an Bord des Flugzeugs für ein solches System gesehen.

Die Risikominimierung sowie die Eigenschaftsabsicherung erfolgt mit definierten, für Wasserstoffflugzeuge relevante Bewertungskriterien. In einem parallelen Schritt werden Prozesse und Methoden erweitert, optimiert und mit Experimenten wie zum Beispiel Windkanaltests kombiniert, um einen schnellen Eintritt in den Markt zu erreichen. Zudem sind Modellerweiterungen vorgesehen, um die neuen Technologien wie Wasserstoff, Brennstoffzellen, Propeller und daraus folgende Effekte wie z. B. akustische, aeroelastische oder thermale Phänomene adäquat abbilden zu können.

Das Konzeptflugzeug, das im Rahmen des Projekts ZEBRA untersucht werden soll, besteht aus vier Antriebseinheiten (Pods), die jeweils hybride Brennstoffzellensysteme, erforderliche Peripheriesysteme sowie einen elektrischen Antriebsstrang beinhalten. Das Flugzeug selbst hat eine Kapazität für 100 Passagiere.

Arbeitsinhalte der TUHH

Die Aufgaben des FST beinhalten den Gesamtsystementwurf und dessen Eigenschaftsabsicherung für das Konzeptflugzeug und kann mit dem Arbeitstitel "Gesamtsystemoptimierung und integriertes virtuelles Testen" zusammengefasst werden. Im Rahmen des Projekts sollen die folgenden Ziele erreicht werden:

1. Definition von systemrelevanten Bewertungskriterien
2. Risikominimierung bei der Definition der Systemarchitektur
3. Definition von geeigneten und erforderlichen Konzepten zur Hybridisierung der Brennstoffzelle
4. Implementierung des Konzeptflugzeugs als Virtual Research Aircraft (ViRAC)
5. Erweiterung von Datenbanken für Technologien und Komponenten
6. Erkenntnisgewinn bei relevanten Technologien, Risiken und Herausforderungen

Im Rahmen des Gesamtsystementwurfs erfolgt die Definition und Bewertung der Systemarchitektur mit der internen Methodik Systems Architecting Assistant (SArA). Der Systementwurf selbst wird mit der internen GeneSys Methodik durchgeführt. Hierbei findet ein enger Austausch mit dem DLR über das CPACS Format als Schnittstelle statt, um einen ganzheitlichen Flugzeugentwurf (mit Berücksichtigung der Systemparameter) sowie eine Gesamtbewertung des Konzepts zu erreichen.

Die Modellierung der Flugzeugsysteme soll sich auf relevante Systeme wie die Erzeugung und Verteilung von elektrischer Leistung, der Systemarchitektur im Pod, der Notenergieversorgung sowie der systemtechnischen Integration eines Wasserstoffversorgungssystems konzentrieren. Hierbei ist zum Beispiel zu untersuchen, ob Systemanforderungen eingehalten werden können oder aktuelle Technologien weiter verbessert werden müssen. Ein Fokus liegt dabei auch auf dem Energiemanagement und der Hybridisierung der Brennstoffzelle mit zum Beispiel Batterien und Kondensatoren in den Pods. Das Ziel hierbei ist die Minimierung bzw. Optimierung der Degradation und damit auch des Lebenszyklus dieser Komponenten.

Projektinformationen

Das von Airbus Operations GmbH geleitete Projekt ZEBRA wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprojektes LuFo VI-3 durchgeführt. Das Gesamtprojekt läuft von Mai 2024 bis April 2027.