Bei der Entwicklung zukünftiger emissionsarmer Flugzeuge werden häufig neue Antriebssysteme in Betracht gezogen. Diese zielen auf eine teilweise oder vollständige Elektrifizierung ab, um die Effizienz zu steigern und die Klimawirkung des Fliegens zu reduzieren. Ein Beispiel ist der Einsatz von Wasserstoff als Energieträger des Flugzeugs anstelle von Kerosin in Kombination mit einer Brennstoffzellen-Antriebseinheit (H2-POD). Der Einsatz solch neuer, elektrifizierter Antriebssysteme führt jedoch bei der Energieumwandlung in der Brennstoffzelle bzw. im Elektromotor zu großen Mengen an Abwärme. Diese thermische Belastung kann zu einer vorzeitigen Degradation der Komponenten führen und somit die Leistungsfähigkeit der Antriebe beeinträchtigen. Die Integration eines thermischen Kühlsystems zur Bewältigung dieser Lasten ist daher ein zentraler Aspekt, der bei der Auslegung und Simulation berücksichtigt werden muss.
Diese Arbeit bietet daher die Möglichkeit, sich intensiv mit einem zukünftigen Antriebssystem in einem wasserstoff-betriebenen Konzeptflugzeug zu beschäftigen. Dabei sollen zunächst die thermischen Lasten der einzelnen Komponenten überschlägig ermittelt werden. Anschließend soll eine Architektur für das thermische Kühlsystem (Wärmetauscher, Kühlmittel, etc.) für den gegebenen Antriebsstrang entworfen werden. Diese soll zuletzt ausgelegt und bewertet werden.

Aufgaben:

• Einarbeitung in die Grundlagen von elektrischen Antriebssystemen und deren Thermalsystem/-management
• Einarbeitung in den Systemvorentwurf mit MATLAB
• Überschlägige Bestimmung der thermischen Lasten der einzelnen Komponenten
• Definition der Architektur, Auslegung und Bewertung des thermischen Systems eines Pods

In the pursuit of environmentally friendly aviation, intensive research is being conducted on the development of low-emission architectures. Comprehensive investigations of various architectural variants are required for this purpose. These variants are generated using MATLAB System Composer. However, a challenge arises as direct discussion of these models is not currently possible, leading to manual reconstruction of the architectures.To automate this manual process, various visualization tools and their interaction with MATLAB are to be explored. In addition to Inkscape, other tools such as Simscape, Microsoft Visio, or the Architecture Views function of System Composer will be analyzed. Subsequently, a tool will be selected to interact with MATLAB.

Tasks:

• Analysis of visualization tools such as Inkscape, Simscape, Microsoft Visio, and System Composer Architecture Views with icons
• Evaluation and selection of a tool
• Automated visualization of hydrogen propulsion system architectures
• Creation of an icon library
• Documentation and presentation of the results

To achieve sustainable aviation, among other things, green hydrogen (H2) is being investigated as energy source in combination with fuel cells for a regional concept aircraft during the aircraft conceptual design phase. Using fuel cells and high-voltage electric power supply networks (HVDC) on-board commercial aircraft are part of current research.
For such novel systems hardly any existing knowledge is available. Coupled with the vast combinatorial design space, this requires the application of efficient design space exploration and optimization techniques. An optimization algorithm proposes architecture variants, which are then evaluated. Results are fed back to the optimizer for the next iteration loop.
The aim of this thesis is to assess a collaborative system architecture optimization approach. Furthermore, a focus is on extending current evaluation metrics focusing on new criteria such as eco-balance.

Tasks:

• Develop Electric Power Supply System (ATA 24) architecture for regional aircraft
• Establish interface between optimizer (DLR) and evaluation methods (TUHH)
• Develop new evaluation metrics for systems architectures like eco-balance
• Create method to handle large optimization problems

Im Rahmen der derzeitigen Bemühungen zur drastischen Reduzierung der Klimawirkung von Verkehrsflugzeugen wird das Water Enhanced Turbofan (WET) Triebwerk als mögliche Antriebslösung untersucht. Beim WET-Triebwerk wird Wärme aus dem Abgas genutzt, um Wasser zurückzugewinnen und dem Verbrennungsprozess beizusetzen, was zu Kraftstoff- und Emissionseinsparungen führt.
Spannend ist insbesondere der in dieser Arbeit zu unter-suchende Aspekt, wie sich WET-Triebwerke in fortschrittliche Flugzeugsystemarchitekturen integrieren lassen und welche Wechselwirkungen mit den Bordsystemen auftreten, bspw. hinsichtlich der Sekundärleistungsentnahme und dem Wärmemanagement im Triebwerk. Ausgehend von den wirkenden physikalischen Zusammenhängen sollen zu berücksichtigende Integrationsaspekte für WET-Triebwerke herausgearbeitet werden. Schließlich soll im Rahmen einer ersten Integrationsstudie das Gesamtsystem aus Bordsystemen und Triebwerk simulativ erfasst und hinsichtlich relevanter Kriterien, wie Stabilität des Triebwerkprozesses, Leistungsversorgungssicherheit der Bordsysteme und Klimawirkung bewertet werden.

Aufgaben:

• Einarbeitung in die physikalischen Zusammenhänge von WET-Triebwerken in Verbindung mit den Bordsystemen
• Identifikation des Integrationspotentials von WET-Triebwerken in die Flugzeugsystemarchitektur
• Durchführung einer Integrationsstudie mit den Simulationstools NPSS (keine Vorkenntnisse nötig) und Matlab Simulink/Simscape

Innovative Flugzeugkonzepte integrieren neuartige Systemtechnologien, wie elektrische Antriebe und Brennstoffzellensysteme, welche bisher noch nicht in Verkehrsflugzeugen zum Einsatz kommen. Die geringe Erfahrung und steigende Systemkomplexität machen umfangreiche Systemtests notwendig. Prüfstände sind typischerweise teuer & aufwändig. Virtuelle Systemtests sind ein ergänzender Ansatz zur frühzeitigen Absicherung, welcher am Institut für Flugzeug-Systemtechnik verfolgt wird. Doch auch detaillierte Systemmodelle sind durch hohe Rechenzeiten begrenzt nutzbar. Im Rahmen dieser Arbeit soll daher ein Ansatz zur Erzeugung von datenbasierten Ersatzmodellen (sog. Surrogates) für Modellkomponenten eines Brennstoffzellenantriebs erarbeitet und untersucht werden, um umfangreiche virtuelle Testkampagnen mit ausreichender Genauigkeit zu ermöglichen.

Aufgaben:

• Einarbeitung in den Anwendungsfall (Antriebs-POD mit Brennstoffzellensystem)
• Rechenbedarf-Analyse für aktuelle POD-Modellelemente
• Modell- und Sensitivitätsstudien für Komponenten
• Auswahl KI-basierter Ansätze für Ersatzkomponenten
• Umsetzung und Bewertung anhand von ausgewählten Modell-Komponenten in Matlab/Simulink

Die zunehmende Digitalisierung und der Einsatz einer Vielzahl von Sensoren verursacht in der Luftfahrt teils sehr große Mengen an Daten, die u.a. mithilfe von Big-Data-Tools und KI vorteilhaft genutzt werden können. Getrieben durch die Entwicklung immer leistungsstärkerer Hardware und Software können heutzutage für unterschiedliche Fachgebiete maßgeschneiderte Datenplattformen entwickelt werden, die die effiziente Speicherung, Verarbeitung und Visualisierung großer Datenmengen ermöglichen. Am Institut für Flugzeug-Systemtechnik soll daher eine institutseigene Datenplattform aufgebaut werden, sodass die durch z.B. Prüfstandtests, virtuelle Systemtests oder in aktuellen Industrieprojekten entstandenen großen Datenmengen möglichst gewinnbringend genutzt werden können. Für diese FST-Datenplattform soll im Rahmen einer studentischen Arbeit das Framework zur Verarbeitung der Daten entwickelt werden.

Aufgaben

• Einarbeitung sowie Marktrecherche
• Analyse, Bewertung und Auswahl geeigneter Datenverarbeitungs-Tools
• Implementierung des Datenverarbeitungs-Frameworks
• Bewertung des Frameworks anhand geeigneter Anforderungen
• Technologiedemonstration anhand von Minimalbeispielen