Der US-amerikanische Triebwerkshersteller GE Aerospace und sein italienisches Tochterunternehmen Avio Aero haben wichtige Meilensteine in der Entwicklung neuer Triebwerkstechnologien erreicht. Das gaben die Unternehmen auf der Luft- und Raumfahrtmesse ILA bekannt. Im Mittelpunkt stehen ein erfolgreicher Wasserstoff-Wiederzündungstest in simulierter Reiseflughöhe und der Abschluss einer Brennstoffzellen-Testkampagne für hybride Elektroantriebe. Beide Kampagnen fanden im Rahmen des europäischen Forschungsprogramms Clean Aviation statt und unterstützen das RISE-Technologieprogramm (Revolutionary Innovation for Sustainable Engines) des Triebwerkskonsortiums CFM International, das aus GE Aerospace und Safran Aircraft Engines besteht.
Ein Triebwerk, das in dünner, eiskalter Luft in zehn Kilometern Höhe ausfällt und zuverlässig wieder anspringt: Was für konventionelle Strahltriebwerke eine bekannte Herausforderung ist, stellt Ingenieure beim Betrieb mit Wasserstoff vor grundlegend neue Probleme. Wasserstoff verbrennt schneller und heißer als herkömmliches Kerosin und verhält sich unter Höhenbedingungen anders. Genau diese Themen haben Teams von Avio Aero und GE Aerospace in Deutschland, Polen und der Türkei nun erstmals im Test adressiert, der im Rahmen des Clean-Aviation-Projekts HYDEA stattfand. Die Kampagne wurde am Standort Lampoldshausen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt, wo normalerweise Raketentriebwerke testweise gezündet werden.
Simulierte Höhenflüge mit Wasserstoff-Brennkammer
Für den Test bauten die Teams gemeinsam mit dem DLR einen speziellen Prüfstand mit einem sogenannten Sektorbrenner (ein Ausschnitt aus dem ringförmigen Brennraum eines Triebwerks) sowie einem Generator für synthetische Luft. Durch den Einsatz von verdampftem Flüssigsauerstoff und Stickstoff wurde die extrem trockene Luft in Reiseflughöhe nachgebildet. Das Zündsystem wurde vom Unternehmen Unison eigens für den Wasserstoffbetrieb entwickelt und gefertigt.
Ein zentrales Element war nach Angaben von GE und Avio der Einsatz eines Mehrkammer-Sektorbrenners (multi-cup hydrogen sector combustor), der eine realistischere Geometrie als ein Einkammer-Aufbau bietet und eine optimale Positionierung der Zünder ermöglicht. Mit dem Hochgeschwindigkeitskamerasystem des DLR konnten die Ingenieure die Flammenausbreitung zwischen den einzelnen Kammern sowie die Wechselwirkung zwischen Zünder und Flamme beobachten. Auf Basis dieser Daten soll nun ein Prüfstand für einen vollständigen ringförmigen Wasserstoffbrenner entwickelt werden. HYDEA läuft noch bis Ende des Jahres.
Brennstoffzellensystem für Megawatt-Hybridantrieb
Parallel dazu wurde eine weitere Testkampagne abgeschlossen: Im Rahmen des Clean-Aviation-Projekts AMBER untersuchten Avio Aero und das GE-Aerospace-Team in München gemeinsam mit dem DLR am Prüfstand BALIS in Empfingen ein Brennstoffzellen-Antriebssystem.
Turboproptriebwerk, Elektromotor und Brennstoffzelle: So sieht die unter AMBER untersuchte Architektur aus.
Die Testkampagne validierte das dynamische Verhalten des Systems vom Leerlauf bis zur Volllast in kurzen Übergangsphasen sowie die Belastbarkeit unter verschiedenen Betriebsmodi, die Kurz- und Langstreckenflüge simulierten.
Ziel des AMBER-Programms ist die Demonstration eines Megawatt-Hybridantriebssystems, das Brennstoffzellen, Leistungselektronik und einen elektrischen Antrieb mit einem Turboproptriebwerk kombiniert. Der Treibstoffverbrauch soll so um mindestens 50 Prozent im Vergleich zu einem modernen Regionalflugzeug reduziert werden. Das Projekt läuft ebenfalls bis Ende 2026.
