Mit der zunehmenden Elektrifizierung und der Einführung neuer Antriebskonzepte, insbesondere in Richtung “All Electric Aircraft”, steigt die Komplexität und der Bedarf an effizientem Wärmemanagement an Bord von Flugzeugen. Die Abwärme, die bei der Umwandlung und Verteilung elektrischer Energie sowie dem Betrieb leistungsstarker elektronischer Komponenten entsteht, muss effektiv abgeführt werden, um die Systemzuverlässigkeit und -effizienz zu gewährleisten. Fortschrittliche Wärmemanagement-Systeme sind daher keine Nebensächlichkeit, sondern eine essentielle Voraussetzung für die Realisierung zukünftiger Flugzeugkonzepte.
Ziel bis 2040:
Das Hauptziel fortschrittlicher Wärmemanagement-Systeme ist die effiziente Regelung und Abführung der Abwärme, die durch die zunehmende Elektrifizierung und die Einführung neuer Energiequellen und -verbraucher im Flugzeug entsteht. Dies dient der Sicherstellung optimaler Betriebstemperaturen für alle Systeme, der Maximierung der Effizienz durch die Nutzung von Verlustwärme und der Minimierung des Energieaufwands für die Kühlung. Ein spezifisches Ziel ist die optimierte Kabinenkonditionierung, sowohl bezüglich Bedruckung als auch Temperierung.
Die technologischen Grundlagen für fortschrittliche Wärmemanagement-Systeme umfassen eine Reihe spezialisierter Komponenten und Konzepte. Dazu gehören hocheffiziente Wärmetauscher, die eine maximale Wärmeübertragung bei minimalem Gewicht und Bauraum ermöglichen. Des Weiteren sind leistungsstarke Ventilatoren und Kühlmittelpumpen entscheidend, die die Kühlmedien effizient durch das System bewegen. Auch die Entwicklung innovativer Kühlmittel und -kreisläufe, die den spezifischen Anforderungen der Luftfahrt gerecht werden, ist von Bedeutung. Das Wärmemanagement muss als integraler Bestandteil des Gesamtflugzeugsystems betrachtet werden, um ein optimales Zusammenspiel aller Komponenten zu gewährleisten.
Die Anwendungsbereiche fortschrittlicher Wärmemanagement-Systeme erstrecken sich über nahezu alle Bereiche des zukünftigen Flugzeugs. Sie sind unerlässlich für die Kabinenkonditionierung, wo sie für die Bedruckung und Temperierung der Passagierkabine sorgen und somit direkten Einfluss auf das Wohlbefinden der Passagiere haben.
Darüber hinaus sind sie kritisch für das Wärmemanagement von elektrischen Hochvolt-Bordnetzen, den zugehörigen Leistungselektroniken und den elektrischen Systemantrieben. Auch die Integration von alternativen Energiequellen wie Brennstoffzellensystemen erfordert leistungsstarke Wärmemanagement-Lösungen, da diese Systeme oft spezifische Temperaturanforderungen aufweisen.
Für die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo ist die Entwicklung fortschrittlicher Wärmemanagement-Systeme von großer Bedeutung, da sie einen direkten Einfluss auf die Gesamteffizienz und Zuverlässigkeit zukünftiger Flugzeugkonfigurationen hat. Die Forschung muss sich auf die Entwicklung integrierter und optimierter Thermalhaushalte auf Gesamtflugzeugebene konzentrieren. Dies beinhaltet die Erforschung neuer Materialien für Wärmetauscher, die Entwicklung effizienterer Pumpen- und Lüftertechnologien sowie die Implementierung intelligenter Regelungsstrategien, die eine bedarfsgerechte Kühlung ermöglichen. Die Herausforderung besteht darin, diese Systeme gewichts- und bauraumneutral zu integrieren, um die Vorteile der Elektrifizierung nicht durch erhöhte Systemgewichte zu kompensieren.
Fortschrittliche Wärmemanagement-Systeme sind ein unverzichtbarer Bestandteil der zukünftigen Flugzeugsystemarchitektur. Sie sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit von elektrifizierten Flugzeugen und tragen maßgeblich zur Erreichung der Ziele hinsichtlich Energieeffizienz und Komfort bei. Die konsequente Forschung und Entwicklung in diesem Bereich sind daher von höchster Priorität.
