Yakıt hücreli tahrikli dünyanın ilk pilotlu uçağı
Antares DLR-H2 araştırma uçağı, yalnızca yakıt hücreleriyle çalışan dünyanın ilk insanlı uçağıdır. Antares DLR-H2 için yakıt olarak hidrojen kullanılır. Bu, yenilenebilir elektrik kullanılarak üretilirse, kalkış, uçuş ve iniş tamamen CO2 içermez. Doğrudan bir elektrokimyasal reaksiyonda, hidrojen havadaki oksijen ile yanma olmaksızın elektrik enerjisine dönüştürülür. Parçacıksız bu reaksiyon sırasında, tek reaksiyon ürünü sudur.
Antares DLR-H2’nin resmi ilk uçuşu 7 Temmuz 2009’da Hamburg’da gerçekleşti. Kasım 2009’da 2558 metre uçuş irtifasında, yakıt hücresinin 2000 metre irtifadaki negatif basınç koşullarında fonksiyonel kabiliyeti gösterildi.
modifikasyonlar
Uçağın motoru, proje ortağı Lange Aviation ile birlikte Stuttgart’taki DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü’nde geliştirildi. Temel, Lange Aviation tarafından birkaç yıldır inşa edilen motorlu planör Antares 20E’dir. Yakıt hücresi sistemi ve gerekli hidrojen deposu, güçlendirilmiş kanatların altına takılan iki ek harici yük konteynerine yerleştirildi. 2009 yılında Antares’in elektrikli tahriki, %52’ye varan verimliliğe sahip özel geliştirilmiş bir yakıt hücresi sistemi ile tamamlandı. Bu sistem, ATRA geniş gövdeli uçakta yerleşik enerji beslemesi için halihazırda test edilmiştir ve güç elektroniği, motor ve pervaneden oluşan Lange Aviation tarafından geliştirilen aktarma organları için elektrik enerjisi sağlamaktadır.
Yeni bir yakıt hücresi sistemi
2012 yılında Hydrogenics işbirliği ile daha güçlü ve daha kompakt yakıt pili sistemleri kurulmuştur. Geliştirilen sistemler daha az hacim kaplıyor, proje mühendisleri hava ikmali dahil bacaları POD’un üst yarısında bir pano üzerine yerleştirmiş ve şimdi ekipman taşıyıcının altında bir soğutma havası kanalı. Son derece sınırlı montaj alanına ek olarak, bileşenlerin montajı sırasında kütle dağılımı, güvenlik ve hafif yapı ile ilgili olarak havacılığın özel gereklilikleri her zaman dikkate alınmalıdır.
Sağ kanattaki harici yük konteynerinde geliştiriciler, iki kilogram hidrojen kapasiteli önceki tankı, şimdi 350 bar’da beş kilogram hidrojen tutan yeni, daha büyük bir basınçlı tankla değiştiriyorlar. Yakıt hücresi sisteminin tüm alanlarında, sensörler her zaman operasyonel güvenliği garanti etmek için havadaki hidrojen konsantrasyonunu izler. Ayrıca, genel çalışma koşullarını olabildiğince kapsamlı bir şekilde kaydedebilmek için uçağa birçok başka sensör yerleştirilmiştir.
Daha fazla sürüş seçeneği
Li-Ion pil ile hibridizasyon, uçağın performansını daha da artırmalıdır. Yakıt hücresinin çok sessiz ve güçlü elektrikli küçük uçak motoruyla birleştirilmesinin, pistonlu motorlara kıyasla menzil açısından yeni standartlar belirlemesi beklenebilir.
misyon
Uçan bir test laboratuvarı olarak Antares DLR-H2
Yakıt pili, yakın gelecekte ticari uçakların itilmesi için birincil enerji kaynağı olarak kabul edilmeyecek olsa da, ticari havacılıkta güvenilir bir yerleşik güç kaynağı olarak günümüzün enerji sistemlerine ilginç ve önemli bir alternatif teşkil ediyor: Yüksek verimlilik elden gidiyor minimum kirletici emisyon, düşük gürültü kirliliği, güvenli uçuş operasyonları ve yüksek yolcu konforu ile elde edilir. DLR’deki araştırma çalışmasının amacı, yakıt hücrelerini gerçek çalışma koşulları altında ticari havacılıkta güvenilir bir araç üstü güç kaynağı olarak kullanmaktır.
Antares DLR-H2 ile DLR, negatif basınç, sıcaklık, hızlanma ve titreşim gibi havacılıkla ilgili koşullar altında yakıt hücresi sistemlerinin farklı mimarilerini test edebilir. Ek olarak, karayollarında trafiğin izlenmesi için optik sensörler faydalı yük olarak kuruldu. Bunlar, trafik sıkışıklığının zamanında tespit edilmesini ve örneğin trafik sıkışıklığının önlenmesi için bilgilerin iletilmesini sağlar.
Havacılık ve enerji araştırmacılarının işbirliği
DLR’deki havacılık ve yakıt hücresi araştırmacıları, Antares DLR-H2 yakıt hücreli uçakta yakın işbirliği içinde çalıştı:
Çok ekonomik bir uçuş sağlamak için uçağın tamamı aerodinamik açıdan yeniden optimize edildi. Amaç, tüm yüzeylerde türbülanslı hava akımlarından kaçınmaktı. Harici yük konteynerlerinin entegrasyonu, hem aeroelastiklik hem de aerodinamik açısından bir zorluk teşkil ediyordu. Burada, özellikle DLR Aeroelastisite Enstitüsü’nün köklü deneyimi sayesinde, uçağın dinamiklerini bozmadan konteynerlerin optimum şekilde bağlanması mümkün olmuştur. Antares 20E serisi modeline kıyasla ek sürükleme, 200 kg’dan fazla olası ek yük ile yüzde 10’dan azdır. Bu, Antares DLR-H2’nin saatte 300 kilometreye varan hızlarda titremeden uçmasını sağlar ve mevcut maksimum hız saatte yaklaşık 176 kilometredir.
Doğrudan motor kontrolüne bağlı yakıt hücresi sistemi
Yakıt hücresi sisteminin aktarma organlarıyla birleştirilmesinde de yeni yollar açıldı: Giriş voltajının geniş spektrumu sayesinde motor, 188 ila 400 volt arasında yüzde 92’nin üzerinde bir verimlilikle esnek bir şekilde çalıştırılabilir. Bu, voltaj stabilizasyonu adımını ortadan kaldırır ve yakıt pili sistemi, doğrudan motor kontrol ünitesine bağlanabilecek şekilde tasarlanabilir. Bu, bileşenlerden ve maliyetlerden tasarruf sağlar ve verimliliği artırır: Tanktan pervane dahil aktarma organlarına giden tahrikin genel verimliliği, en iyi çalışma noktasında yüzde 40’a kadar, yanma teknolojisine dayalı geleneksel tahrik teknolojilerine göre yaklaşık iki kat daha yüksektir. Orada, gazyağı veya dizelden gelen enerjinin yalnızca yüzde 18 ila 25’i aslında sürücü için kullanılabilir hale getirilebilir. Hem DLR Aeroelastisite Enstitüsü hem de Biel ve Lange Aviation’daki Bern Uygulamalı Bilimler Üniversitesi buna önemli katkılarda bulundu.
Antares DLR-H2’nin teknik verileri
| açıklık | 20m |
| vücut uzunluğu | 7.4m |
| Harici yük konteynerlerinin uzunluğu | 2.87m |
| ağırlığı frenlemek | yakl. 460kg |
| azami ağırlık | 875kg |
| Menzil | > 750 km |
| Maks. performans yakıt hücresi | yakl. 33 kW |
| Yakıt hücresi verimliliği | %52’ye kadar |
| DLR uçuş operasyonları | Stuttgart |
Havacılıkta yakıt hücresi
İlk geliştirme adımında, DLR, Airbus Almanya ve başka bir tedarikçi ile birlikte, DLR araştırma uçağı Airbus A320 ATRA’yı bir yakıt hücresi sistemi aracılığıyla kontrol etmek için hidrolik pompalar için acil durum güç kaynağını hayata geçirdi. 2011 yazında, araştırma uçağı ilk kez yakıt hücreleriyle çalışan bir burun tekerleği ile uçtu. Başka bir araştırma projesinde, DLR ve Airbus, tüm yardımcı güç ünitesini (APU) bir yakıt hücresi sistemiyle değiştirmek için çalışıyor. Ana motorlar rölantideyken, yardımcı güç üniteleri, uçaktaki klimayı da çalıştıran elektrik sistemlerine ve basınçlı hava sistemlerine güç sağlar. Antares DLR-H2 ile havacılık için bu özel yakıt hücresi sistemleri uygun maliyetli bir şekilde test edilebilir.
Finansal destek
Antares DLR-H2, Rheinland-Pfalz şirketi Lange Aviation’ın Antares 20E motorlu planörünü temel alır. Yakıt pili sistemi DLR’de Hydrogenics ile birlikte geliştirilmiştir. Araştırma projesi Federal Ulaştırma, Bina ve Kentsel Gelişim Bakanlığı ve Ulusal Hidrojen ve Yakıt Pili Teknolojisi Organizasyonu (NOW) tarafından finanse edilmektedir.