ENGINEERINGNET.BE - Waterstof heeft de belofte in zich om de CO2-voetafdruk van de luchtvaartsector te verkleinen, waardoor de industrie dichter bij het bereiken van netto-nul-emissies komt.
Voor de overstap naar waterstof zijn echter behoorlijke veranderingen nodig aan het ontwerp van vliegtuigen, onder meer om de veilige opslag en distributie van dit brandbare gas te garanderen.
Daartoe onderzocht het FASTER-H2-project baanbrekende technologieën voor de ontwikkeling van geïntegreerde romp- en staartconfiguraties om de volgende generatie waterstofaangedreven vliegtuigen voor de korte tot middellange afstand te bouwen.
Het Nederlandse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR) heeft vier technologieën onderzocht. Er is gekeken naar het detecteren van beginnende microscheurtjes in composiet tanks voor vloeibare waterstof bij temperaturen tot 20 kelvin (-253 graden Celsius).
Verder heeft NLR onderzocht hoe een vliegtuig zuiniger kan worden met double-hinged rudder ontwerpen (DHR), ofwel een roer met twee scharnierpunten, die ook aero-elastische stabiliteit moeten bieden.
NLR heeft daarnaast gewerkt aan composietmaterialen: ze hebben onderzocht of inductielassen kunnen worden toegepast op dikke composieten voor waterstofaangedreven vliegtuigen.
Ook hebben ze methoden ontwikkeld voor snellere niet-destructieve inspectie van deze materialen.
De resultaten van de vier technologieën demonstreren de effectiviteit van Akoestische Emissie (AE)-glasvezelsensoren bij het detecteren van microscheurtjes tot 20 kelvin.
Het DHR-concept bleek aero-elastische stabiliteit te behouden door een extern mechanisme en spanwise splits, waardoor de effectiviteit wordt verhoogd.
Ook zijn 7,4 mm dikke thermoplastische ribben voor de waterstoftankbevestiging succesvol aan een skin gelast met inductielassen, waardoor een hoge sterkte op couponniveau is bereikt en modelvoorspellingen zijn bevestigd.
Verder bleek infraroodthermografie effectief te zijn bij het detecteren van defecten in grote thermoplastische koolstofvezelversterkte polymeren romphuiden tot 4,5 mm diep. Hiermee is technologieontwikkelingsniveau 4 behaald.
Het NLR-team heeft criteria ontwikkeld om signalen van microscheurtjes betrouwbaar te kunnen onderscheiden van achtergrondruis middels een combinatie van mechanische testen op kamertemperatuur en cryogene temperaturen, aangevuld met microscopisch onderzoek.
Ook zijn de DHR-concepten gemodelleerd en geanalyseerd, gefocust op aerodynamica en aero-elasticiteit. De concepten met externe mechanismen en spanwise splits zijn verder verfijnd door gedetailleerde analyse.
NLR heeft ook de productietechnologieën en modelleringen verder ontwikkeld en coupon-tests uitgevoerd. De waterstoftankbevestiging met inductiegelaste ribben is succesvol getest door een partner.
Het project is afgerond met een grote demonstratie van infraroodthermografie bij de Multi-Functional Fuselage Demonstrator van Airbus ZAL, ondersteund door kleinschalige testen bij NLR.
