Mit 3D-gedrucktem Wärmemanagement zum Wegbereiter der emissionsfreien Luftfahrt beitragen
Conflux nutzt Additive Manufacturing zur Herstellung eines leichten Kühlsystems für ein wasserstoffbetriebenes Senkrechtstarter-Flugzeug
"Wir freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit mit Conflux, deren Ruf, mit Formel-1-Geschwindigkeit zu liefern, in Kombination mit der AS9100D-Fertigungs- und Qualitätszertifizierung entscheidend dazu beitragen wird, dass Vertiia das erste passagierfähige Wasserstoff-VTOL-Flugzeug der Welt mit großer Reichweite wird"
Simon Coburn | Hydrogen Systems Lead | AMSL Aero
Conflux Technology hat in Zusammenarbeit mit dem australischen Flugzeughersteller AMSL Aero eine maßgeschneiderte Kühllösung für Vertiia, ein wasserstoffbetriebenes senkrecht startendes und landendes Flugzeug (VTOL), entwickelt. Diese Kühlungslösung besteht aus der patentierten 3D-gedruckten Wärmetauschertechnologie von Conflux, die ein effektives und leichtes Wärmemanagement des Wasserstoff-Brennstoffzellensystems für dieses bahnbrechende emissionsfreie Flugzeug ermöglicht.
Mit einer Reichweite von bis zu 1.000 Kilometern stößt Vertiia an die Grenzen dessen, was in der elektrischen Luftfahrt möglich ist. Anders als herkömmliche Elektroflugzeuge, die durch die Batteriekapazität begrenzt sind, nutzt Vertiia Wasserstoff-Brennstoffzellen, die Strom erzeugen, ohne CO₂ auszustoßen. Die von den Wasserstoff-Brennstoffzellen erzeugte Energie erzeugt jedoch erhebliche Wärme - insbesondere bei energieintensiven Manövern wie dem Start und dem Schwebeflug - und erfordert einen neuen Ansatz bei der Entwicklung und Herstellung eines fortschrittlichen Kühlsystems.
Herausforderung
Entwicklung eines leistungsstarken, kompakten Kühlsystems für ein wasserstoffelektrisches Flugzeug
Wasserstoff-Brennstoffzellen bieten enorme Vorteile für die emissionsfreie Luftfahrt, eine bahnbrechende Innovation auf dem schnell wachsenden Markt für fortschrittliche Luftmobilität. Für Vertiia müssen die Brennstoffzellen in kritischen Phasen wie Start, Flug und Landung stets innerhalb genauer Temperaturgrenzen bleiben. Jede Überhitzung könnte die Effizienz oder Sicherheit des Systems beeinträchtigen.
Herkömmliche Kühlsysteme erhöhen den Platzbedarf und das Gewicht - inakzeptabel in einem Flugzeug, bei dem jedes Gramm zählt. Die Herausforderung bestand darin, eine leichte, kompakte und reaktionsschnelle Kühllösung zu entwickeln, die sich nahtlos in die enge Geometrie des Flugzeugs einfügt und unter hochdynamischen thermischen Belastungen funktioniert.
Dies ist besonders wichtig bei Vertikalflügen, bei denen Wasserstoff-Brennstoffzellen hohen Wärmelasten und schnellen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.
Lösung
Additive Fertigung mit EOS-Metall-3D-Druck und dem patentierten Wärmetauscherdesign von Conflux
Conflux Technology, ein weltweiter Innovator von 3D-gedruckten thermischen Systemen, nutzte seine Erfahrung im Motorsport und in der Luft- und Raumfahrt, um eine neue Generation von Hochleistungswärmetauschern für Vertiia zu entwickeln.
Computational Fluid Dynamics (CFD) leitete den frühen Entwurfsprozess und simulierte die Wärmeübertragung unter realen Flugbedingungen. Diese Wärmetauscher sind nicht nur für die Leistung optimiert, sondern auch für die anspruchsvollen thermischen Zyklen und die räumlichen Beschränkungen des Senkrechtstarts und des Dauerflugs ausgelegt.
Dieser Ansatz ermöglicht eine hocheffiziente Wärmeübertragung bei gleichzeitiger Minimierung von Volumen und Gewicht, was für die Luftfahrt von entscheidender Bedeutung ist. Außerdem ermöglicht es eine schnelle Iteration: In der ersten Entwicklungsphase hat Conflux drei neuartige Wärmetauscherkonzepte entwickelt, die auf die Bedürfnisse der Brennstoffzellenarchitektur zugeschnitten sind.
Bei allen drei Entwürfen werden EOS Laser-Pulverbett-Schmelzsysteme (LPBF) und EOS Aluminium AlSi10Mg-Material verwendet, wodurch ein ultrakompakter, dünnwandiger Wärmetauscher mit hoher Oberflächendichte und flüssigkeitsoptimierten Innengeometrien entsteht.
Ergebnisse
Ein leichtes, leistungsstarkes Kühlsystem für das erste wasserstoffelektrische VTOL-Langstreckenflugzeug der Welt
Die Zusammenarbeit zwischen AMSL Aero und Conflux hat bereits zu greifbaren Ergebnissen geführt. In der ersten Phase wurden drei Wärmetauscher entwickelt, die die Fähigkeit zum Wärmemanagement beim vertikalen Auftrieb und bei schnellen Leistungsübergängen demonstrieren. Diese Komponenten sind kompakt, hocheffizient und genau auf die Integration in die Architektur von Vertiia zugeschnitten.
Das Programm ist nun in die zweite Phase übergegangen: Integration auf Systemebene und Erprobung eines Prototyps in Originalgröße im eigentlichen Antriebsstrang. Dadurch wird die Leistung unter realen Bedingungen validiert und sichergestellt, dass die Brennstoffzellen über ein ganzes Flugprofil hinweg die optimale Temperatur und Effizienz aufrechterhalten können.
Die Rolle von Conflux in diesem Projekt ist ein weiterer Schritt zur Anwendung der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt - über den Antrieb hinaus bis hin zu umfassenderen Energiemanagementsystemen.
"Wasserstoff-Brennstoffzellen stellen eine transformative Technologie in Australiens Streben nach nachhaltigen Energielösungen dar. Wir sind stolz darauf, dass wir mit unserer Wärmetauschtechnologie die Effizienz und Leistung der Wasserstoffbrennstoffzellen von Vertiia verbessern können"
Michael Fuller | CEO | Conflux Technology
"Unsere Partnerschaft mit Conflux Technology ist ein großartiges Beispiel für das Ökosystem aus fortschrittlichen Herstellern und Entwicklern, das wir hier in Australien im Rahmen unseres Co-Development-Ansatzes aufbauen wollen. Mit Vertiia bauen wir ein wasserstoffelektrisches Flugzeug, das rekordverdächtige Entfernungen mit Formel-1-Geschwindigkeit fliegt. Conflux ist mit seiner Innovationsgeschichte im Motorsport und in der Luftfahrt ein großartiger Partner für uns"
Adriano Di Pietro | CEO | AMSL Aero
Mit den kombinierten Stärken der fortschrittlichen additiven Fertigung und der leistungsstarken Wärmemanagementtechnik trägt diese Partnerschaft dazu bei, eine sauberere und effizientere Zukunft für die Luftfahrt zu schaffen.
