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Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau Department Fahrzeug­technik und Flugzeug­bau

Investigation and Trade-off between different Manhole Flange and Cover Designs for an LH2 Upper Stage Tank

Meriem Boudouh

27.02.2025, 14:00 Uhr, Raum BT5-4.12

Kryogene LH2-Tanks, die traditionell aus Metallen hergestellt werden, erfordern hochleistungsfähige Schraubverbindungen zwischen Mannlochflansch und Deckel, um die strukturelle Integrität und Dichtheit unter extremen Bedingungen zu gewährleisten. Der Übergang zu einem kryogenen LH2-Tank aus Verbundwerkstoffen bietet erhebliche Gewichtseinsparungen aufgrund der geringen Dichte von Verbundmaterialien, insbesondere kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFK). Die Integration von Schraubverbindungen in eine CFK-Struktur stellt jedoch erhebliche Herausforderungen dar, insbesondere bei der Realisierung von Gewindeflanschen, die hohen Belastungen unter den anspruchsvollen Bedingungen kryogener Tanks standhalten. Diese Arbeit untersucht systematisch das Potenzial zur Optimierung dieser Verbindung durch die Reduzierung der Anzahl der Schrauben, die Vereinfachung der Deckelgeometrie und die Erkundung von Materialalternativen wie 3D-gedrucktem Titan. Die Untersuchung dreier verschiedener Mannlochflansch- und Deckeldesigns für einen LH2-Tank liefert eine Grundlage für die Durchführung einer Trade-off-Analyse zwischen mechanischer Leistung, Gewichtsreduktion, Herstellungskosten und Dichtzuverlässigkeit bei diesen Designs. Die Ergebnisse dieser Arbeit können wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung von Schraubverbindungen in kryogenen LH2-Tanks liefern und Designansätze bieten, die eine Balance zwischen Leistung, Kosteneffizienz und Herstellungsfähigkeit schaffen.