Projekt- und Abschlussarbeiten

Autonome Systeme gewinnen in der Luftfahrt zunehmend an Bedeutung. Zur Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser Systeme ist eine kontinuierliche Überwachung des Gesundheitszustands einzelner Komponenten an Bord unbemannter Luftfahrtzeuge unerlässlich. Für das institutseigene hybride Luftfahrzeug SciHunter bestehen bereits eine Datenbasis zur Abbildung unterschiedlicher Degradationseffekte sowie Ansätze zur datenbasierten Diagnose und Prognose in python.

Am EST steht für Vergasungs- und Oxidations-/Reduktionsversuche ein Wirbelschichtreaktor im Labormaßstab zur Verfügung. Für alternative Einsatzstoffe wie Biomasse sowie Experimente mit Eisenoxid als CO2-freien Energieträger wurden bereits in einer vorherigen Arbeit diverse Optimierungsmaßnahmen konzipiert und technisch umgesetzt, sodass als nächster Schritt die Inbetriebnahme des überarbeiteten Reaktors ansteht. Dies beinhaltet die Ausarbeitung eines leittechnischen Sicherheitskonzeptes sowie die Durchführung von ersten Testversuchen.

Zum chemischen Recycling von Abfallstoffen werden im Projekt VERENA verschiedene Wirbelschichtvergasungsprozesse untersucht. Dabei sind CFD-Simulationen günstige und flexible Methoden um das Verständnis des Verhaltens der Einsatzstoffe in den Reaktoren zu verbessern. Um belastbare Simulationsergebnisse zu erhalten, ist die korrekte Darstellung der Hydrodynamik der Partikel entscheidend.

Ziel der Arbeit ist zunächst den Einfluss verschiedener Parameter anhand von CFD Simulationen zu untersuchen. Anschließend erfolgt eine Auswertung anhand von vorhandenen experimentellen Daten zur Ermittlung von optimierten Parametersätzen.

Am Fachgebiet Technische Thermodynamik wird unter anderem die Wärmeübertragung an vereinzelten Dampfblasen in Schwerelosigkeit untersucht. Dazu wurden im Rahmen des ESA-finanzierten Multiscale Boiling Projekts Siedeversuche auf der Internationalen Raumstation und im Parabelflug durchgeführt. In Zukunft sollen die Siedeversuche im Parabelflug mit Wasser wiederholt werden. Während der Versuche wird dem Versuchsfluid in der Siedezelle Wärme zugeführt. Kern der Heizerbaugruppe ist ein infrarot-transparenter Kristall, der bei hohen thermischen Spannungen gerne bricht. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Siedeversuchsanlage aus vorhandenen Komponenten und Baugruppen aufzubauen, diese in Betrieb zu nehmen und das Verhalten der Kristalle während erster Siedeversuche zu erproben.

The aircraft industry works intensively on the development of various anti-icing and ice-prevention systems. One of the most important parameters characterizing icing is an adhesion force, which determines how strong an ice layer is attached to the aircraft surface. This project will help to accurately measure the tensile and shear stresses associated with the ice adhesion. The idea is based on the application of a frozen drop on a certain surface of a centrifugal force that appeared on a rotating body.

Evaluation und Anpassung eines bestehenden Befragungsinstruments zur Bewertung der Auswirkungen von KI-Anwendungen in Unternehmen.

Durch Partikel im Fördermedium tritt in Schraubenspindelpumpen hoher Verschleiß auf. Um die Pumpen auf die Anwendungen auslegen zu können, benötigen die Hersteller Modelle zur Beschreibung des Verschleißverhaltens und Konstruktionsrichtlinien. Die ausgeschrieben Arbeiten dienen der Entwicklung eines Prüffeldes, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

Im dem Projekt STADT:up werden auf Nutzerbedürfnisse zugeschnittene Konzepte und Pilotapplikationen des durchgängigen automatisierten Fahrens im urbanen Raum entwickelt. Ziel dieser Thesis ist es, konzeptionelle Gestaltungslösungen zur Kooperationsförderung im Straßenverkehr zu erarbeiten.

Im dem Projekt STADT:up werden auf Nutzerbedürfnisse zugeschnittene Konzepte und Pilotapplikationen des durchgängigen automatisierten Fahrens im urbanen Raum entwickelt. Ziel dieser Thesis ist es, ausgewählte innerstädtische Situationen, wie das Einfädeln hinsichtlich der relevanten Situationsparameter zu systematisieren und in einem Situationskatalog aufzubereiten.

Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) befasst sich der Entwicklung Methoden zur laserdiagnostischen Untersuchung von Hochtemperaturprozessen. Das Ziel besteht darin, bestehende Prozesse zur Energiewandlung zu verbessern und neue Techniken für ein nachhaltige Resourcennutzung zu entwickeln. Dabei sind reaktive Gasströmungen für die Energietechnik hochrelevant, ihre experimentelle Charakterisierung jedoch alles andere als einfach. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die gegebenen Randbedingungen und Anforderungen hinsichtlich Robustheit, Prozesszugang, Beeinflussung des Prozesses, Messgenauigkeit sowie Zeit- und Ortsauflösung die Anwendung vieler etablierter Messmethoden ausschließen. Am RSM wird deswegen derzeit eine neue Messtechnik entwickelt, die eine ortsaufgelöste Charakterisierung der Gasphase in partikelbeladenen Strömungen ermöglichen soll.

Die Nutzerakzeptanz von Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) kann durch eine Anpassung an den aktuellen Fahrstil gesteigert werden. Die bisherigen Forschungsergebnisse am IMS haben unter anderem gezeigt, dass ein auf Längs- und Querbeschleunigung basierender statistischer Ansatz gute Ergebnisse liefert. Hierbei werden die auftretenden Beschleunigungen während der Fahrt mit einem Referenz-Beschleunigungsprofil verglichen. Eine Verallgemeinerung diese Profils für unterschiedliche Umgebungsbedingungen und Fahrzeuge wäre beispielsweise durch eine analytische Beschreibung möglich. Diese soll im Rahmen dieser Arbeit erarbeitet werden.

Am Institut für Flugsysteme und Regelungstechnik wurde das oben dargestellte hybride unbemannte Luftfahrzeug aufgebaut und modelliert Es ist in der Lage, mittels der vier Hubrotoren senkrecht zu starten und zu landen und durch den Tragflügel sehr effizient aerodynamisch zu fliegen Um einen Absturz des UAVs bei einem Ausfall eines Aktuators (z B Bruch eines Propellerblatts, Festklemmen einer Steuerfläche) zu verhindern, sind fehlertolerante Regelungsalgorithmen notwendig Am FSR wird hierfür der Einsatz von Methoden der optimalen Regelung und modellprädiktiven Regelung erforscht.

Spraykühlung ist eine sehr effiziente Kühlmethode. Um den komplexen Gesamtprozess des Sprayaufpralls besser verstehen zu können, werden am Fachgebiet Technische Thermodynamik numerische Berechnungen zum Aufprall einzelner Tropfen durchgeführt. Eine Möglichkeit zur Verbesserung von Benetzung und Wärmetransport stellt die Strukturierung der Oberfläche dar. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Hydrodynamik sowie der Wärmetransport beim Einzeltropfenaufprall auf strukturierten, heißen Oberflächen untersucht werden. Dafür sollen mit Hilfe des unter anderem am TTD entwickelten Strömungslösers 3D-Simulationen in OpenFOAM durchgeführt werden.

Chemical energy carriers are essential building blocks for a future carbon-free energy economy, mitigating wind and solar energy fluctuations due to weather and geographical limitations. One suitable candidate is ammonia (NH3) which can be synthesized with renewable energy and are employable for mobile and remote applications. However, pure NH3 is subject to high ignition temperatures, lower laminar burning velocities, narrow flammability limits, and lower extinction strain rates. One very promising technology to overcome these difficulties is to use plasma to enhance ignition and flame. Recent experiments also showed that NOx emission could be largely reduced by introducing plasma into combustion. To better understand the mechanism of plasma impact on reactions, fundamental experiments under well-defined boundary conditions are highly desired.

This project aims to set up a laminar slot burner (LSB) with the assistance of nanosecond plasma discharges. A schematic layout of a conventional LSB is shown in Fig.1 [Boushaki et al.]. The LSB consists of three main parts: a mixer, a homogenizer, and a convergent nozzle. A premixed laminar flame can be stabilized on the burner exist. This existing concept should be adapted for plasma generation with a dielectric barrier discharge (DBD). The DBD should be installed in the position of the parallel nozzle, which mainly consists of two electrodes, a nanosecond high-voltage plasma pulse generator, and corresponding control units. The designed plasma-assisted LSB should have optical access into the nozzle to characterize the plasma homogeneity. This work aims to design, construct and test this burner in the combustion laboratory of RSM.

Nachhaltige und ökonomische Prozesse müssen im Energiesektor sowie in energieintensiven Industriezweigen zum Einsatz kommen, um die weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen zu minimieren. In diesem Zusammenhang spielen sogenannte „nicht-verhinderbare“ CO2-Emissionen eine wichtige Rolle, welche beispielsweise bei der Herstellung von Zement und Kalkstein entstehen und sich nur schwer eliminieren lassen. Als eine sehr effiziente und wirtschaftliche CO2-Abscheidungstechnologie stellt sich der Carbonate Looping (CaL) Prozess dar. Am EST wird der Einsatz von Zementrohmehl als Sorbent untersucht, sodass deaktiviertes Material aus dem CaL Prozess zur Klinker Produktion genutzt werden kann. Ziel dieser Arbeit soll es sein Zementroh im Hinblick auf seine Anwendung in einer Wirbelschichtanlage zur CO2-Abscheidung zu charakterisieren. Die Erkenntnisse sollen experimentell gewonnen werden.

Climate change and rising health concerns have led to increasingly strict regulatory emission standards for combustion engines over the past few years.

In order to investigate the compliance with these regulations, special measurement techniques are required. Specifically, in the context of Real Driving Emissions (RDE), compact systems that allow for in situ measurement at engine tailpipe are necessary.

Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is a measurement technique well suited for this task, as it allows simultaneous high speed in-situ measurement of a variety of gases. A large benefit of this technique is the application of small diode lasers which can be connected via glass-fibers and thus allowing for very small measurement devices outside the vehicles.

The extension of the regulatory requirements made the implementation of new free-space diode lasers necessary, which are not yet fiber-coupled and thus cannot be connected to existing hardware.

The goal of this work is the development and application of a fiber-coupling system for these free space mid-infrared diode lasers.

Climate change and rising health concerns have led to increasingly strict regulatory emission standards for combustion engines over the past few years.

In order to investigate the compliance with these regulations, special measurement techniques are required. Specifically, in the context of Real Driving Emissions (RDE), compact systems that allow for in situ measurement at engine tailpipe are necessary.

Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is a measurement technique well suited for this task, as it allows simultaneous high speed in-situ measurement of a variety of gases. A large benefit of this technique is the application of small diode lasers which can be connected via glass-fibers and thus allowing for very small measurement devices outside the vehicles.

The Laser Diode and Temperature control (LDC & TEC) of these lasers needs to be very precise but at the same time also compact.

The goal of this work is the software development and application of a high-speed modular FPGA (Field Programmable Gate Array) based Laser Diode and Temperature control system in LabVIEW.

In einem Hochgeschwindigkeits-Kavitationskanal am Institut für Fluidsystemtechnik werden Werkstoffe der Kavitation ausgesetzt. Mittels einen speziell entwickelten Lichtmikroskops werden kraterförmige, mikroskopische Verformungen aufgelöst und untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit soll das Image Processing mittels Deep Learning durchgeführt werden.

Bachelor- oder Masterthesis im Bereich Digitaler Zwilling / Verwaltungsschale mit OPC UA. Die Arbeit wird mit dem Industriepartner SAP zusammen durchgeführt.

Die Hybridisierung des Antriebsstranges stellt eine Möglichkeit dar, den Wirkungsgrad des Antriebsstranges zu steigern. Um die aus der Vernetzung stammenden Informationen über vielfältige reale Fahrszenarien zu verarbeiten und die Freiheitsgrade in einem Hybridfahrzeug entsprechend anzusteuern, können online-optimierende Betriebsstrategien eingesetzt werden. Neben der Entwicklung der Strategien stellt deren Kalibration eine wichtige Herausforderung dar. Ziel dieser Arbeit ist es die Qualität der Geschwindigkeitsprädiktion zu optimieren, um somit bessere Ergebnisse mit der prädiktiven Hybridstrategie erzielen zu können.

Das Fachgebiet Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe der TU Darmstadt betreibt seit 1994 einen Transsonikverdichter. In Zusammenarbeit mit der MTU in München, soll ein Forschungsvorhaben für 2023 umgesetzt werden, in dem Untersuchungen am Transsonikverdichter in Darmstadt durchgeführt werden sollen. Im Rahmen dieser Arbeit soll für die geplanten Messungen ein bestehendes IGV Modul neu designed werden, sodass der Schaufelwinkel variabel einstellbar ist. Zusätzlich soll eine Machbarkeitsstudie zu einem erweiterten Messtechnikkonzept durchgeführt werden.

Numerical simulations of aero-engine combustors are extremely challenging due to the complex multiscale and multi-physics phenomena involved. Currently, reliable modeling and prediction of soot particle formation produced during incomplete hydrocarbon combustion is one of the major issues in combustion research. The next generation of gas turbines for more sustainable aircraft engines must meet strict limitations for soot particle mass and size distribution. Therefore, a comprehensive understanding of the processes leading to soot particle formation and its precise prediction in practical combustion systems is crucial.

Bei einem skalierten Planeten-Getriebeprüfstand sollen dynamische Schadensmechanismen bei Überrollvorgängen mit Fragmenten untersucht werden. Die Fragmente sollen wiederholgenau und in kurzem Zeitfenster in eine Zahnlücke eingebracht werden.

Bisherig wurden elektromagnetische Hubaktuatoren mit eigenem Prüfstand zur Verfassung von Weg-Zeit und Weg-Kraft Kennlinien eingeplant. Diese Aktuatoren können u.U. nicht den gewünschten Einbringvorgang umsetzen. Daher sollen weitere Einbringmechanismus-Konzepte erarbeitet werden.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. In order to deploy this technology, the efficient heat recovery of the high temperature flue gases by combustion air preheating is required.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. Combining IHCaL with other capture methods, such as absorption with monoethanolamine (MEA), could further reduce the specific energy consumption (SPECCA) and the cost of the entire system. Some hybrid solutions have been proposed, but a process optimization considering techno-economics is still required to assess the potential.

Am Transsonischen Verdichterprüfstand (TSV1) wird im Rahmen eines zukünftigen Forschungsvorhabens eine 1,5-stufige transsonische Verdichterstufe mit einem sogenannten „Cantilevered“-Stator untersucht. Der Fokus des Vorhabens liegt vor allem auf der Identifizierung und Quantifizierung der nabennahen Sekundärströmungsphänomene, wie z.B. der Eckenablösung. Um diese Phänomene zeitaufgelöst betrachten zu können, wurde ein zeitlich hochauflösender Totaldruck-Kamm gebaut. Dieser ist an seinen 8 radialen Messpositionen mit sogenannten Kulite Sensoren ausgestattet, die eine Abtastrate von bis zu 500 kHz erlauben.

Synthetische Kraftstoffe bieten das Potential hin zur klimaneutralen Mobilität. Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe forscht bereits seit 2013 intensiv an diesem Themenfeld. Im Kontext der Umwelt- und Nachhaltigkeitsstrategien kann der Motorsport als ideale Plattform für die Entwicklung, Erprobung und Etablierung neuartiger Technologien unter anspruchsvollsten Randbedingungen dienen. Im Rahmen dieser Thesis soll ein fossilfreier und DIN EN228 kompatibler Kraftstoff in experimentellen Untersuchungen an einem Motorrad-Vollmotor für eine Motorsportanwendung unterzogen werden.

The project Clean Circles is dedicated to solving global energy problems by using iron as CO2-free, renewable and efficient chemical energy carrier. First, electricity from renewables is used to reduce iron oxide (energy storage). Then, the iron is oxidized to release thermal energy for electricity generation at a different place and time (energy release). In the collaborative research project, scientists and students from different Universities work closely on numerous experiments and simulations.

In this student work, a new metal particle ignition reactor (MPIR) with well-defined boundary conditions should be designed and tested for single iron particle experiments. MPIR will include three modules: electrostatic-based single particle generator, an optically accessible ignition channel, and an external heating system by an annular gas flame. The concept of MPIR originates from the so-called micro-flow reactor (see Fig. 1), which has been successfully applied for gaseous and liquid fuel ignition studies. The advantage of this setup is to study the ignition/reaction kinetic by converting the trainsient process to a space-dependent process. Within this work, this concept should be realized for metal fuel ignition measurements.

The topic is suitable for ADP, Bachelor and Master theses, and the work tasks are adapted accordingly.

In der EST-eigenen 1 MWth Pilotanlage (siehe Abbildung) wurde seit Anfang dieses Jahres der neuartige Chemical Looping Vergasungsprozess mehrfach im au-tothermen Betrieb demonstriert. Um nähere Rückschlüsse hinsichtlich der Pro-zessführung und qualität tätigen zu können, sollen nun Feststoffproben, die wäh-rend des Betriebs an verschiedenen Stellen der Anlage gezogen wurden, bezüg-lich ihres Sauerstoffgehalts analysiert werden. Um diesen zu bestimmen kommen neben TGA und Elementaranalyse auch Schnellanalysen zum Einsatz. Mit Hilfe der im Labor gewonnenen Kenngrößen können anschließend Folgerungen hinsicht-lich der Hydro- und Thermodynamik in der Anlage getroffen werden, welche an-schließend mit Live-Daten aus dem Betrieb (z.B. Temperatur- und Druckprofile aus den Reaktoren) verglichen werden können. Somit komplimentieren die Analysen das Gesamtbild des Prozesses und dienen dem weiteren Verständnis und der Optimierung der Chemical Looping Vergasung.

Komplexe physikalische Prozesse und Zusammenspiele in einer Brennkammer können in der Realität zu Verbrennungsinstabilitäten führen, die Triebwerke nachhaltig beschä- digen können. Diese Instabilitäten mittels numerischer Simulationen vorherzusagen ist daher ein aktives Forschungsfeld. Eine Methode zur Vorhersage von instabilen Betriebs- punkten verwendet akustische Analogien wie die Acoustic Perturbation Equations (APE), die akustisch gefilterte, linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen verwenden, um die Ausbreitung akustischer Wellen wiederzugeben. Während in der allgemeinen, homo- genen Formulierung der APE der mittlere Strömungszustand in einem System einbezo- gen wird, können Quellterme verwendet werden, um instantane Änderungen aus Strö- mungssimulationen mit einzubeziehen.

Um Frontloading in der Fahrzeug- und Motorenentwicklung zu betreiben, werden Simulationen als essenzieller Bestandteil des Entwicklungsprozesses durchgeführt. Es lassen sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand und niedrigen Kosten Systemparameter variieren. So gibt es Tools zur Fahrzeugsimulation, die das reale Fahrzeugverhalten in Bezug auf Antriebsstrang, Fahrwerk und weiteren Komponenten in einer rein virtuellen Umgebung abbilden. Eine Sonderstellung nehmen hierbei die Engine-in-the-Loop Simulationen bzw. Prüfstände ein.

Am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe mit laserspektroskopischer Diagnostik zur Untersuchung der Vorgänge während der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Hierzu wurden bereits verschiedene innovative Messmethoden zum Nachweis der Abgasbestandteile entwickelt. Im Unterschied zu gängigen Methoden zur Messung der Abgaszusammensetzung sind die entwickelten Methoden nicht-invasiv. Dazu wird das Abgas durch eine Kammer geleitet und mithilfe laserspektroskopischer Diagnostik untersucht. Dieses Verfahren ermöglicht Messungen im Abgas mit wesentlich kleineren Unsicherheiten als bei invasiven Methoden. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie Robust der entwickelte Ansatz ist hinsichtlich der Vielfalt an Bedingungen, die in einem Abgassystem vorherrschen können. Beispielsweise ergeben sich bei Volllast andere Massenströme, Temperaturen und Gaszusammensetzungen als beim Kaltstart.

Ziel dieser Arbeit ist es, mithilfe von Simulationen die verschiedenen Betriebszustände zu untersuchen und mögliche Einflüsse auf die Messmethode (beispielsweise durch starke Inhomogenitäten in Temperatur und Zusammensetzung des Abgases) zu evaluieren. Dazu soll die Open-Source C++ Bibliothek OpenFOAM verwendet werden. Ergänzend sollen mögliche Unsicherheiten bei der Messung der Abgaszusammensetzung mit invasiven Messmethoden herausgearbeitet werden und anhand numerischer Berechnungen belegt werden.

In dieser Arbeit soll untersucht werden, in welchem Rahmen sich unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere Elastizitätsmoduli, durch Graustufen-MSLA erzeugen lassen, wie zuverlässig diese reproduziert werden können, und welchen Einfluss die Grauwerte und deren Variation auf die Qualität des 3D-Drucks, z.B. minimale Strukturgrößen, haben. Anhand dieser Erkenntnisse soll der Graustufen-MSLA-Druck dann angewandt werden, um funktional gradierte 3D-Gitterstrukturen mit spezifischen mechanischen Eigenschaften zu entwerfen.

In der Entwicklung eines technologieoffenen Antriebsmix der Zukunft, wird der Verbrennungsmotor in diversen Ausführungen auch weiterhin eine wichtige Rolle einnehmen. Zukünftige Gesetzgebungen fordern hier allerdings eine weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, sowie die Einhaltung verschärfter Emissionsgrenzwerte. Ergänzend zur Überprüfung der Emissionswerte im gesetzlichen Abgastest im Labor wird zudem die Messung unter Realfahrbedingungen auf der Straße eingeführt (Real Driving Emissions). Um eine Absicherung von Realfahrszenarien bereits in frühen Phasen der Motorenentwicklung gewährleisten zu können, bieten sich intensive Untersuchungen auf modernen, dynamischen Motorenprüfstanden an.

Die Forschungsarbeiten zum Thema „Wirkungsgradaufwertung“ am Institut für Fluidsystemtechnik haben das Ziel eine neue universell einsetzbare Aufwertungsformel für axiale und radiale Ventilatoren zu entwickeln. Um die Einflussparameter Reynolds‐ und Machzahl separat zu untersuchen sind Prüfstandsmessungen in einer Druckkammer geplant, für die ein neuer Axialventilatorprüfstand aufgebaut werden soll.

Neben den konkret ausgeschriebenen Arbeiten bieten wir stets eine Vielzahl weiterer Themen für studentische Arbeiten an. Mögliche Themen versuchen wir dabei im persönlichen Gespräch auf die Interessen der Bearbeiter abzustimmen.

Sprechen Sie uns bei Interesse direkt an.