DE102015008178A1 - TUBESTRUCT integral high-pressure tube tank The basic idea is a single-tube structure of a wing, where the tubes are loaded under high internal pressure as well as able to absorb thrust and torsion loads from stresses in the flight. The tubes can absorb hydrogen, methane or other volatile gases. - Google Patents

TUBESTRUCT integral high-pressure tube tank The basic idea is a single-tube structure of a wing, where the tubes are loaded under high internal pressure as well as able to absorb thrust and torsion loads from stresses in the flight. The tubes can absorb hydrogen, methane or other volatile gases. Download PDF

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Abstract

Kurzfassung Technisches Problem der Erfindung = technische Aufgabe und Zielsetzung Der Innovationsgehalt von TUBESTRUCT besteht in der Erschließung der Nutzbarkeit von umweltfreundlichem Wasserstoff als Energieträger ohne die Nachteile von konventionellen Wasserstofftanks, die sich entweder zu Lasten der aerodynamischen Effizienz oder der Nutzlastkapazität auswirken. Bisher wurden zwar röhrenförmige Tanks zur Speicherung des Wasserstoffs schon genutzt, die Übernahme von strukturtragenden Funktionen wurde nach aktuellem Stand jedoch bei Hochdrucktanks noch nicht durchgeführt. Die Weiterentwicklung des Stands der Technik durch das Projekt TUBESTRUCT besteht in der erstmaligen Verknüpfung dieser beiden Funktionen mit dem Ziel, daraus einen aerodynamischen und kapazitiven Vorteil zu gewinnen. Lösung des Problems bzw. der technischen Aufgabe Grundidee ist eine zu Einzelröhren/Einzelzellen aufgelöste Struktur eines Tragflügels, wobei die Röhren sowohl unter hohem Innendruck belastet sind, als auch Schub-, Biege- und Torsionslasten aus Beanspruchungen im Fluge aufnehmen können. Die Röhren können Wasserstoff, Methan oder andere flüchtige Gase unter hohem Druck (bis 700 bar) aufnehmen. Anwendungsgebiet Durch TUBESTRUCT wird die Nutzung von Wasserstoff bei Kleinflugzeugen/Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt ermöglicht. Damit ist eine erhebliche Steigerung der Reichweite möglich. Darüber hinaus werden die CO2-Emissionen solcher Flugzeuge eliminiert und die Ökoeffizienz der Luftfahrt insgesamt erhöht.Summary Technical Problem of the Invention = Technical Problem and Objective The innovative nature of TUBESTRUCT is to exploit the utility of green hydrogen as an energy source without the drawbacks of conventional hydrogen tanks, which are either at the expense of aerodynamic efficiency or payload capacity. So far, although tubular tanks have been used to store the hydrogen already, the adoption of structure-carrying functions has not yet been carried out in modern high pressure tanks. The development of the state of the art through the project TUBESTRUCT consists in the first combination of these two functions with the aim to gain an aerodynamic and capacitive advantage. Solution to the problem or technical problem The basic idea is a single-tube / single-cell structure of a wing, where the tubes are loaded under high internal pressure, and can absorb thrust, bending and torsional loads from stresses in the flight. The tubes can absorb hydrogen, methane or other volatile gases under high pressure (up to 700 bar). Application area TUBESTRUCT enables the use of hydrogen in small aircraft / general aviation aircraft. This is a significant increase in range possible. In addition, the CO2 emissions of such aircraft are eliminated and the overall eco-efficiency of aviation increased.

Description

Stand der Wissenschaft und TechnikState of science and technology

Stand der Technik bei Wasserstoffantrieben ist die Nutzung von konventionellen Wasserstofftanks, die sich entweder zu Lasten der aerodynamischen Effizienz oder der Nutzlastkapazität auswirken. Bisher werden Wasserstofftanks an Flugzeugen mit dem Ziel der Erprobung von Antriebskomponenten betrieben. Negative Auswirkungen auf die Effizienz oder die Nutzlastkapazität sind für diese Zwecke nicht relevant.The state-of-the-art in hydrogen propulsion systems is the use of conventional hydrogen tanks, which either impact aerodynamic efficiency or payload capacity. So far, hydrogen tanks are operated on aircraft with the aim of testing drive components. Negative effects on efficiency or payload capacity are not relevant for these purposes.

Durchgeführte Leistungsrechnungen und Analysen der APUS – Aeronautical Engineering GmbH zeigen einen Systemvorteil von H2-basierten Antrieben im Bereich von Langzeitobservationsmissionen.Performed performance calculations and analyzes of APUS - Aeronautical Engineering GmbH show a system advantage of H 2 -based drives ranging from long-term observation missions.

Wasserstoff hat eine dreifach höhere massebezogene Energiedichte als Benzin oder Diesel. Diesem Vorteil steht die bei Atmosphärendruck um circa 3000-fach geringere aufs Volumen bezogene Energiedichte gegenüber. Aus diesem Grund wird Wasserstoff in den meisten Anwendungsfällen mit einer von drei verschiedenen Speichermethoden gespeichert:1

1
Schulz, Michael: Ein Beitrag zur Modellierung des Zeitstandverhaltens von Faserverbundwerkstoffen im Hinblick auf die Anwendung an Hochdruckspeichern; Dissertation an der TU Berlin, 2013
  • – kryogene Speicherung (verflüssigte Form)
  • – Festkörperspeicherung
  • – gasförmige Speicherung durch Komprimierung.
Hydrogen has a threefold higher mass-based energy density than gasoline or diesel. This advantage is offset by at atmospheric pressure by about 3000-fold lower volume-related energy density. For this reason, hydrogen is stored in most applications using one of three different storage methods: 1
1
Schulz, Michael: A contribution to the modeling of the creep behavior of fiber composites with regard to the application to high-pressure accumulators; Dissertation at the TU Berlin, 2013
  • - cryogenic storage (liquefied form)
  • - Solid state storage
  • - gaseous storage by compression.

Bei der gasförmigen Speicherung werden vorwiegend Systeme mit 200 bis 750 bar eingesetzt. Diese ermöglichen massebezogene Energiedichten von bis zu 2 kWh pro kg. For gaseous storage systems with 200 to 750 bar are mainly used. These allow mass-based energy densities of up to 2 kWh per kg.

Für mobile Anwendungen sind Druckbehälter aus faserverstärkten Kunststoffen geeignet. Diese werden mit metallischen Linern gedichtet und weisen geringere Strukturmassen als herkömmliche Metalldruckbehälter auf.For mobile applications, pressure vessels made of fiber-reinforced plastics are suitable. These are sealed with metallic liners and have lower structural masses than conventional metal pressure vessels.

Als Beispiel für ein bestehendes Integrationsbeispiel kann die Antares DLR H2 mit einer externen Wasserstoffspeicherung genannt werden (siehe ). Der bemannte Motorsegler ist eigenstartfähig und kann mehrere Stunden in der Luft bleiben.2

2
Kallo J.: ”Antares DLR-H2 research aircraft using fuel cell propulsion”, Fuel Cells Bulletin, Juli 2008
Die geplante Weiterentwicklung mit der Bezeichnung Antares DLR-H3 soll eine gesteigerte Menge Wasserstoff transportieren können. Realisiert wird dies durch vier Tanks in Außenlastbehältern. Die projektierte Reichweite beträgt 6000 km und die Flugdauer 50 Stunden.3
3
Kallo J.: ”DLR, Lange Aviation to develop Antares H3 fuel cell aircraft”, Fuel Cells Bulletin, September 2010
As an example of an existing integration example, the Antares DLR H2 with an external hydrogen storage can be mentioned (see ). The manned motor glider is self-launching and can stay in the air for several hours. 2
2
Kallo J .: "Antares DLR-H2 research aircraft using fuel cell propulsion", Fuel Cells Bulletin, July 2008
The planned development called Antares DLR-H3 should be able to transport an increased amount of hydrogen. This is achieved by four tanks in external load containers. The projected range is 6000 km and the flight duration is 50 hours. 3
3
Kallo J .: "DLR, Long Aviation to develop Antares H3 fuel cell aircraft", Fuel Cells Bulletin, September 2010

Ein älteres Projekt ist das in den 1990er Jahren als Studie entwickelte Cryoplane auf Basis des Airbus A310. Der verflüssigte Wasserstoff sollte dabei in gekühlten Tanks gespeichert werden. Wie in zu erkennen ist, sind die Wasserstofftanks in einem Bereich über der Kabine integriert worden. Dies wurde mit nicht ausreichendem Bauraum im Tragflügel begründet.4

4
Faaß R.: „Cryoplane-Flugzeuge mit Wasserstoff” Hamburg, 2001
An older project is the cryoplane developed on the basis of the Airbus A310 in the 1990s as a study. The liquefied hydrogen should be stored in cooled tanks. As in As can be seen, the hydrogen tanks have been integrated in an area above the cabin. This was due to insufficient space in the wing. 4
4
Faaß R .: "Cryoplane Aircraft with Hydrogen" Hamburg, 2001

Verschiedene Optionen hinsichtlich der Tankanordnungen wurden im Anschluss an das Cryoplane von verschiedenen Stellen aus durchgeführt. Große Tanks erwiesen sich in Bezug auf das Verhältnis Tankstrukturgewicht pro mitgeführtem Kilogramm Wasserstoff als vorteilhafter gegenüber kleineren Tanks. Kleinere Tanks können jedoch einfach in die vorhandene Flugzeugstruktur integriert werden und erhöhen damit die aerodynamische Effizienz des Systems.Various options regarding the tank arrangements were carried out from different locations following the Cryoplane. Large tanks proved to be more advantageous over smaller tanks in terms of tank-structure weight per kilogram of hydrogen carried. However, smaller tanks can be easily integrated into the existing aircraft structure, increasing the system's aerodynamic efficiency.

Zusammengefasst wurden bisherige Untersuchungen primär zu folgenden Themen durchgeführt:

  • – externe Tragflügeltanks
  • – Tanks in Rumpfsegmenten vor und hinter dem Kabinenbereich
  • – unkonventionelle Konfigurationen, um Tanks besser in die Rumpfstruktur zu integrieren
  • – die Nutzung von einem Rumpf oder mehreren zusätzlichen Rümpfen
  • – Zusatztanks in Frachtcontainern.
In summary, previous investigations were conducted primarily on the following topics:
  • - external wing tanks
  • - Tanks in fuselage segments in front of and behind the cabin area
  • - Unconventional configurations to better integrate tanks in the hull structure
  • - the use of one or more hulls
  • - Additional tanks in freight containers.

Neben der Entwicklung neuer Konzepte auf Basis der Wasserstofftechnologie für Verkehrs- und Frachtflugzeuge wurden Grundlagenforschungen vor allem an bemannten Forschungsflugzeugen in der Größenordnung von Sportflugzeugen durchgeführt13

13
Berry P., Ahmad S.: ”Sport Aviation of the Future. Possible Concepts for Future Sport Aircraft Using Different Environmental Friendly Propulsion Concepts”, 27TH International Congress of the Aeronautical Sciences, 2010
In addition to the development of new concepts based on hydrogen technology for transport and freighter aircraft, basic research was carried out mainly on manned research aircraft on the order of sports aircraft 13
13
Berry P., Ahmad S .: "Sports Aviation of the Future. Possible Concepts for Future Aircraft Using Different Environmental Friendly Propulsion Concepts ", 27th International Congress of the Aeronautical Sciences, 2010

So wurde im Jahr 2008 ein Motorsegler vom Typ HK36 Super Dimona von Diamond Aircraft in Kooperation mit Boeing umgerüstet und flog als erstes bemanntes Flugzeug allein mit Hilfe von Brennstoffzellen. zeigt, dass der Tank hinter dem Cockpit angebracht ist. Der relativ kleine Tank ermöglichte Flugdauern von etwa 20 Minuten.In 2008, for example, a HK36 Super Dimona motor glider from Diamond Aircraft was converted in cooperation with Boeing and flew as the first manned aircraft with the help of fuel cells alone. shows that the tank is mounted behind the cockpit. The relatively small tank allowed flight times of about 20 minutes.

Das solarbetriebene Höhenforschungsflugzeuge HELIPLAT® des Polytechnikums Turin, welches seit 2002 entwickelt wird14

14
Romeo G., Frulla G., Cestino E, Corsino G.: ”HELIPLAT®: Design, Aerodynamic, Structural Analysis of Long-Endurance Solar-Powered Stratospheric Platform”, Journal of Aircraft, Vol. 41, No. 6 (2004), S. 1505–1520
15
15
Romeo G., Frulla G., Cestino E, Borello F.: ”HELIPLAT®: High Altitude Very-long Endurance Solar Powered Platform for Border Patrol and Forest Fire Detection”, 7th European Workshop on Aircraft Design Education, Politecnico Torino, 2005
, nutzt Wasserstoff als Energiespeicher. Am Tag von Solarzellen produzierter Strom, welcher nicht für den Vortrieb genutzt wird, kann zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden, welcher in Tanks gespeichert wird. HELIPLAT® besitzt lange röhrenförmige Tanks in den Flügeln, um den Wasserstoff zu speichern. Dabei dienen die Tanks jedoch nicht als mittragende Struktur (siehe ).The solar-powered altimeter HELIPLAT ® of the Polytechnic Turin, which has been developed since 2002 14
14
Romeo G., G. Frulla, Cestino E, Corsino G .: "HELIPLAT ®: Design, Aerodynamic, Structural Analysis of Long-Endurance Solar-Powered Stratospheric Platform ", Journal of Aircraft, Vol. 6 (2004), p. 1505-1520
15
15
Romeo G., G. Frulla, Cestino E, F .: Borello "HELIPLAT ®: High Altitude Endurance Very-long Solar Powered Platform for Border Patrol and Forest Fire Detection", 7th European Workshop on Aircraft Design Education, Politecnico Torino, 2005
, uses hydrogen as energy storage. Electricity produced on solar cell day, which is not used for propulsion, can be used to produce hydrogen, which is stored in tanks. HELIPLAT ® has long tubular tanks in the wings to store the hydrogen. However, the tanks do not serve as a supporting structure (see ).

Lasttragende Rohrholme sind heutzutage vor allem im Bereich der Ultraleichtflugzeuge zu finden. zeigt eine Comco Ikarus C42 B mit Röhrenholm aus Aluminium, der die Flügellasten trägt.Load-bearing tube spars are nowadays mainly found in the field of ultralight aircraft. shows a Comco Ikarus C42 B with aluminum tubular spar that carries the wing loads.

Für die Berechnung von Rohrholmen kann das Technische Memorandum No. 933 der NACA aus dem Jahre 1940 genannt werden. In dem Memorandum werden analytische Berechnungsgrundlagen erläutert und Beispiele gezeigt.16

16
Ebner H.: ”The Strength of Shell and Tubular Spar Wings”, TM No. 933, NACA, 1940
For the calculation of tube spars, Technical Memorandum No. 933 of the NACA from 1940 are called. The memorandum explains analytical principles of calculation and shows examples. 16
16
Ebner H .: "The Strength of Shell and Tubular Spar Wings", TM no. 933, NACA, 1940

Weiterentwicklung über den Stand der Technik hinausFurther development beyond the state of the art

Bisher gibt es keine Wasserstofftanks, welche gleichzeitig als tragende Strukturbauteile in Tragflächen verwendet werden können.So far, there are no hydrogen tanks, which can be used at the same time as supporting structural components in wings.

Der Innovationsgehalt von TUBESTRUCT besteht in der Erschließung der Nutzbarkeit des emissionsfreien Wasserstoffs ohne die oben genannten Nachteile der konventionellen Tanks. Bisher wurden zwar röhrenförmige Tanks zur Speicherung des Wasserstoffs genutzt (vgl. HELIPLAT®), die Übernahme von tragenden Aufgaben wurde nach aktuellem Stand der Recherche jedoch noch nicht bei Wasserstofftanks durchgeführt. Die Weiterentwicklung des Stands der Technik durch das Projekt TUBESTRUCT besteht in der erstmaligen Verknüpfung dieser beiden Funktionen mit dem Ziel, daraus einen aerodynamischen und kapazitiven Vorteil zu gewinnen.The innovation content of TUBESTRUCT consists in the exploitation of the usability of emission-free hydrogen without the above-mentioned disadvantages of conventional tanks. Although tubular tanks have hitherto been used to store hydrogen (see HELIPLAT ® ), according to the current state of research, the assumption of supporting tasks has not yet been carried out with hydrogen tanks. The development of the state of the art through the project TUBESTRUCT consists in the first combination of these two functions with the aim to gain an aerodynamic and capacitive advantage.

Bei einem Erfolg des Projekts wird die Nutzung von Wasserstoff bei Kleinflugzeugen ermöglicht. Damit ist eine erhebliche Steigerung der Reichweite möglich. Darüber hinaus werden die CO2-Emissionen solcher Flugzeuge drastisch reduziert und die Ökoeffizienz der Luftfahrt wird gesteigert. If the project is successful, the use of hydrogen in small aircraft will be made possible. This is a significant increase in range possible. In addition, the CO 2 emissions of such aircraft are drastically reduced and the eco-efficiency of aviation is increased.

Erfindunginvention

Grundidee ist eine zu Einzelröhren aufgelöste Struktur eines Tragflügels, wobei die Röhren sowohl unter hohem Innendruck belastet sind, als auch Schub- und Torsionslasten aus Beanspruchungen im Fluge aufnehmen können.The basic idea is a single-tube structure of a wing, where the tubes are both under high internal pressure loaded, and can absorb thrust and torsional loads from stresses in the flight.

Die und zeigen den Aufbau des Flügels mit dem TUBESTRUCT-Tanksystem. Hierzu sind noch folgende Anmerkungen zu machen: die Maße sind nicht endgültig, die Geometrie ist skalierbar, die Röhrenenden sind Halbkugelkalotten und geplant ist ein Tragflügel mit einer Spannweite größer als 30 Meter.The and show the structure of the wing with the TUBESTRUCT tank system. The following comments are to be made: the dimensions are not final, the geometry is scalable, the tube ends are Halbkugelkalotten and planned is a wing with a span greater than 30 meters.

Die und zeigen mehrere, aus Faserverbundkunststoff hergestellte Röhren mit integriertem Dichtungsgewebe, die gleichzeitig als Wasserstofftank und Holmstruktur dienen. Die Röhren müssen dabei nicht zwangsläufig Kreisquerschnitte haben, sondern es kann auch ein in Zellen aufgeteilter Querschnitt Lösung des Problems sein (siehe ). Verglichen mit der konventionellen Flügelbauweise wird die Flügelschale durch die Vergrößerung der Holmbreite (in Flugrichtung) besser gestützt. Eine zusätzliche Übertragung der Festigkeitsfunktion von konventionellen Holmgurten auf die Flügelschale ist in diesen Bereichen denkbar.The and show several, made of fiber composite plastic tubes with integrated sealing fabric, which also serve as a hydrogen tank and spar structure. The tubes do not necessarily have to have circular cross-sections, but it can also be a cross-section divided into cells solution of the problem (see ). Compared with the conventional wing construction, the wing shell is better supported by increasing the beam width (in the direction of flight). An additional transfer of the strength function of conventional spar straps on the wing shell is conceivable in these areas.

Das beschriebene Tanksystem ermöglicht es, große Mengen komprimierten Wasserstoffgases im Tragflügel zu speichern.The tank system described makes it possible to store large amounts of compressed hydrogen gas in the wing.

Vorteileadvantages

Die Verwendung von unter Druck gespeicherten Gasen (Wasserstoff, Methan etc.) als Treibstoff soll durch die Entwicklung von Flügelintegraltanks für die Luftfahrt nutzbar gemacht werden. Dabei soll der Anteil der Tankstrukturmasse an der Leermasse im Vergleich zu herkömmlichen Druckbehältern reduziert werden. Durch die Integration der Tanks in den Flügel ist es möglich, das Rumpfvolumen weitestgehend für Payload zu nutzen. Damit soll ein Brennstoffzellenantrieb in aerodynamisch hochentwickelten Flugzeugzellen nutzbar gemacht werden. Externe Kraftstofftanks sind dort aus Effizienzgründen besonders störend.The use of pressurized gases (hydrogen, methane, etc.) as fuel is to be harnessed through the development of aviation vane integral tanks. The proportion of the tank structure mass is to be reduced to the empty mass in comparison to conventional pressure vessels. By integrating the tanks in the wing, it is possible to use the hull volume as far as possible for payload. This is intended to harness a fuel cell drive in aerodynamically sophisticated airframes. External fuel tanks are particularly disturbing for efficiency reasons.

Das zu erwartende Zusatzgewicht soll nicht über dem Gewicht von konventionellen Zusatztanks liegen.The expected additional weight should not exceed the weight of conventional additional tanks.

Die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Luftfahrt kann durch die Verwendung von neuartigen Bauweisen in Bezug auf die Flügelstruktur gesteigert werden. Die angestrebte Reduzierung der Gesamtmasse von Flügel- und Tankstruktur bietet ein Einsparpotenzial für Kraftstoff während des Fluges. Durch die Verwendung von Wasserstoff mit einer geringeren Dichte als herkömmliche Kraftstoffe kann die Flugdauer erheblich erhöht werden. Dies ermöglicht der geringere Abflugmassenanstieg bei großen Flugmissionsdauern. Ein weiterer Aspekt bietet die Steigerung der Herstelleffizienz durch die neu betrachtete Optimierung der Flügelbauweise. Die Verwendung der Tankstruktur aus mehreren Röhren als Flügelholm bietet die Möglichkeit den gesamten Flügelaufbau unter multidisziplinären Gesichtspunkten neu zu bewerten und zu optimieren. Durch die Übernahme von mehreren Funktionen einzelner Bauteile kann die Gesamtkomplexität reduziert und die Herstellung vereinfacht werden.The performance and efficiency of aviation can be increased by using novel wing structure designs. The targeted reduction in the total mass of the wing and tank structure offers potential for fuel savings during the flight. By using hydrogen at a lower density than conventional fuels, the flight time can be significantly increased. This allows for lower take-off mass increase for large mission duration. Another aspect is the increase in production efficiency through the newly considered optimization of the wing construction. The use of the multi-tube tank structure as a wing spar offers the opportunity to re-evaluate and optimize the entire wing structure from a multidisciplinary point of view. By taking over several functions of individual components, the overall complexity can be reduced and manufacturing simplified.

Ausführen der beanspruchten ErfindungExecute the claimed invention

Der Innovationsgehalt der Erfindung liegt maßgeblich in der Kombination von Strukturbauteilen mit den Speicherelementen des Wasserstoffgases. Die Herausforderung liegt dabei einerseits in der rechnerischen Beschreibung des Festigkeitsproblems und andererseits in der Fertigungstechnologie. Das Gesamtbauteil soll voraussichtlich als integrales Faserverbundbauteil entstehen. Sowohl Rechenmodell als auch Fertigungstechnologie sind Thema eines aktuell laufenden Forschungsprojekts der APUS – Aeronautical Engineering GmbH. Die endgültige Ausführung ist über die Art und Weise der geometrischen Gestaltung hinaus somit noch nicht festgelegt.The innovation content of the invention is significantly in the combination of structural components with the storage elements of the hydrogen gas. The challenge lies on the one hand in the computational description of the strength problem and on the other in manufacturing technology. The overall component is expected to be created as an integral fiber composite component. Both mathematical model and manufacturing technology are the subject of a current research project of the APUS - Aeronautical Engineering GmbH. The final design is thus not yet defined beyond the manner of geometric design.

Claims (1)

Integraler Hochdruckröhrentank für Flugzeugtragflächen, dadurch gekennzeichnet, dass: 1. mehrere, aus Faserverbundkunststoff hergestellte Röhren mit integriertem Dichtungsgewebe gleichzeitig als Hochdruckwasserstofftank und als Holmstruktur dienen 2. die Röhren einen Innendruck 200–700 bar ertragen 3. die Röhren Schub-, Biege-, Druck-, Zug- und Torsionsbelastungen ertragen 4. die Röhren Wasserstoff, Methan oder andere flüchtige Gase aufnehmen können 5. die Röhren nicht zwangsweise einen kreisrunden Querschnitt haben, es sind auch ovale Querschnitte oder Ähnliches möglich.Integral high-pressure tube tank for aircraft wings, characterized in that: 1. several, made of fiber composite plastic tubes with integrated sealing fabric serve as a high-pressure hydrogen tank and as spar structure 2. the tubes an internal pressure 200-700 bar endure 3. the tubes push, bending, pressure 4. The tubes can absorb hydrogen, methane or other volatile gases. 5. The tubes do not necessarily have a circular cross section, oval cross sections or the like are also possible.
DE102015008178.0A 2015-06-25 2015-06-25 TUBESTRUCT integral high-pressure tube tank The basic idea is a single-tube structure of a wing, where the tubes are loaded under high internal pressure as well as able to absorb thrust and torsion loads from stresses in the flight. The tubes can absorb hydrogen, methane or other volatile gases. Ceased DE102015008178A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3111590A1 (en) * 2020-06-23 2021-12-24 Dassault Aviation GAS TANK INTENDED TO SERVE AS A STRUCTURAL ELEMENT FOR THE FUSELAGE, TANKSHAFT OR SAILS OF AN AIRCRAFT
US20220388628A1 (en) * 2021-06-07 2022-12-08 Textron Innovations Inc. Aircraft Airframes having Integral Fuel Tanks

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3111590A1 (en) * 2020-06-23 2021-12-24 Dassault Aviation GAS TANK INTENDED TO SERVE AS A STRUCTURAL ELEMENT FOR THE FUSELAGE, TANKSHAFT OR SAILS OF AN AIRCRAFT
US20220388628A1 (en) * 2021-06-07 2022-12-08 Textron Innovations Inc. Aircraft Airframes having Integral Fuel Tanks

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