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Hybridantriebssystem verspricht Revolution in der Luftfahrtindustrie

An EU-finanziertes Projekt hat ein Elektro-Hybrid-Antriebssystem für Kleinflugzeuge entwickelt, das nicht nur die Emissionen senken, sondern auch die Treibstoffkosten erheblich reduzieren wird.
Hybridantriebssystem verspricht Revolution in der Luftfahrtindustrie
Das HYPSTAIR-Projekt, das im September 2013 begann und im Februar 2016 offiziell endete, hat ein Serienhybridantriebssystem für Kleinflugzeuge entwickelt, bei dem der Propeller über einen Elektromotor angetrieben wird. Der Strom stammt entweder aus einer Batterie, die während des Flugs wieder aufgeladen wird, oder aus dem treibstoffbetriebenen Generator an Bord.

Die Projektforscher haben die Bauteile des Hybridantriebssystems seit dem Konzeptstadium entworfen. Für die Größe und das Design der Bauteile wurden Leistung und Energieeffizienz des kompletten Flugwerkantriebssystems berücksichtigt. Der fertige Prototypmotor wurde kürzlich zum ersten Mal in Ajdovščina, Slowenien, getestet.

Das für den ersten Testflug ausgewählte Flugzeug wurde von Pipistrel zur Verfügung gestellt, dem slowenischen Leichtflugzeughersteller, der das Projekt koordiniert hat. Alle Antriebskomponenten wurden von Siemens, einem Mitglied des Konsortiums und Weltmarktführer in elektrischen Antriebssystemen, entwickelt.

Neuen Hybridspezifikationen

Für den ersten Test wurde ein fünfblättriger Propeller mit niedriger Drehzahl an den Motor angebracht. Der erste Start testete alle Strommodi bei niedrigen und hohen Stromstärken. Außerdem wurden sämtliche Komponenten unter Berücksichtigung aller bestehender Sicherheits- und Zertifizierungsvorschriften für die Luftfahrt entworfen.

Der 200 kW-Motor des HYPSTAIR-Projekts ist der leistungsstärkste Hybrid-Elektromotor, der bis heute für die Luftfahrt entwickelt wurde. Er liefert genauso viel Leistung wie die typischen Flugzeugtriebwerke. Der HYPSTAIR-Antriebsmotor liefert 200 kW zum Starten und 150 kW im Flugmodus. Der Motor kann im reinen Elektrobetrieb mit Batterie, im Generatorbetrieb oder im Hybridbetrieb laufen.

Obwohl die HYPSTAIR-Tests sehr vielversprechend waren, sind reine Elektromotoren für lange Flugstrecken aufgrund der bestehenden Beschränkungen der Stromspeichertechnologie ungeeignet. Folglich bietet ein Bordgenerator eine gewichtseffiziente, wenn auch weniger energieeffiziente Lösung für die Stromerzeugung.

Um ein leistungsfähiges Hybridantriebssystem zu schaffen, müssen hohe Leistungsdichten im Mittelpunkt des Elektromotor- und Generatorentwurfs stehen, um das Gewicht des Antriebssystems zu reduzieren. Das maximiert die Nutzlast des Flugzeugs. Besondere Aufmerksamkeit wurde auch der Effizienz der Komponenten gewidmet, um das Potenzial für mehr Energieeffizienz auszuschöpfen.

Zugeschnittene grafische Benutzeroberfläche (GUI)

Nach ausgiebigen Tests und Simulationen hat das Projekt überdies eine zugeschnittene grafische Benutzerschnittstelle (Graphic User Interface, GUI) für Hybridmotoren entwickelt. Sie entsprechen den Anforderungen und Vorschriften für die Informationsanzeige in der Luftfahrt, bringen aber durch die Nutzung von Systemen und Vorschriften aus anderen Sektoren (Automobil und Schifffahrt) Innovationen ein.

Das Design der neuen GUI entspricht den Gewohnheiten professioneller Piloten und besitzt das Layout analoger Instrumente. Diese Form der Darstellung und des Layouts kann Piloten von Flugzeugen älterer Generationen (die einen geringeren Grad der Computerisierung haben) oder jenen mit wenig Training an digitalen Systemen eine Hilfe sein.

Daher hat der Entwurf der Mensch-Maschine-Schnittstelle die Einfachheit und ein hohes Maß an Automatisierung betont, was die Arbeitslast des Piloten senkt. Das Design setzt seinen Schwerpunkt darauf, dass der Pilot in der Lage sein muss, wichtige Informationen über den Zustand des Hybridsystems über visuelle und haptische Hinweise zu erhalten. Insgesamt hofft das Projekt, dass sein innovatives Schnittstellensystem als Standard von der Luftfahrtindustrie angenommen wird.

Nächste Schritte

Nach Projektende sollen die entwickelten Komponenten in ein fliegendes Flugwerk eingebaut werden, was den Weg zur Kommerzialisierung eines Flugzeugs mit Hybridantrieb ebnen würde.

Außerdem würden die während des Projekts entwickelten Bauteile sowie der Erhalt der dafür erforderlichen Zertifizierungsstandards es anderen Herstellern von Flugzeugzellen und Elektrobauteilen ermöglichen, den Markt für Hybrid- und Elektroflugzeuge zu betreten.

Der Erfolg des Projekts würde daher zur Öffnung einen komplett neuen Luftfahrtmarkts beitragen. Die EU könnte einen klaren Marktvorteile erhalten, und das nicht nur weil sie die Normen festlegen kann, sondern auch, weil sie die ersten, speziell für diesen Markt zugeschnittenen Entwürfe vorlegen würde.

Quelle: Gestützt auf Projektinformationen

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