F. Settele, M. Bittner

Die Reichweite rein batterie-elektrischer Flugzeuge ist derzeit aufgrund der noch niedrigen Energiedichte der Batterien gering. Um dennoch die Reichweite einer gegebenen Konfiguration vergrößern zu können, ist es sinnvoll, das Flugzeug in seinem optimalen Betriebspunkt zu betreiben. Dazu wird mittels Optimalsteuerung eine Trajektorie für ein generisches mathematisches Modell ermittelt, bei der sich der Ladezustand der Batterie für eine gegebene Flugstrecke möglichst wenig verringert. Das Problem wird durch einen direkten Kollokationsansatz diskretisiert und anschließend numerisch gelöst. Die resultierende Trajektorie wird weiterhin analysiert und die einzelnen Flugabschnitte mit Gütekriterien korreliert. Die Analyse des zugrunde gelegten Modells zeigt, dass unter anderem der Betrieb mit großer Fluggeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Propellerdrehzahl am sparsamsten ist. Abschließend wird ein Cockpit-Layout präsentiert, das dem Piloten zu jeder Zeit die optimalen Betriebsparameter anzeigt.

The range of purely battery-electric aircraft is currently limited due to the still low energy density of batteries. To increase the range of a given configuration, it is advantageous to operate the aircraft at its optimal operating point. For this purpose, an optimal control method is used to determine a trajectory for a generic mathematical model that minimizes the decrease in battery charge over a given flight distance. The problem is discretized using a direct collocation approach and then solved numerically. The resulting trajectory is further analyzed, and the individual flight segments are correlated with efficiency criteria. The analysis of the underlying model shows that, among other things, operation at high airspeed combined with high propeller speed is the most fuel-efficient. Finally, a cockpit layout is presented that displays the optimal operating parameters to the pilot at all times.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2017, München

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2018

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2018010516100

Trajektorienoptimierung, Elektrischer Flug, Flugzeug, Batterie, Motor, Wechselrichter, Schaltvorgang, Propeller, Elektrischer Strom,

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05.01.2018