F. Zach, R. Schmidt, A. Hupfer, S. Armanini

Das stetig wachsende Interesse an unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) und deren unterschiedliche Einsatz- und Betriebsbereiche stellen vor allem für das Antriebssystem eine große Herausforderung dar. Hybrid-elektrische Antriebsstränge versprechen die Vorteile eines elektrisch angetriebenen Propulsors, wie besseres dynamisches Verhalten, mit denen eines konventionellen Antriebsstrangs, wie höhere Energiedichte der verwendeten Kraftstoffe, zu kombinieren. Zudem ermöglicht die Anwendung eines hybrid-elektrischen Antriebs auch mehr Freiheitsgrade bei der Integration in verschiedene UAV-Konfigurationen, einschließlich VTOL-Konfigurationen. Im Forschungsprojekt ELAPSED (Electric Aircraft Propulsion) [1] wird hierzu ein ganzheitlicher, interdisziplinärer Ansatz zur Entwicklung und Bewertung von elektrischen Antriebsträngen für Luftfahrtanwendungen untersucht. Speziell für Untersuchungen hybrid-elektrischer Konzepte wurde ein Prüfstand für kleine Wellenleistungstriebwerke aufgebaut. Experimentelle Untersuchungen zum Betriebsverhalten sind notwendig, da sich veröffentlichte Leistungsdaten für kleine Triebwerke meist nur auf ausgewählte Betriebspunkte beschränken. Mit dem Ziel, ein umfassendes Betriebskennfeld für den Einsatz in hybrid-elektrischen Antriebssträngen zu erhalten, wurde ein Wellenleistungstriebwerk mit einer maximalen Leistung von 13 kW installiert und untersucht. Mit den gemessenen Daten konnte das Kennfeld erstellt und der Betriebsbereich mit den dazugehörigen Grenzen ermittelt werden. Aufbauend darauf wird der optimale Betriebspunkt bzw. der Bereich eines effizienten Betriebs abgeleitet. Auf dessen Grundlage können die Anforderungen an die Komponenten und die Architektur des Gesamt-Antriebsstrangs festgelegt werden.

The constantly growing interest in unmanned aerial vehicles (UAV) and their different areas of application and operation represent a major challenge, especially for the propulsion system. Hybrid-electric drive trains promise the advantages of an electrically driven propulsor, such as better dynamic behavior, with those of a conventional drive train , such as higher energy density of the fuels used. In addition, the application of hybrid-electric propulsion also allows more degrees of freedom in integration into various UAV configurations, including VTOL configurations. In the ELAPSED (Electric Aircraft Propulsion) research project [1], a holistic, interdisciplinary approach to the development and evaluation of electric drive trains for aviation applications is being investigated. A test bench for small turboshaft engines was set up specifically to investigate hybrid-electric concepts. Experimental investigations into operating behavior are necessary because published performance data for small engines are usually only limited to selected operating points. With the aim of obtaining a comprehensive operating map for use in hybrid-electric drive trains, a turboshaft engine with a maximum output of 13 kW was installed and examined. With the measured data, the map could be created and the operating range with the associated limits could be determined. Based on this, the optimal operating point or the range of efficient operation is derived. On this basis, the requirements for the components and the architecture of the entire drive train can be determined.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2023

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 9 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2023111012593831800410

10.25967/610268

Hybridantrieb, Wellenleistungstriebwerk, Modellgasturbine

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Zach, F.; Schmidt, R.; et al. (2023): Untersuchung eines kleinen Wellenleistungstriebwerks für die Anwendung in einem unbemannten Flugzeug mit hybrid-elektrischem Antrieb. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/610268. urn:nbn:de:101:1-2023111012593831800410.

10.11.2023