Wieso FVA 29?

 
Bei herkömmlichen Heimkehrhilfen mit Verbrennungsmotoren wird dem Piloten ein hohes Maß an Konzentration bei der Bedingung abverlangt. Bereits kleine Fehler bei der Bedienung oder mangelhafte Wartung können zu einem Totalausfall des Systems führen. Dieser Umstand birgt ein hohes Sicherheitsrisiko, da Heimkehrhilfen vornehmlich in geringeren Flughöhen eingesetzt werden, um den Weiterflug trotz fehlender Aufwinde zu ermöglichen. Durch den Einsatz eines Elektrischen Antriebsstrangs und eines ausgeklügelten Bedienkonzeptes werden die beschriebenen Risiken eliminiert. Gleichzeitig erreicht die FVA29 durch aerodynamische Optimierung sowie die explizite Auslegung auf den geforderten Betriebspunkt einen Gesamtwirkungsgrad von über 70%. Dadurch wird eine Reichweite von 120km bei einer Steigleistung von mehr als 2 m/s möglich.

Ziel des Projektes FVA 29 ist es unsere ASW 28 mit einem elektrischen Turboantrieb auszurüsten und so eine Alternative zu dem von Schleicher angebotenen Verbrenner-Turbo zu bieten. Der Elektro-Turbo soll einen direkten Beitrag zur Sicherheit im Flugverkehr leisten und Erkenntnisse zur Verwendung von Elektromotoren und Akkus in Flugzeugen bringen

Ein weiteres Ziel des Projekts ist es, möglichst vielen FVAlern das Schreiben wissenschaftlicher Arbeiten zur FVA 29 zu ermöglichen und so den hohen Einsatz der für eine solche Arbeit nötig ist, in der FVA ableisten zu können. Bei einem Treffen mit Vertretern des ISEA (Institut für Stromrichttechnik und elektrische Antriebe) zu Beginn des Jahres 2012, wurden erste Grundlagen einer Zusammenarbeit mit der Hochschule geschaffen. Diese Zusammenarbeit wurde im November des gleichen Jahres noch einmal konkretisiert. Vor allem das Know-How im Bereich Akkutechnik könnte für uns von großem Nutzen sein.

 
 

Konzeption

 
Durch den Einsatz eines Elektrischen Antriebsstrangs und eines ausgeklügelten Bedienkonzeptes werden die beschriebenen Risiken eliminiert. Gleichzeitig erreicht die FVA29 durch aerodynamische Optimierung sowie die explizite Auslegung auf den geforderten Betriebspunkt einen Gesamtwirkungsgrad von über 70%. Dadurch wird eine Reichweite von 120km bei einer Steigleistung von mehr als 2 m/s möglich. Aus den Gegebenheiten am Flugzeug, wie den Abmessungen des Motorkastens, der maximalen Zuladung im Bereich der nichttragenden Teile und dem zulässigen Schwerpunktbereich, wurden weitere Anforderungen abgeleitet. So darf die Zuladung im Motorkasten 55 Kilogramm nicht überschreiten, möchte man eine maximale Zuladung im Cockpit von 95 Kilo gewährleisten. Darüber hinaus muss das Gewicht so weit nach vorne rücken wie möglich, um die Mindestzuladung durch die Schwerpunktverschiebung nicht außerordentlich zu erhöhen. Um die geforderte Reichweite zu gewährleisten, werden rund 5 kWh Akkukapazität benötigt. Bei der Leistungsdichte aktueller, zuverlässiger Akkutypen entspräche dies einem Gewicht von 35 bis 40 Kilogramm. Entsprechend leicht müssen demnach alle anderen Komponenten des Systems werden. Die Hauptaufgabe des Projekts liegt in der Auslegung aller Elemente, die nicht zugekauft werden können. Dazu gehören Motor, Ausfahrmimik und Motorträger, Regelung und Überwachung des Motors und der Batterie, Propeller und Steuerung. Eine besondere Herausforderung wird der Motor sein. Im Gespräch mit einem Oberingenieur des IEM (Institut für elektrische Maschinen) wurde klar, dass ein Motor, wie der von uns geforderte, nicht auf dem Markt zu finden ist. Auch andere Motoren, wie sie bereits im "Antares" der Firma Lange oder in einigen elekrisch angetriebenen Flugzeugen Verwendung finden, passen nicht auf unsere Anforderungen. Die meisten dieser Motoren verfügen über deutlich mehr Leistung als benötigt und sind somit viel zu schwer. Andere Motoren in der Leistungsklasse um 15 kW liegen in einem gänzlich anderen Drehzahlbereich als gefordert.
 
70%

Wirkungsgrad

 
 
 
600

Li-Ion Zellen


 
120km

Reichweite


Neuigkeiten von den Teilprojekten

Structure Health Monitoring (SHM) ist ein relativ neues und wichtiges Forschungsgebiet im Rahmen der Faserverbundwerkstoffe. Der Grund hierfür liegt in den Unterschieden bei der Schadensdetektion. Während bei metallischen Werkstoffen eine plastische Verformung klares Anzeichen einer Beschädigung ist, tritt eine derart sichtbare Verformung bei Werkstoffen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) erst beim endgültigen Versagen ein. Die ursprüngliche Beschädigung, die bei Metallen zu Beulen o.ä. führen würde, hinterlässt in FVK Werkstoffen lediglich Weißbrüche, die durch die Lackierung hindurch nicht zu sehen sind, aber trotzdem ein ähnliches Anzeichen einer geschwächten Struktur darstellen. Da die Anzeichen für eine geschädigte Struktur nun bei FVK Werkstoffen nicht zwangsläufig erkennbar sind, wird in bisherigen Berechnungen eine geschädigte Struktur vorausgesetzt, um die Dicke der benötigten FVK Schicht zu bestimmen. Dies führt zu unnötig schweren Konstruktionen und verringert die Ersparnis von FVK Werkstoffen enorm. Dieses Problem soll mit SHM behoben werden. Dabei wird durch verschiedene Methoden versucht mögliche Schäden zu detektieren, um so wieder von einer intakten Struktur bei der Konstrkution ausgehen zu können. Im Fall der FVA-29 trat das SLA der RWTH an uns heran, um einen ersten Testlauf zu SHM zu unternehmen. Dafür wurden Piezzoaktuatoren auf die Innenseiten der zwei Schalen geklebt. Diese Aktuatoren liefern unterschiedliche Spannungen in Abhängigkeit ihrer Verformung. Diese elektrische Spannung wird dann gemessen und kann in aktuelle Verformung oder mechanische Spannung umgewandelt werden, um die Belastung bzw. mögliche Schädigung der Schale zu erkennen.
Die Herausforderung bei der Auslegung der Batterie besteht darin, die Zellen im eingeschränkten Bauraum unterzubringen. Aufgrund der hohen Strombelastung der Zellen und der Verbinder ist die Nutzung herkömmlicher Verbindungsbleche aus einer Stahl-Nickel Legierung ausgeschlossen. Es wurde ein eigenes, automatisiertes Fügeverfahren entwickelt, das die Verwendung von Kupferblechen ermöglicht. Dieses Verfahren reduziert den Widerstand der Verbinder einerseits um 90 % und ermöglicht andererseits eine kompakte Anordnung der Zellen. Auch das Gewicht spielt eine Rolle, denn die Zuladung des Motorkastens darf 55kg nicht überschreiten.

Entwicklungsstand

  • 2018

    Integration: Engine Control Unit
    Test / Erprobung: Belastungsversuch des Mastes, Windekanalversuch vom Propeller
  • 2017


    Flugbatterie: Fertigstellung der Laborbatterie (600 Zellen mit einer Leistung von 2,5 kWh bei 96 V und max. 150 A)
    Test / Erprobung: Propellertest (Nenndrehzahl 3300rpm über 50h)
    Mast: Structure Health Monitoring
  • 2016

    Propeller: Herstellung der Propellerform und Propellerzentrierung
    Flugbatterie: Akku-Packs, Maß- und geometriegetreues Computermodell
    Struktur und Komponente: Fertigstellung der Ausfahrkinematik, sowie Bruch- und Zugversuche
 
2

Belastungstests

 
2

Windkanaltests

 
1200N

ohne Schäden

 
15g

standgehalten

 
17. Juni 2018

Batteriekasten der FVA-29 besteht den Belastungsversuch

30. April 2018

ILA 2018

19. März 2018

FVA goes Windkanal – Nr. 2

5. März 2018

Flugmast der FVA 29 erfolgreich belastet

17. Februar 2018

Der Mastbau für die FVA 29

10. Januar 2018

Geglückter Belastungsversuch des FVA 29 Mastes

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Was bieten wir dir?


Wir geben dir einen Einblick in die Entwicklung von hybrid-elektrischen Flugzeugen, in die Organisation und Umsetzung von komplexen Systemen und den Kontakt zu Industrie-Partnern (wie zum Beispiel Siemens und Airbus).
Werde Teil einer Gemeinschaft, die durch dick und dünn geht, einander unterstützt und sich gegenseitig antreibt. Bei uns erlebst du die Zeit deines Lebens – versprochen!

Bachelor-, Master- und Projektarbeiten


• Auslegung eines 2-Blatt Propellers als Teil einer elektrischen Heimkehrhilfe für Segelflugzeuge
• Auslegung und Bau eines Motorschwenkarms als Teil einer elektrischen Heimkehrhilfe für Segelflugzeuge
• Auslegung und Vermessung eines elektrischen Antriebsstranges für ein Segelflugzeugklapptriebwerk
• Electronic Control Unit for a Battery-Eletric-Propulsio with SoC- and SoH-Estimation
• Modellierung und Optimierung eines elektrischen Hilfsantriebs für Segelflugzeuge
• Standschwingversuch eines Segelflugzeugs mit nachgerüstetem elektrischen Hilfsantrieb
Untersuchung eines automatisierten Lötverfahrens für Li-X Becherzellen (noch offen)

 

Haben Sie noch Fragen?
Kontaktieren sie gerne unsere Experten

 
 

Martin Theis

Projektleitung


Erwin Bögershausen

Integration


Christian Könen

Flugbatterie