FVA 29: Elektro-Turbo für die ASW 28

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 besonderes Augenmerk soll dabei auf die einfache Bedienung sowie auf die Nachrüstbarkeit in Serienflugzeuge geworfen werden. So soll das gesamte Triewerk mit Energiespeicher und Regelung im Motorkasten untergebracht werden, um ohne große Änderungen an der Zelle einen einfachen Umbau zu gewährleisten. In zahlreichen Gruppensitzungen wurden die Ziele des Projekts und die Anforderungen an das Triebwerk klar definiert. Eine bessere Steigleistung als die des Verbrenners sollte bei vergleichbarer Reichweite erreicht werden.

ASW-28 mit ausgefahrenem Propeller

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.

Structure Health Monitoring



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.

Näheres zu SHM im Rahmen der FVA 29 in diesen Beiträgen:
Erster Einbau in den Mast der FVA 29
5. April 2017

Aero Friedrichshafen Halle B5 Stand 319

10. März 2017

FVA 29 Propeller Test – oder warum KöPi uns Bier schuldet

5. November 2016

FVA-29 Propeller lackiert!