FVA 30

Unser hybrid-elektrischer Motorsegler

Elektroflug aus Aachen

Die Elektromobilität zählt zu den größten Herausforderungen einer sektorübergreifenden Energiewende. Während das Elektroauto gerade kurz vor seinem großen Durchbruch steht, zeichnen sich auch bereits Entwicklungen zur Elektrifizierung der Luftfahrt ab. So sollen schon 2030 erste kommerzielle Flüge mit hybriden Flugzeugen angeboten werden. Ebenfalls im Fokus steht eine Veränderung unserer Mobilität. „Air-Taxis“ und kleine elektrische Regionalflugzeuge sollen dem wachsenden Mobilitätsbedarf entgegenkommen und z.B. den im Kontext der Urbanisierung zunehmenden innerstädtischen Verkehr klimafreundlich entlasten. Neben der Integration solcher neuartigen Konzepte in unsere bestehende Infrastruktur gibt es jedoch eine Reihe an technischen Hürden und offenen Fragen: Ist der Elektroflug tatsächlich eine energieeffiziente Alternative? Für welche Reichweiten lassen sich solche Systeme sinnvoll realisieren? Welche Vor- und Nachteile ergeben sich aus einem elektrischen Antrieb? Wie ist die Lärmbelastung? Im Rahmen des Projekts FVA 30 gehen wir diesen Fragen nach und entwickeln hierzu ein Forschungsflugzeug, das ein vorgegebenes Missionsprofil mit maximaler Effizienz bei geringer Umweltbelastung erfüllen soll. Anders als beim Elektroauto wäre ein rein batterie-elektrischer Antrieb im Flugzeug aufgrund der noch zu geringen Energiedichte der Batterien jedoch stark eingeschränkt, sodass wir uns für ein hybrid-elektrisches Antriebskonzept entschieden haben. Dieses wird in einen zweisitzigen Motorsegler integriert, der mit seiner innovativen Konstruktion die Vorteile des Antriebskonzepts optimal ausnutzt und dabei neben einer sehr geringen Emission auch auf eine geringe Lärmbelastung ausgelegt ist. Zusätzlich soll die Tauglichkeit eines durch Erdgas gespeisten Range-Extenders untersucht werden.

Unsere Vision

Von Aachen nach Berlin – schneller und effizienter als das Automobil!

„Von Aachen nach Berlin - schneller und effizienter als das Automobil“ — mit diesem ambitionierten Ziel wollen wir die Vorteile hybrider Flugsysteme unter Beweis stellen und zugleich an einem realistischen Szenario demonstrieren. Neben der angestrebten Reichweite und hohen Effizienz stellt die stark begrenzte Startstrecke unseres Heimatflugplatzes Aachen Merzbrück eine weitere Herausforderung dar, sodass wir kurzzeitig sehr hohe Leistungen abrufen können müssen. Der Start soll dabei sowohl in Hybridkonfiguration als auch rein elektrisch erfolgen können, wobei sich beim reinen Batteriebetrieb eine begrenzte Flugdauer von 15 Minuten unter Volllast auf 1000 m Reiseflughöhe ergibt. Mit einer Gesamtreichweite von 650 km im Hybridbetrieb sind die meisten Ziele im Inland und benachbarten Ausland problemlos erreichbar. Weiterhin ist durch die Erfüllung aller relevanten Luftsicherheitsnormen eine hohe Systemzuverlässigkeit gegeben.

Unsere Ziele

Forschungsträger

Schaffung einer Forschungsplattform für weitere Untersuchungen innovativer Energieträger

Reichweite > 650 km

Hiermit ist ein sinnvoller Aktionsradius gegeben sowie zusätzliche Sicherheit in Bezug auf unser Missionsprofil Aachen-Berlin.

Startstrecke < 500m

Die Startstrecke ist begrenzt durch unseren Heimatflugplatz Aachen-Merzbrück.

Elektrifizierung des Antriebsstrangs

Integration von Flächenendantrieben

Reisegeschwindigkeit 155 km/h

Die Reisegeschwindigkeit ist auf hohe Effizienz optimiert.

Forschung an zukünftigen Fragestellungen

Lärm, Synthetic Fuel, Rekuperation, Brennstoffzelle, Betriebsstrategien…

Teams & Technologien

Lastrechnung & Strukturauslegung

Zur Abschätzung der Lasten in unterschiedlichen Flugphasen wurde ein automatisiertes Lastberechnungstool entwickelt. Ziel ist ein Vergleich der zu erwartenden Lasten mit anderen Flugzeugen und Konfigurationen unter Variation aerodynamischer sowie flugmechanischer Parameter. Schon im Vorentwurf können hiermit strukturelle Belastungen in verschiedenen Flugphasen abgeschätzt und evaluiert werden. Zur Analyse verschiedener Manöver zu Boden und in der Luft wird ein eigens entwickelter Lastenrechner genutzt, welcher die durch die Zulassung vorgeschriebenen Flugsituationen eindeutig beschreibt. Der Strukturentwurf stellt vor allem durch die unkonventionelle Leitwerkskonfiguration und Motorposition eine besondere Herausforderungen dar. Bei der Auswahl und Dimensionierung der Struktur muss außerdem die Schwerpunktlage des Flugzeugs und die Integration von Antriebsstrangkomponenten zu jeder Zeit berücksichtigt werden. Auf Basis der Erkenntnisse verschiedener studentischer Arbeiten und unter Berücksichtigung der erwarteten Kraftverteilung wird hierzu ein passendes Strukturkonzept ausgewählt und dimensioniert. Rumpfvorderteil und Flügel werden hierbei dem e-Genius Projekt entnommen.

Rumpfauslegung

In der Strukturauslegung wird die Belegung der Hauptstruktur (Flügel, Leitwerk und Rumpf) anhand der angreifenden Kräfte bestimmt.

Lastrechnung

Berechnung aller am Flugzeug angreifenden Kräfte.

Flügelauslegung

Dimensionierende Lasten des Flügels sind unter anderem Böen und Abfangmanöver.

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Im letzten Beitrag wurde ein erster Lastvergleich zwischen den Flügeln von FVA-30 und e-Genius durchgeführt.

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Wie schon länger geplant, konnte nun die Erstellung einer finalen Weight & Balance abgeschlossen werden.

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Entwicklungsstand & Meilensteine

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Nach der vollständigen Dimensionierung und Auslegung des V-Leitwerks der FVA-30 wurde ein wichtiger Effekt, der das Leitwerk betrifft, im letzten Semester noch einmal genauer untersucht: Die Interaktion des Propellernachlaufs mit den umströmten Steuerflächen am Leitwerk und der daraus resultierenden Ruderwirksamkeit beeinflusst sowohl im zweimotorigen Betrieb, als auch im einmotorigen Betrieb (One-Engine-Inoperative, einseitiger Antriebsausfall) maßgeblich die Nachweisführung der Längs- und Seitenstabilität und betrifft somit auch die Auslegung des Leitwerks.

Fragen? Anregungen? Mitmachen?

Hast du Fragen zu dem Projekt oder möchtest du bei uns mitmachen? Dann schreib uns einfach eine E-Mail oder triff uns auf der wöchentlichen Versammlung. Dabei spielt es keine Rolle, welches Studienfach du belegst oder in welchem Semester du bist. Wir suchen immer motivierte Teammitglieder, die unser Projekt selbstständig und engagiert weiter voranbringen. Bei uns erhältst du exklusive Einblicke in die Flugzeugentwicklung und kannst neben dem Studium schon Erfahrung rund um die Luftfahrt sammeln. Wir freuen uns auf Dich!

Projektleitung

Johannes Götz

Felix Diekmann

Was wir dir bieten

Wir geben dir einen Einblick in die komplette Flugzeugentwicklung - vom Rumpf bis zum hybrid-elektrischen Antriebssystem. Bei uns kannst du dein Theoriewissen fachübergreifend erweitern und gleich eigene Ideen praktisch umsetzen. Dafür bieten wir mit unserer großen Werkstatt und den uns unterstützenden Instituten alles was es braucht. Zusätzlich gibt es regelmäßig Workshops zur Weiterbildung mit anderen akademischen Flugvereinen (idaflieg), technischen Hochschulgruppen (TechAachen) sowie unseren Industriepartnern. Die FVA setzt sich jedoch nicht nur mit Entwicklung neuer Flugzeugkonzepte auseinander - natürlich wollen wir am Ende auch damit abheben können! Daher bieten wir Studenten für ihre Mitarbeit auch die Möglichkeit einen Flugschein zu machen - frei nach unserem Motto "Forschen - Bauen - Fliegen".

Ausschreibungen

Strukturauslegung und Bauvorbereitung Flugzeugrumpf
  • Finalisierung der Rumpfauslegung
  • Vorbereitung der Formen für die Rumpfschale
  • Bau primärer Strukturbauteile (in CFK-GFK Verbundbauweise)
Batteriemanagementsystem-Entwicklung (Hardware)
  • Installation von Sicherheitskomponenten und Sensorik
  • Auslegung von Hardware-Schnittstellen an Batteriemodulen
  • Praktische Elektrotechnik-Kenntnisse von Vorteil
Batteriesystem Testing & Zertifizierung
  • Durchführung von Profil- und Belastungstests
  • Datenaufbereitung und -analyse
  • Erfahrung mit Lithium-Ionen Batterien sowie Python/Matlab von Vorteil

Downloads

Impressionen

Wir bedanken uns bei unseren Partnern aus Industrie und Hochschule!