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Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Charakterisierung
hybrider Systemarchitekturen
für elektrische Flugzeuge
Characterisation of
hybrid system architectures
for electric aircraft
Studies at Bauhaus Luftfahrt have already shown that highly optimised
conventional gas turbines only offer limited remaining potential
for further improvement. Moreover, universally electric, battery-powered
aircraft for commercial aviation will remain restricted
to low-power segments, at least for the foreseeable future,
because they require too many compromises in range and payload
(see page 42). In this context, researchers at Bauhaus Luftfahrt
were able to show that hybrid propulsion concepts with two or
more energy storage and/or power conversion devices, of which at
least one is different from the conventional system of kerosene
and turbo-engine, may act as a technological stepping stone in the
electrification of commercial aviation.
Bauhaus Luftfahrt’s approach to studying hybrid systems is
twofold. On the one hand, relevant component technologies, their
sca ling properties and future development potentials have been
compiled into an extensive catalogue over several years, which
could again be significantly enlarged and updated in 2013. This
cata logue includes simple physics-based scaling models, among
others for high temperature superconducting as well as normal
conducting electric machines, power converters and cables. Using
these models, suitable power systems for selected mission segments
and their optimal combination for specific transport applications
can be identified. Moreover, Bauhaus Luftfahrt researchers
scrutinise hybrid concepts and development efforts from other industries
such as in the automotive sector with respect to a possible
transfer of knowledge and technology into the aviation context.
The analyses already document to what extent future electric components
such as fuel cells, batteries, electric motors and generators
will be smaller, lighter and better performing due to new materials
and developments. Based on these results, the researchers
were moreover able to start identifying hybrid concepts which, if
carefully designed, can achieve significant emission savings while
minimising reductions in performance.
On the other hand, Bauhaus Luftfahrt is seeking to establish
a transparent and comprehensive set of parameters to charac­
Studien des Bauhaus Luftfahrt haben bereits gezeigt, dass konventionelle
Gasturbinen bereits hochoptimiert sind und Verbesserungen
nur noch limitiert möglich sind. Zudem werden universellelektrische,
batteriebetriebene Luftfahrzeuge zumindest für die ab sehbare
Zukunft auf niedrige Leistungsklassen beschränkt bleiben,
weil sie für die kommerzielle Luftfahrt zu große Kompromisse bei
Reichweite und Nutzlast erfordern (siehe Seite 42). In diesem Zusammenhang
konnten Forscher des Bauhaus Luftfahrt zeigen,
dass hybride Antriebskonzepte mit zwei oder mehr Energiespeichern
und/oder -wandlern, von denen mindestens einer sich vom
konventionellen System aus Kerosin und Turbine unterscheidet,
die Rolle einer Brückentechnologie einnehmen können.
Bei der Analyse hybrider Systeme verfolgt das Bauhaus Luftfahrt
eine Doppelstrategie: Zum einen haben die Wissenschaftler
in den vergangenen Jahren einen ausführlichen Katalog relevanter
Komponententechnologien, ihres Skalierungsverhaltens sowie
ihres zukünftigen Entwicklungspotenzials erstellt, der auch 2013
wieder deutlich erweitert und aktualisiert wurde. Dieser beinhaltet
einfache physikalische Skalierungsmodelle, unter anderem für normal-
und supraleitende elektrische Maschinen, Leistungselektronik
und Kabel. Diese ermöglichen es, geeignete Antriebssysteme
für einzelne Missionsabschnitte sowie deren beste Kombination
für ganze Transportanwendungen zu finden. Weiterhin beobachten
die Wissenschaftler auch hybride Konzepte und Entwicklungsbemühungen
in anderen Sektoren, zum Beispiel in der Automobilbranche,
und untersuchen sie in Bezug auf einen möglichen Wissens-
und Technologietransfer in die Luftfahrt. In den Analysen
des Bauhaus Luftfahrt deutete sich bereits an, dass zukünftige
elektrische Komponenten wie beispielsweise Brennstoffzellen, Batterien,
elektrische Motoren und Generatoren dank neuer Materialien
und Entwicklungen noch leichter, kleiner und leistungsfähiger
werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse konnten die Wissenschaftler
auch bereits erste hybride Konzepte identifizieren, mit denen
bei sorgfältiger Auslegung deutliche Emissionsersparnisse bei minimierten
Leistungsnachteilen erzielt werden könnten. > >
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Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.