21. 08. 2023
Verfasst von: Markus Henke

Neues Forschungslabor fürs nachhaltige Fliegen

Drei Personen betrachten einen Propeller mit zwei armlangen Rotorblättern und angeschlossener Elektronik. — Im Laborraum der TU Braunschweig werden neue elektrische Bordnetze für Flugzeuge entwickelt. Prof. Markus Henke (von links), Prof. Regine Mallwitz sowie SE2A-Clustersprecher Prof. Jens Friedrichs zeigen erste Komponenten des Großgeräts E2AGLE.

Um das Fliegen umweltfreundlicher zu gestalten, spielen elektrische Bordnetze eine Schlüsselrolle. Damit Effizienz und Zuverlässigkeit im Luftverkehr direkt bei der Entwicklung berücksichtigt werden können, erhält der Exzellenzcluster „Sustainable and Energy-Efficient Aviation“ SE2A ein neues Labor, das Electric Air-craft Ground Lab Environment (E2AGLE). Das Forschungsgroßgerät wird in zwei Teilsystemen an der Technischen Universität Braunschweig und an der Leibniz Universität Hannover aufgebaut.

E2AGLE – Bordnetzkonzepte für elektrifizierte Flugantriebe

Elektrifizierte Antriebsstränge haben unmittelbare Auswirkungen auf die Bordnetzstrukturen und das Flugzeugdesign und somit auch auf das nachhaltige und energieeffizientere Fliegen. Mit verteilten Propulsorantrieben statt der bisherigen zwei Triebwerke ergeben sich in Kombination mit modernen Elektroantrieben eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, Antriebssysteme, Leistungselektronik und Bordnetze hinsichtlich der Energie- und Informationsflüsse zu gestalten. Der Exzellenzcluster „Sustainable and Energy Efficient Aviation“ (SE²A) entwickelt neue elektrische Bordnetze. Mit Hilfe des jetzt genehmigten Forschungsgroßgerätes E²AGLE können die topologischen Möglichkeiten der Bordnetze und der Flugzeugantriebe grundlegend untersucht werden.

Zentrale und dezentrale Bordnetze untersuchen

Am Exzellenzcluster, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Land Niedersachsen, beteiligen sich fünf Forschungsinstitutionen. An der Technischen Universität Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover werden zwei Teilsysteme modular aus einzeln skalierbaren Komponenten errichtet, zum Beispiel Nachbildungen von Brennstoffzellen oder Batteriespeichern in Kombination mit Flugantrieben. Das Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen der TU Braunschweig untersucht eine zentrale Bordnetztopologie, bei der alle Energiequellen mit einem gemeinsamen Bordnetz verbunden sind. Dies ermöglicht es – trotz hohem Verkabelungsaufwand –, die flexible Gestaltung der Energieflüsse, die Zuverlässigkeit der Systemkomponenten sowie die Leitungsverluste durch den Einsatz von Supraleitern im Bordnetz zu erforschen.

Leistungsvermögen, Zuverlässigkeit, Effizienz

Das Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik in Hannover untersucht hingegen dezentrale Bordnetztopologien, bei der eine freie Positionierung der Speicherkomponenten im Flugzeug ermöglicht wird. Hierzu werden viele kleine Energiespeicher in der Nähe der Antriebe positioniert. Der Verkabelungsaufwand reduziert sich. Dafür muss die Zuverlässigkeit sichergestellt werden, zum Beispiel durch eine erhöhte Anzahl der Antriebe. Die Kooperationspartner können so gleichzeitig zwei Bordnetztopologien auf das technische Leistungsvermögen, die Zuverlässigkeit, die Effizienz von Flugmanövern und Fehlerszenarien – beispielsweise den Ausfall eines Antriebsmotors – untersuchen. Die Ergebnisse der Untersuchungen der beiden Entwicklungsansätze werden anschließend verglichen, um daraus technische Handlungsempfehlungen ableiten zu können.