Entwurf elektrischer Systemkomponenten und Antriebsstränge für das Projekt “Hybridisierte Verdichterkonzepte” (HybVer)

Abstract

Das Projekt Hybridisierte Verdichterkonzepte (HybVer) untersucht das Konzept elektrisch angetriebener Verdichter innerhalb des Triebwerks. Der Beitrag der BTU konzentriert sich auf die Auslegung und Analyse des elektrischen Antriebssystems für die Integration in hybrid-elektrische Verdichter. Dieser Bericht stellt die wesentlichen Arbeiten und Ergebnisse dieses Beitrags dar. Zunächst werden die wichtigsten elektrischen Komponenten identifiziert und ihr Potenzial unter Berücksichtigung erwarteter Entwicklungen der Leistungs- und Energiedichte analysiert. Darauf aufbauend werden die wesentlichen Kriterien für die Konzeptauswahl und für die Integration elektrischer Maschinen in den Verdichter untersucht. Anschließend werden die detaillierte Auslegung des elektrischen Antriebssystems, die Entwicklung eines analytischen Motormodells und der Aufbau einer Motor-Design-Cloud beschrieben. Darüber hinaus wird die Architektur des elektrischen Antriebssystems ausgelegt und luftfahrtspezifische Anforderungen werden berücksichtigt. Zusätzlich werden mögliche Motorfehler, insbesondere Kurzschlussfehler und die operationellen Auswirkungen eines Motorausfalls, analysiert. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für die weitere Auslegung, Analyse und Systemintegration elektrischer Antriebssysteme für zukünftige hybrid-elektrische Luftfahrtanwendungen. The Hybridisierte Verdichterkonzepte (HybVer) project investigates the concept of electrically driven compressors inside the engine. The contribution of BTU focuses on the design and analysis of the electric drive system for integration into hybrid-electric compressors. This report presents the main work and results of this contribution. First, the key electrical components are identified, and their potential is analyzed while considering expected developments in power density and energy density. Based on this, the main criteria for concept selection and for the integration of electric machines into the compressor are investigated. Then, the detailed design of the electric drive system, the development of an analytical motor model, and the generation of a motor design cloud are described. In addition, the architecture of the electric drive system is designed, and aviation-specific requirements are considered. Possible motor faults, especially short-circuit faults and the operational effects of a motor failure, are also analyzed. The results provide a basis for the further design, analysis, and system integration of electric drive systems for future hybrid-electric aviation applications