Luftfahrtgerechte Leistungselektronik, Leistungsverteilung und Steuerung für hybrid-elektrische Antriebssysteme

Abstract

Ausgehend von der Systemarchitektur eines bemannten hybrid-elektrischen Fluggeräts, wurden die Spezifikationen für die elektrischen Energieversorgung und Antriebstechnik erstellt, die Anforderungen für die Antriebskomponenten, Leistungsverteilung, und Steuerung hergeleitet. Zusätzlich wurde die Stabilisierung der HVDC-Netze analysiert und ihre Eignung für zukünftige elektrische Luftfahrzeuge bewertet. Im Rahmen des Projekts wurde luftfahrtgerechte Leistungselektronik (Topologie, Halbleitertechnologie, Treiberschaltung, Aufbau- und Verbindungstechnik sowie Kühlung) erforscht und in Technologieträgern umgesetzt. Die technologischen Befähiger für luftfahrtgerechte Leistungsverteilung wurden bearbeitet. Hierbei lag ein Schwerpunkt auf der Untersuchung intelligenter Leistungsverteilungskonzepte sowie der Umsetzung Leistungsverteilungskomponenten. Schwerpunkt der Liebherr-Electronics and Drives GmbH waren hier insbesondere die sogenannten Solid State Power Controller und die Weiterentwicklung von Schutzkonzepten. Ein weiterer Arbeitsinhalt war die Untersuchung der Auswirkung hoher Spannungen bei niedrigem Druck. Des Weiteren wurden die Steuerungen für die entwickelten Luftfahrtanwendungen untersucht. Neben der Untersuchung neuartiger Steuerungsarchitekturen unter Berücksichtigung der hohen Sicherheitsanforderungen wurde ein Hardware-Demonstrator mit den notwendigen Betriebs- und Testsoftwares entwickelt und schließlich die Steuerungssoftware für die Anwendung für eine Luftfahrtapplikationen erstellt. Darüber hinaus wurde das Projekt mit Simulationen im Kontext einer agilen, modellbasierten Technologieentwicklung und –validierung in Luftfahrtanwendungen begleitet. Anschließend wurden diversen Demonstratoren aufgebaut, getestet und die Testergebnisse evaluiert. Datei-Upload durch TIB Based on the system architecture of a manned hybrid-electric aircraft, the specifications for the electrical power supply and drive technology were created, and the requirements for the drive components, power distribution and control were derived. In addition, the stabilization of the HVDC networks was analyzed and their suitability for future electric aircraft was assessed. As part of the project, aviation-compatible power electronics (topology, semiconductor technology, driver circuit, assembly and packaging technology, as well as cooling) were researched and implemented in technology demonstrators. The technological enablers for aviation-compatible power distribution were worked on. One focus here was on the investigation of intelligent power distribution concepts and the implementation of power distribution components. The focus of Liebherr-Electronics and Drives GmbH was particularly on the so-called solid state power controllers and the further development of protection concepts. Another work content was the investigation of the effect of high voltages at low pressure environments. The controls for the developed aviation applications were also examined. In addition to investigating new types of control architectures while taking the high safety requirements into account, a hardware demonstrator with the necessary operating and test software was developed and finally the control software was created for use in aviation applications. In addition, the project was accompanied by simulations in the context of agile, model-based technology development and validation in aviation applications. Various demonstrators were then built, tested and the test results evaluated.