ETHAN1 - Sichere und zuverlässige elektrische und thermische Netzwerke für hybrid-elektrische Antriebssysteme; Teilvorhaben: Elektrische Netzwerke für Flugantriebe

Abstract

Um die wirtschaftlichen Ziele einer umweltfreundlichen, sicheren und wettbewerbsfähigen Luftfahrt zu erreichen, ist ein ganzheitliches systematisches Vorgehen bei der Auslegung elektrifizierter Flugantriebe und mobiler elektrischer Netzwerke notwendig. Das übergeordnete förderpolitische Ziel von ETHAN1 ("Sichere und zuverlässige Elektrische und THermische Netzwerke für hybrid-elektrische ANtriebssysteme") war daher die gekoppelte Betrachtung von elektrischen und thermischen Systemen für hybrid-elektrisches Fliegen. Hierdurch sollte eine Optimierung und Gewichtsreduktion der Systeme unter Berücksichtigung der luftfahrtspezifischen Umgebungs- und Sicherheitsanforderungen gefunden werden. Dies beinhaltete im Speziellen auch die Untersuchung und Auslegung der Systeme hinsichtlich Toleranz gegenüber Störeinflüssen und Fehlerfällen. Die in dem Verbundprojekt verfolgten globalen Ziele "Gewichtsreduktion", "Effizienzerhöhung" bei gleichzeitig hoher "Sicherheit" für elektrische und thermische Netzwerke für hybrid-elektrische Antriebssysteme konnten in dem Teilvorhaben „Elektrische Netzwerke für Flugantriebe“ durch folgende Forschungsarbeiten unterstützt werden: - Erstellung und Dokumentation eines vollständig funktionierenden elektrischen Netzwerkmodells des Antriebssystems eines hybrid-elektrischen Flugzeuges zur Analyse des Systemverhaltens unter verschiedenen Lastbedingungen. Das Modell beinhaltet alle Hauptkomponenten (z. B. Energiequelle, Verbraucher, Verteilungsnetz), ist funktionsfähig vernetzt und für Lastfluss- sowie Fehlersimulationen nutzbar. - Untersuchung von Leistungselektronik-Invertern für HVDC-Bordnetze unter Nutzung von WBG-Leistungshalbleiterschaltern unter stringenten Entwurfsanforderungen und Umweltbedingungen der (hybrid-) elektrischen Luftfahrt. Demonstration eines netzrückwirkungsarmen Inverters. Erprobung von Einzeltechnologien (Halbleiter, Aufbautechnik, Modulations¬verfahren, …) anhand einer modularen Forschungsplattform. - Untersuchung von Kühlkonzepten und Kühlstrukturen für elektrische Maschinen unter Berücksichtigung luftfahrttechnischer Randbedingungen. Verifikation und Abgleich thermischer Modelle anhand einer funktionsfähigen Prüfplattform. - Untersuchung und Erstellung eines voll funktionsfähigen Schutzalgorithmus zum Schutz des elektrischen Gleichstrom-Antriebsstrangs gegen verschiedene Arten von Fehlern, wie Kurzschlüsse und Überströme. Prüfung und Validierung des Modells des elektrischen Antriebsstrangs und des entwickelten Schutzalgorithmus in einer Echtzeit-Simulationsumgebung auf FPGA