Hummingbird Hybrid

Lärmbeschränkungen und die Anforderungen nach einer besseren Umweltverträglichkeit des Flugverkehrs lassen derzeit den Ruf nach elektrischen und hybriden Antriebskonzepten für die Luftfahrt lauter werden. Diesen Trend möchte auch die studentische Gruppe Hummingbird mitgehen. Im Modellbau sind vollelektrische Antriebssysteme seit Jahren etablierter Standard. Im Rahmen des aktuellen Projekts Hummingbird Hybrid soll nun gezeigt werden, dass hybride Konzepte auch im Modellmaßstab funktionieren.

Das Konzept

Als primäre Energiequelle dient eine Wellenleistungs-Mikrogasturbine (1) mit 5kW Wellenleistung, welche einen Drehstromgenerator (2) antreibt. Der Drehstrom wird gleichgerichtet (3) und in den Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) eingespeist. Auf der Gleichspannungsseite erfolgt dann die Aufteilung an die elektrischen Sekundärantriebe. Es handelt sich dabei um Elektro-Fan Antriebe (Impeller) (6) welche von Drehstrom-Wechselrichtern (5) gesteuert werden. Durch die elektrische Verteilung der Leistung können mehrere Sekundärantriebe versorgt werden. Über Leistungselektronik (8) kann der Zwischenkreis auch aus Akkumulatoren (7) versorgt werden, was einen rein elektrischen Betrieb des Flugzeugs für eine gewisse Zeitdauer möglich macht. Eine selbst entwickelte Regelung sorgt dafür, dass der Pilot nur die Schubanforderung der Sekundärantriebe vorgibt und die Steuerung der Mikrogasturbine und der Leistungselektronik automatisch erfolgt. Die Gasturbine kann somit in einem optimalen Betriebspunkt arbeiten und der Brennstoffverbrauch wird reduziert.

Entwicklung bei Hummingbird Gas Turbines

Derzeit werden bei Hummingbird die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs entwickelt: Der Algorithmus für die Regelung der Kombination aus Gasturbine und Generator wird am Echtzeitprozessor implementiert und anschließend am Prüfstand erprobt. Parallel dazu wird der Elektro-Fan im Rahmen einer studentischen Arbeit ausgelegt und die Konstruktion sowohl numerisch als auch experimentell verifiziert. Eine eigene Arbeitsgruppe arbeitet an den leistungselektronischen Komponenten sowie deren Regelsystemen. Schlussendlich soll ein Gesamt-Systemprüfstand entstehen, der, ausgestattet mit der erforderlichen Messtechnik, das Konzept validiert.

Systemprüfstand

Im Dezember 2018 und Januar 2019 wurde bei Hummingbird der erste Teil des Systemprüfstands aufgebaut. Der Verbund aus Gasturbine und Generator ist bereits in Betrieb. Aktuell wird das Kennfeld dieses Verbundes vermessen und die Leistungsregelung implementiert.