e-Genius
Das zweisitzige Batterieflugzeug e-Genius wurde für die Praxiserprobung alternativer Antriebs- und Speichertechnologien entwickelt und ergänzt damit den Forschungsschwerpunkt elektrisches Fliegen am IFB. Statt ein konventionelles Flugzeug umzurüsten, wurde die Konfiguration von e-Genius komplett neu entworfen und auf den elektrischen Antriebsstrang hin optimiert. Besonderheit ist dabei der große langsam drehende Propeller im Seitenleitwerk, der einen hohen Vortriebswirkungsgrad erreicht und ein kleines leichtes Fahrwerk ermöglicht. Im Entwicklungsstand als Batterieflugzeug hat das Flugzeug eine Reichweite von etwa 400 km. Hinter den nebeneinander sitzenden Piloten ist dabei genug Bauraum für verschiedene Speicher elektrischer Energie vorhanden. e-Genius ist das weltweit leistungsfähigste zweisitzige Elektroflugzeug.
Darüber hinaus bietet der e-Genius in seiner jetzigen Form als Hybridflugzeug die Vorteile elektrischer und konventioneller Flugzeuge: Eine besonders große Reichweite und Effizienz im Reiseflug und die Möglichkeit, mit elektrischer Energie leise starten und landen zu können. Der e-Genius hybrid ist mit einem Verbrauch von ca. 3L/100km das effizienteste Flugzeug seiner Klasse.
Icaré 2
Icaré ist ein für den Solarbetrieb ausgelegtes Hochleistungsflugzeug, welches auf geringstes Sinken optimiert wurde. Besondere Merkmale sind unter anderem das geringe Leergewicht und die geringe Reisefluggeschwindigkeit, die an die Flugeigenschaften eines Oldtimers erinnert. Der 12 kW Elektromotor ist wirkungsgrad-optimal am Seitenleitwerk angebracht. Für den Eigenstart und zum Speichern der Solarenergie ist ein Akku vorhanden. Für horizontales Fliegen benötigt icaré nur knapp 2 kW an elektrischer Leistung. Die über 20 qm Solarfläche des Flugzeugs liefern bei optimaler Einstrahlung bis zu 3,5 kW. Durch seine spezielle Auslegung reagiert icaré sehr sensibel auch auf schwache Aufwinde. Somit ist neben reinen elektrischen Fliegen auch kombiniertes Motor/Thermik-Fliegen möglich. Mit icaré wurden bis jetzt vier offizielle FAI Weltrekorde aufgestellt.
Aktuelle Projekte
FiFoX
Fiber Fold Core Integrated Heat Exchanger
Ziel des Vorhabens
Konzeption, Entwicklung und Funktionsnachweis eines neuartigen, strukturintegrierten Skin Heat Exchanger Konzepts basierend auf einer Faserverbund-Faltwaben-Sandwichstruktur
Projektbeschreibung
Flugzeuge mit modernen elektrifizierten Antriebssystemen, insbesondere Brennstoffzellen, erzeugen einen großen Wärmestrom von nicht nutzbarer Wärme („low quality heat“, d. h. mit geringer Temperaturdifferenz), was einen stark erhöhten Kühlbedarf zur Folge hat. Dieser führt, unter Verwendung von konventionellen Kühlsystemen, zu proportional gesteigerten Kühlwiderständen, die die Einsetzbarkeit solcher Antriebsstränge bisher stark einschränkt.
In diesem Projekt soll daher ein strukturintegrierter Skin Heat Exchanger entwickelt werden. Dieser besteht aus einer Faserverbund-Sandwichstruktur mit einem gefalteten Kern. Aufgrund ihrer Fertigung durch einen kontinuierlichen Faltprozess bilden diese eine offene Kernstruktur aus, die auf der gesamten Elementgröße zum Kühlmitteltransport verwendet werden kann. Die strukturelle Integrität bleibt dabei durch die mechanischen Eigenschaften der Sandwichstruktur sichergestellt.
- Das Vorhaben wird dabei verschiedene Aspekte dieses neuartigen Konzepts untersuchen, um einen Grundstein für zukünftige Forschungen zu liefern. Wichtige Arbeitsschritte dabei sind:
- Untersuchung der Durchströmung der Faltkernstruktur für einen optimalen Kühlmittelfluss und Wärmeübertragung in die Deckschichten
- Modifikation der Fasern und der Matrix um eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Deckschichten zu erreichen
- Numerische Untersuchung der Wärmeübertragung, Anpassung/Neuentwicklung bestehende Methoden und Verifizierung durch Laborversuche
- Integration des Skin Heat Exchangers in den Gesamtflugzeugentwurf und Betrachtung der Skalierbarkeit
- Bau eines Prototyps für Flugversuche mit dem universitätseigenen Forschungsflugzeug e-Genius zum Nachweis der Funktionsfähigkeit, aufgrund des Projektrahmens zunächst jedoch nur an einem nichttragenden Bauteil, wodurch nicht das volle Potential ausgeschöpft werden kann
Projektpartner
- Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt (ITLR), Universität Stuttgart
- Institut für Flugzeugbau (IFB), Universität Stuttgart
Finanzierung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (Luftfahrtforschungsprogramm LuFo VI-3)
Laufzeit
Oktober 2023 – September 2026
Kontakt
Alexander Albrecht, M.Sc.
Andreas Bender, M.Sc.
Dominik Eisenhut, M.Sc.
Jakob Gugliuzza, M.Sc.
Simon Thissen, M.Sc.
Abgeschlossene Projekte
HeRKoLus
(Hybrid-)elektrischer Antriebsstrang für ein Luftschiff
Projektinhalt
Im Rahmen von HeRKoLus werden mögliche Hybridisierungsvarianten für das Luftschiff Zeppelin NT N07 betrachtet, die das bisherige Antriebsystem ersetzen sollen. Dabei wird insbesondere auch die Verwendung elektrischer Antriebe untersucht. Es werden verschiedene Antriebsarchitekturen aufgestellt und diese hinsichtlich Kriterien wie Betriebskosten, Treibstoffverbrauch und der Zulassbarkeit verglichen. Die am besten geeignete Variante wird identifiziert und anschließend detailliert ausgearbeitet um ein komplettes System zu erhalten, das in einem zukünftigen Projekt im Luftschiff installiert und zugelassen werden soll.
Beitrag des IFB
Das IFB hat die Hauptverantwortung über den hybrid-elektrischen Antriebsstrang. Dies umfasst die Recherche geeigneter Technologien mit hohem TRL und hoher Verfügbarkeit, sowie die Zusammenstellung der für die Komponenten und Antriebe zu erfüllenden Vorschriften, Richtlinien und Normen. Weiterhin werden die in Frage kommenden Architekturen und Energieträger am IFB erdacht, definiert und erstellt. Die Dimensionierung der Antriebsstränge auf die Leistungsdaten des Referenzluftschiffs ist ebenso Aufgabe des IFB wie die Beschaffung aller relevanter Kostendaten zu den Komponenten der hybriden Antriebsstränge.
Projektpartner
ZLT Zeppelin Luftschifftechnik GmbH & Co. KG
Finanzierung
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Luftfahrtforschungsprogramm VI-1)
Laufzeit
Oktober 2020 – März 2023
Kontakt
RS hybrid 1.0
Erforschung optimierter Hybrid-Antriebssysteme
Projektinhalt
Inhalt von „RS Hybrid 1.0“ ist die Entwicklung eines optimierten Hybridantriebssystems für die von Stemme-RS entwickelte Luftarbeitsplattform SK202, die sowohl als unbemanntes als auch optional bemanntes Fluggerät eingesetzt werden kann. Die erste Antriebseinheit soll aus einem Diesel-Elektro-Hybridantrieb und die zweite Antriebseinheit aus einem Wasserstoffbrennstoffzelle-Batterie-Hybridantrieb bestehen.
Restrukturierung:
Nach Ausscheiden eines Partners und dem damit verbundenen Wegfall der Arbeitsplattform konnte im Projekt die Verwendung des zu entwickelnden Antriebssystems auf alle mehrmotorigen Antriebe für Flugzeuge der 2 t-Klasse erweitert werden.
Somit wird die Architektur des Antriebssystems modular und generisch aufgebaut und ermöglicht es eine Vielzahl von bestehenden als auch zukünftigen Luftfahrzeugen mit überschaubarem Aufwand mit einem effizienten, leistungsstarken und emissionsarmen hybriden Antriebssystem auszustatten. Neues Ziel des Verbundvorhabens ist ein Demonstrator für einen hybridelektrischen Antrieb für die Erprobung und zur späteren Integration in einen fliegenden Serien-Prototyp unter CS-23.
Beitrag des IFB
Vor der Restrukturierung hatte das IFB die Hauptverantwortung für die Flugleistungsanalyse, die Auslegung des Hybridsystems, dessen Leistungs-, System- und Steuerungsarchitektur. Ebenfalls wurden Integrationsaspekte für alle Antriebssysteme bearbeitet und die Batteriespeicher ausgelegt.
Nach der Restrukturierung wurde der Fokus am IFB auf die Steuerung und das Zusammenspiel der einzelnen Antriebskomponenten gelegt. Ein Schwerpunkt für die Entwicklung des mehrmotorigen Konzepts ist die Sicherheits- und Redundanzstrategie. Neben der Softwareentwicklung wurden für den Demonstratorteststand konkrete Untersysteme ausgelegt, beschafft und integriert. Es wurde ein flugtauglicher Batteriespeicher auf Li-Ionen-Basis eigens entwickelt und zweimal gebaut. Ebenfalls wird die Inbetriebnahme und Betreuung der Prüfstandversuche vom IFB in Kooperation mit allen Partnern durchgeführt.
Projektpartner
- Reiner Stemme Utility Air Systems GmbH
- Steinbeis Flugzeug- und Leichtbau GmbH
- APUS Aeronautical Engineering GmbH
- Siemens eAircraft / Rolls-Royce Electrical (ass. Partner)
- Continental Aerospace Technologies GmbH (ass. Partner)
Finanzierung
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Luftfahrtforschungsprogramm V-2)
Laufzeit
Januar 2016 – Oktober 2021
Kontakt
Team
Gruppenleiter
Andreas Bender
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Gruppenleiter Bemannte Flugzeugprojekte