Motivation
Aufgrund des steigenden Beitrags der Luftfahrt zum globalen CO2 Ausstoß und der in großer Höhe besonders schädlichen Emissionen gewinnen elektrische Antriebe in der Luftfahrt zunehmend an Aufmerksamkeit. Neben dem emissionsfreien Betrieb erlauben Skalierbarkeit und die geringe Komplexität von Elektromotoren deren Einsatz in neuen Konfigurationen als „verteilte, elektrische Antriebe“, welche durch effiziente Positionierung den Leistungsbedarf senken sollen. Aus flugmechanischer Sicht ergeben sich außerdem durch den Einsatz verteilter, elektrischer Antriebe neue Möglichkeiten im Bereich der Flugregelung.
Forschungsaktivitäten
Das iFR entwickelt und betreibt gemeinsam mit dem Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart (IFB) eine unbemannte, Autopilot-gesteuerte, modulare Testplattform (Bild) zur Erforschung verteilter, elektrischer Antriebe hinsichtlich des Leistungsbedarfs neuer Konfigurationen. Dabei handelt es sich um eine skalierte (1:3) und mit zusätzlichen elektrischen Antrieben erweiterbare Version des Rekordflugzeuges e-Genius. Mit dieser wird der Einsatz elektrischer Flächenendantriebe sowie deren Potential zur Reduzierung des induzierten Widerstands getestet. Aktuell wird die Testplattform außerdem erweitert, um den Einfluss einer größeren Anzahl verteilter, elektrischer Antriebe auf Widerstand, Lärm und Hochauftriebspotential zu untersuchen. Bei der automatisierten Durchführung der Flugtests kommen am iFR entwickelte Algorithmen zur Zustandsschätzung, Bahnplanung und Regelung zum Einsatz.
Gleichzeitig werden auf der Testplattform Algorithmen zur effizienten Regelung neuer, elektrischer Konfigurationen entwickelt und getestet. Dazu wurde auch das Solarflugzeug icaré in Zusammenarbeit mit dem IFB bereits um weitere elektrische Antriebe an den Flächenenden erweitert und deren Einsatz zur Giersteuerung bereits erfolgreich im bemannten Flug getestet.
Ziele
Ziel der Aktivitäten am iFR im Bereich verteilter, elektrischer Antriebe sind die
- Bestimmung der Flugleistungen und –Eigenschaften neuer Flugzeugkonfigurationen mittels skalierter Flugtests und Methoden der Parameterschätzung.
- Entwicklung und Erprobung von Algorithmen zur effizienten Regelung und Steuerallokation für neue, überaktuierte, elektrische Konfigurationen.
Publikationen
Pfeifle, W. Fichter, D. Bergman, J. Denzel, A. Strohmayer, M. Schollenberger and T. Lutz, „Precision Performance Measurements of Fixed-Wing Aircraft with Wing Tip Propellers" in AIAA Aviation Forum, Dallas, 2019
Bergmann, J. Denzel, O. Pfeifle, S. Notter, W. Fichter and A. Strohmayer, „In-flight Lift and Drag Estimation of an Unmanned Propeller-Driven Aircraft“ in Aerospace, Vol 8, No. 2, 2021
Pfeifle, M. Frangenberg, S. Notter, J. Denzel, D. Bergmann, J. Schneider, W. Scholz, W. Fichter and A. Strohmayer, „Distributed Electric Propulsion for Yaw Control: Testbeds, Control Approach, and Flight Testing" in AIAA Aviation Forum, Washington, 2021 (accepted for publication)
