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Universität Stuttgart: Hybrides Antriebssystem für das Flugzeug „e-Genius“

Abbildung 1: Elektroflugzeug „e-Genius“ im Flug

Das von der Universität Stuttgart entwickelte und gebaute Elektroflugzeug „e-Genius“ wird im Rahmen eines neuen Forschungsprojekts mit einem hocheffizienten Hybridantrieb ausgestattet. Damit wird die neuartige, widerstandsarme Form des speziell entwickelten Elektroflugzeugs angebunden. Das Besondere daran sind die schnelle Betankbarkeit und die großen Flugreichweiten, die ein zusätzlicher Verbrennungsmotor samt Generator ermöglicht. Ziel des Projektes ist es, ein besonders effizientes Flugzeug zu entwickeln, das einen Verbrauch von weniger als 3 Liter pro 100 km bei einer Reisegeschwindigkeit von 170 km/h aufweist.

Das vergleichsweise komplexe Antriebssystem, bestehend aus Elektromotor, Batterien, Generator und Verbrennungsmotor, darf dabei in keinem Fall zu einer höheren Arbeitsbelastung des Piloten führen. Daher wird eine „Ein-Hebel“-Bedienung realisiert – der Pilot stellt die gewünschte Vortriebsleistung für den Propeller ein, und die dSPACE MicroAutoBox entscheidet selbstständig, ob die benötigte Energie aus den Batterien bezogen werden soll oder ob der Verbrennungsmotor in Betrieb genommen wird. Das Akkusystem kann dabei nicht nur als Energiespeicher, sondern auch als Puffer für die Differenz zwischen dem Leistungsbedarf des Antriebsmotors und der generierten Leistung des Verbrennungsmotors verwendet werden. Dadurch sind verschiedenste Wege möglich, um das elektrisch-hybride Flugzeug zu betreiben.

Abbildung 2: Systemarchitektur des elektrisch-hybriden Antriebssystems

Gegenstand der aktuellen Forschung an der Universität Stuttgart sind optimierte Betriebsarten, um den Treibstoffverbrauch zu verringern und die Batterielebensdauer zu erhöhen. Die entwickelten Algorithmen können frühzeitig per Simulation in MATLAB®/Simulink® getestet und anschließend direkt auf die dSPACE MicroAutoBox übertragen werden. Mit der im e-Genius installierten MicroAutoBox lassen sich die Algorithmen in der Realität erproben. Zusätzlich werden Funktionen getestet, die eine Alltagstauglichkeit des neuartigen Flugzeugs sicherstellen sollen. So wird eine „Look-ahead“-Funktion implementiert, mit welcher der gewünschte Ladezustand bei der Landung eingestellt werden kann. Damit soll berücksichtigt werden, dass es erforderlich sein kann, am Zielflugplatz mit einem bestimmten Ladezustand anzukommen, zum Beispiel um sofort einen weiteren rein batteriegetriebenen Start und Abflug durchzuführen. Der gewünschte Ladezustand wird dabei vollautomatisch von der dSPACE MicroAutoBox realisiert.

Ingmar Geiss, stellvertretender Projektmanager e-Genius, Universität Stuttgart, Deutschland

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