Electroflight - E3.series in der Luftfahrt

Electroflight ist ein innovatives Technologieunternehmen, das als Partner einer von Rolls-Royce geführten Initiative namens ACCEL die Entwicklung, Integration und Erprobung von elektrischen Antriebssträngen vorantreibt. Im Rahmen der Forschungsinitiative »Accelerating the Electrification of Flight (ACCEL)« strebt Electroflight einen neuen Geschwindigkeitsrekord von mehr als 480 km/h für ein rein elektrisches Flugzeug an. Für dieses Vorhaben wird einer der leistungsstärksten Flugzeugakkus der Welt entwickelt. 

Um eine ehrgeizige Technologie-Roadmap zu unterstützen, entschied sich das Team für die E3.series von Zuken, um die Elektro- und Fluidschaltpläne zu erstellen und umfassende Ergebnisse für die Kabelbaumerstellung zu generieren. Mit dem Einsatz der E3.series profitiert Electroflight auch von der Popularität der E3.series im Motorsport, wo sie den Teams hilft, enge Deadlines für die Rennsaison einzuhalten. 17 Ingenieure arbeiten in einem Hangar am Flughafen Gloucester und Electroflight entwickelt die Akku-Packs, den Antriebsstrang, die Steuerelemente und das Flugwerk eines Einsitzer-Flugzeugs, von dem sie hoffen, dass es 480 km/h (300 mph) übersteigen wird. Im Erfolgsfall wird der Geschwindigkeitsrekord für ein rein elektrisches Flugzeug aufgestellt, den Siemens derzeit mit 338 km/h (210 mph) hält.

ACCEL im Überblick

ACCEL - eine Initiative für die Elektrifizierung des Fliegens

Die ACCEL-Initiative, kurz für »Accelerating the Electrification of Flight«, ist eine von Rolls-Royce geleitete Initiative, die teilweise von der britischen Regierung finanziert wird. Daran sind eine Vielzahl von Partnern beteiligt, darunter der Elektromotoren- und Steuerungshersteller YASA und das Luftfahrt-Startup Electroflight. Der Fokus des Projekts wird offiziell als „Initiative, ein speziell entwickeltes, megawattbetriebenes Flugzeug zu bauen, zu testen und zu kommerzialisieren“ bezeichnet – und das innerhalb eines selbst gesetzten Zeitrahmens von 24 Monaten.

Das ACCEL-Flugzeug basiert auf einem Nemesis NXT Rennflugwerk. Es wird über einen Dreiblatt-Propeller verfügen, der von drei YASA 750R Elektromotoren angetrieben wird, die sich eine gemeinsame Antriebswelle teilen. YASA ist der Motorenlieferant des Projekts. Die Motoren werden eine kombinierte Leistungsspitze von 700 kW haben. Das entspricht in etwa der Leistung des Verbrennungsmotors, der bei einem Standard NXT in der Rekordlauf Verkleidung eingesetzt wird und auch der Leistung eines Formel-1-Rennwagens mit 1.000 PS.

Die Energiequelle werden 6.000 Batteriezellen sein. Ein Entwicklungsschwerpunkt von Electroflight liegt auf dem Leistungsmanagement dieser Zellen. Das Team arbeitet auf einen Akku hin, von dem es hofft, dass er zu einem der leistungsstärksten Flugakkus der Welt wird. Er wird über genügend Leistung verfügen, um mit einer einzigen Ladung von London nach Paris zu fliegen und wird ein Flüssigkeitskühlsystem zur Wärmeregulierung enthalten.

Investitionen in die Entwicklung der Systeminfrastruktur zur Unterstützung der Wachstumspläne

Electroflight wendet Best Practices an, dokumentiert alle Prozesse und strebt die ISO9001-Akkreditierung im Jahr 2020 an, auf dem Weg zu weiteren Zulassungen für die Luft- und Raumfahrt. Als Teil dieser Strategie hat Electroflight in die die Systeminfrastuktur investiert, die seine Wachstumspläne unterstützen. Zu den in dieser Infrastruktur eingesetzten Werkzeugen zählt auch Elektro- und Fluidtechnik-Entwicklungsumgebung der E3.series von Zuken.

Technologietransfer vom Motorsport

„Wir haben zwei führende CAD-Anbieter bewertet, von denen Zuken eindeutig der Gewinner war, da die Software E3.Series auch die Hydraulikentwicklung unterstützt, die unsere Flugzeuge für die Kühlung der Batterie und der wichtigsten Antriebsstrangkomponenten benötigen“, sagt Joe Holdsworth, Control Systems Engineer von Electroflight.

Ein weiterer wichtiger Grund für die Entscheidung von Electroflight ist, dass die E3.series bereits erfolgreich in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird. Sie entwickelt sich auch schnell zum bevorzugten Werkzeug für Kabelstränge in der Motorsportindustrie, wo sie den Teams hilft, enge Terminvorgaben in der Rennsaison einzuhalten. Electroflight plant, die Synergien aus der Luft- und Raumfahrt und dem Motorsport der E3.series zu nutzen. Das Team wird im Rahmen des ACCEL-Projekts System 25 mil-spec Motorsport-Konnektoren und Kabelbaum-Konstruktionstechniken einsetzen.

Was-wäre-wenn-Szenarien

Aufgrund der Komplexität und des engen Zeitrahmens des Projekts für dem Geschwindigkeitsrekord nutzt das Electroflight-Team die E3.series, um eine Vielzahl von Was-wäre-wenn-Szenarien zu untersuchen und hat einen Prüfstand zur Bewertung dieser Konzepte gebaut. Die E3.series wird für die Schaltplanerstellung und den Entwurf der Kabelbäume (hauptsächlich auf der Niederspannungsseite) eingesetzt. Um den ambitionierten Entwicklungsplan einzuhalten, ist eine strenge Revisionskontrolle erforderlich.

Die Komponenten, Sensoren und Konnektoren werden auf einem Prüfstand getestet. Es sind die gleichen, die auch für das Flugzeug verwendet werden. „Der Prüfstand, auf dem wir unsere Hardware entwickeln, entspricht zu 100% dem Schaltplanaufbau in E3.series, der Stückliste und den Kabelbaumdaten, wie z.B. Pinouts“, kommentiert Holdsworth. „Das bedeutet, wenn wir die Fertigung des Kabelbaums in Auftrag geben, können wir alles in einem Rutsch liefern. Außerdem verwenden wir CANbus so weit wie möglich, um das Gewicht gering zu halten“, sagt Holdsworth.

Steuergeräte-Entwicklung

Als Teil des Designs wird auch ein Steuergerät eingesetz. Seine Aufgabe ist es, die Leistung des Flugzeugs zu optimieren, aber sollte die Einheit ausfallen, wird die Sicherheit nicht gefährdet und das Flugzeug ist immer noch in der Lage stabil zu fliegen.

Electroflight verwendet ein Batteriemanagementsystem und andere Module, die im Motorsport weitverbreitet sind. Das Entwicklungsteam baut aber auch maßgeschneiderte Leiterplatten, von denen die meisten für die Datenerfassung benötigt werden, d.h. die Signalverarbeitung, gefolgt von der Daten Bereitstellung auf dem CAN-Bus, um das Steuergerät sichtbar zu machen.

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