CFWU-38 …diesmal elektrisierend und spannungsgeladen, ja Weltrekordverdächtig!
Diesmal eine Interview Folge mit Dipl.-Ing. Morell Westermann
Also ein Profi d.H. endlich eine Folge bei der zumindest zwei Dinge schön sein sollte: Qualität des Inhalts und des Audios
Folge CEO74 „Was nicht besprochen werden kann“: Zertifizierung (Ich hoffe diesmal ja).
Wann hat das Projekt Pipistrell angefangen?
Autonomes Fliegen Konkurrent: Lilium, Volocopter, UberAir ➔ Nein
Was waren Eure eigenen Vorgaben (Reichweite, Gewicht, welche Flugzeugklasse (Leichtflugzeug oder LSA)
Anforderung bei der Zertifizierung von Batterien, Motor. (Mean time between Failure)
Notfallverfahren.
- Gesamtrettungssystem? ➔ Nein
- Brandschott für Motor ➔ Ja
- Brandschott für Batterie? ➔ Nein
- Trennschalter ➔ Ja
- Löschsystem? ➔ Nein
rekuperieren, geht das? ➔ Jein
Bei ganz großen Flugzeugen gibt es Fuel-Dumping, gab es Überlegungen für einen Batterie-Abwurf? ➔ Nein
Lärm ➔ Keiner
Lizenzen ➔ Open
Darf ein auf Elektro geschulter Flugschüler auf Benzinmotor umsteigen.
- bei einem LSA ➔
- bei einem Leichtflugzeug ( in Deutschland die „E“-Klasse) ➔ open
Was ist mit in der Schweiz ausgestellten Lizenzen für die Schweiz ➔ to be confirmed
Dem Rekordflug:
Hätte man diesen Weltrekord auch so nicht an den Aérodrome de Belle-Île, Frankreich machen können?
Das Flugzeug fliegt etwa mit 120-150 km/h in direkter Luftlinie, die Autos müssen sich den Straßengegebenheiten anpassen.
Wurde Thermik während des Flug aktiv genutzt oder nicht beachtet? ➔ Nein
Gab es heikle Situationen? ➔ Jein, was ist „heikel“!
Hier noch eine Link Liste
https://www.instagram.com/elektroweltrekordflug/
https://www.cleanelectric.de/archiv/
https://flugplatz-schaenis.ch/
https://www.elektroflugschule.ch/
https://www.pipistrel-aircraft.com/aircraft/electric-flight/
https://www.pipistrel-aircraft.com/aircraft/electric-flight/velis-electro-easa-tc/
mehr über Morell findet Ihr hier:
LinkedIn https://www.linkedin.com/in/morellwestermann/
E-Mobility Blog http://morellife.com/modelx
Sehr spannende Episode! Auch wenn ich den Weltrekordflug verfolgt habe und auch an einer Zwischenstation live vor Ort war, gab es noch einige für mich neue fliegerische Aspekte.
Ich gehe davon aus, dass der Motor kein Gleichstrommotor sondern (wie auch in E-Autos und E-Loks) ein Drehstrom-Motor ist. Der ist besser anzusteuern, kostengünstiger, zuverlässiger und verschleissfreier (keine Kohlebürsten).
Habt ihr eine Einschätzung, wie effektiv die Rekuperation bezüglich ihrer aerodynamischen Bremswirkung tatsächlich sein kann?
Es ist sicherlich kein Problem, ein wenig Energie zu erzeugen und die Batterie zu laden, ähnlich einer RAT in klassischen Fliegern. Bremsen durch Umkehrschub kann ich mir auch vorstellen.
Aber ein stehender (also maximal gebremster) Propeller hat nur eine kleine Fläche um Luftwiderstand zu erzeugen, die deutlich kleiner sein dürfte als die Bremsklappen, die durch die Rekuperation ersetzt werden. Möglicherweise ist der Luftwiderstand mit langsam drehendem Propeller etwas höher, weil er dann eine größere Fläche überstreicht… aber vom Gefühl würde ich erwarten, dass der Propeller aktiv angetrieben rückwärts laufen müsste um signifikant zu bremsen. Naja, Pipistrel wird das wohl getestet haben und wissen was sie tun.
Hi Lars,
um diese Fragen genau beantworten zu können, müsste man sich dann doch wohl eher an Pipistrel wenden. Jedenfalls laut Morell.
Aus meinen Aerodynamik Stunden weis ich, das ein drehender, klassisch angetrieben Propeller (also Verbrenner) vom Widerstand her als Scheibe angenommen werden kann.
Deshalb gibt es auch bei größeren Motoren die „feather“ Stellung. Wer das mal erlebt hat, also, ein abgestellten Motor mit und ohne den Propellerblätter in Segelstellung, weis genau wovon ich rede.
Mit anderen Worten: Rekuperieren könnte bei maximaler Strom Einspeisung dann einen signifikanten Widerstand erzeugen.
Umkehrschub bei der Velis, also hier konkret ein Rückwärts laufender Feststellpropeller. Interessante Vorstellung. Ich denke mal, sehr effektiv wird das nicht sein, da hier ja das Profil komplett falsch herum angeströmt wird. Definitiv aber mehr Widerstand als ein normal, nicht angetriebener rotierender Propeller.
Dafür werden aber diverse Sicherheitsmaßnahmen notwendig sein, ähnlich dem Umkehrschub eines Constant-Speed Prop, also eines Verstellpropellers mit einer „Beta-Range“, der Blattstellung, bei dem so ein Propeller Umkehrschub liefert.
Habe ich Dir damit geholfen oder hast Du noch weitere Fragen.
> Habe ich Dir damit geholfen oder hast Du noch weitere Fragen.
Ja, danke für die Erläuterungen. 🙂
Dass ein drehender Propeller vom Widerstand her als Scheibe angenommen werden kann, finde ich sehr spannend. Dann dürfte es ja durchaus einiges an Rekuperations-Potential geben.
Noch ein Verbesserungsvorschlag für die Webseite: Es wäre gut, wenn man sich über Antworten auf Kommentare per Email benachrichtigen lassen könnte. Vieles wird ja auch im Podcast beantwortet, aber nicht alles und ich denke nicht immer daran, später nach den Antworten zu schauen. 🙂
Moin,
interessant, ich dachte, man bekäme eine eMail wenn jemand auf den Kommentar antworten tut.
Werde mal testen!
Ich hatte ja bereits auf de.rec.luftfahrt angekündigt, noch was zu E-Motoren zu schreiben. Ich versuch es mal, auch wenn es in Summe komplex ist und ich mir nicht sicher bin, das hier mit ein paar Sätzen verständlich erklären zu können.
Steffen, Du hast im Podcast von Gleich- und Wechselstrommotoren geredet. Tatsächlich ist jeder Motor erstmal ein Wechselstrommotor. Der Strom wechselt dann je nach Bauart einmal bis viele Male pro Umdrehung hin und her. Dreht der Motor langsam, hat der Wechselstrom eine niedrige Frequenz, dreht der Motor schnell, hat der Wechselstrom eine hohe Frequenz.
Ein Gleichstrommotor generiert sich den benötigten Wechselstrom selbst über den Kommutator. Außen wird zwar Gleichspannung angeschlossen, innen im Rotor fließt aber Wechselstrom.
Jeder Elektromotor kann auch gleichzeitig als Generator dienen. Die prinzipielle Bauweise von Generator und Motor unterscheidet sich nicht, Detailoptimierungen in die eine oder andere Richtung sind jedoch möglich.
Wenn man den Gleichstrommotor als Generator betreibt, erzeugt der intern erstmal ne Wechselspannung, der Kommutator macht dann die von außen messbare Gleichspannung draus.
Zum Kommutator findet man massig Infos im Netz und auch in Wikipedia, falls das nicht klar ist.
Größere Motoren und Generatoren verfügen häufig über keine Kommutatoren. Dort erzeugt man die Wechselspannung über Leistungselektronik. (Deutsch: Frequenzumrichter, Englisch: Inverter). Wirklich gut, bezahlbar und in großen Stückzahlen gibt’s das in der heutigen Form erst seit ungefähr den 90er Jahren des letzten Jahrtausends. Vorher ging das zwar auch schon, war aber schwierig, teuer, unflexibel und hatte andere Probleme.
Auch bei der Ansteuerung über einen Frequenzumrichter kann jeder Motor auch als Generator dienen. Tatsächlich ist es aufwändiger, den generatorischen Betrieb sicher zu verhindern, als ihn einfach zuzulassen. Ich spreche da aus Erfahrung aus einem Projekt als Jungingenieur, dass mir vor 14 Jahren viel Kopfschmerzen bereitete, aber dann zu einem großen Erkenntnisgewinn führte.
Die weiteren Ausführungen gelten für eine DC-Maschine, dort ist es am einfachsten verständlich. Bei der Synchronmaschine ist es aber im Prinzip gleich. Bei anderen Motoren (z.B. Asynchronmotor) sind die Zusammenhänge etwas anders aber im Resultat vergleichbar.
Der Synchronmotor hat zwei fundamentale Eigenschaften:
1. Der Strom im Motor ist proportional zum Drehmoment
Doppelter Strom -> doppelte Kraft
Das gilt auch für den Generatorfall
2. Die elektrische Spannung an den Motorklemmen ist proportional zur Drehzahl
Doppelte Spannung -> Doppelte Drehzahl
Das gilt auch für den Generatorfall
Nehmen wir nun an, wir haben einen Motor, welcher bei 100V mit 1000rpm dreht.
Wir sitzen im Flugzeug, der Propeller dreht sich im Wind frei mit 1000rpm. Die Motorklemmen sind offen (nicht angeschlossen).
Wir messen an den Motorklemmen 100V (Generator).
Nun schließen wir an den Motorklemmen eine 90V-Batterie an. Zu 90V gehören 900rpm. Der Propeller wird gebremst, Strom fließt in die Batterie
Schließen wir eine 110V-Batterie an, dann treiben wir den Propeller mit 1100rpm an und erzeugen Schub. Strom fließt aus der Batterie. Gehen wir hoch auf 200V, dreht auch der Motor mit 2000rpm, benötigt aber schon sehr viel Strom, um das benötigte Propellerdrehmoment aufzubringen
Legen wir 50V an, dreht sich der Propeller mit 500rpm und erzeugt ordentlich Strom und Bremsmoment. Bei weniger Spannung geht die Drehzahl immer weiter runter, bis am Prop die Strömung abreißt, das Drehmoment zusammenbricht und nichts mehr in der Batterie ankommt.
Tatsächlich können wir die Batteriespannung ja nicht beliebig ändern. Wir können aber statt einem DC-Motor einen Synchronmotor einbauen und den Kommutator durch einen Frequenzumrichter ersetzen. Dann können wir beliebige Wechselspannungen erzeugen und durch die Ausgangsspannung frei einstellen, ob wir einen Motor oder einen Generator haben wollen.
Rekuperation ist dann möglich, wenn der der Motor auf eine niedrigere Drehzahl gezwungen wird, wie der Propeller eigentlich gerne im Luftstrom drehen möchte. Das maximale Brems-Drehmoment bekommen wir kurz vor dem Strömungsabriss am Propellerblatt raus.
Rückwärts drehen ist übrigens keine Option, das würde zwar vermutlich noch mehr bremsen, würde aber wieder Energie verbrauchen. Rekuperation geht so nicht.
Mich wundert nun ein bisschen, woran es bei der Rekuperation zulassungstechnisch hängt. Aerodynamisch ist ein durch eine E-Maschine gebremster Propeller ja nichts anderes wie ein Propeller an einem Verbrenner auf Leerlauf oder bei Motorausfall. Der dreht ja häufig auch noch mit und bremst dabei ordentlich. Fliegerisch ist das leicht zu beherrschen. Softwaretechnisch macht es keinen Zusatzaufwand.
Vielleicht ist aber tatsächlich die Batterie das Problem, denn bereits volle Batterien sollen nicht überladen werden und kalte Batterien mögen nicht zu schnell geladen werden. Beides resultiert in Brandgefahr. Bei einer auf -10°C abgekühlten Batterie ist Rekuperation dann einfach nicht mehr zulässig und muss sicher unterbunden werden.
Zu den Generatoren am A380: Der Generator selbst kann ganz sicher auch ein Motor sein. Ob er als Motor genutzt werden soll und kann entscheiden die Ingenieure bei der Auslegung der Leistungselektronik. Offensichtlich war man der Meinung, dass ein Motorbetrieb beim A380 keinen Sinn macht.