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Zyklus-integriertes Parallel-Hybrid-Triebwerk

Zur Realisierung hybrid-elektrischer Flugzeuge stehen verschiedene Topologien wie seriell, parallel oder seriell-parallel zur Verfügung, um unterschiedliche Energieträger wie Kerosin und Batterien miteinander zu kombinieren. Der klassische Parallel-Hybrid, bei dem in der Regel ein Elektromotor mechanische Energie an die Antriebswelle der Gasturbine liefert, konnte bereits in den letzten Jahrbüchern als vielversprechender Ansatz für Luftfahrtanwendungen identifiziert werden. Auf dieser Grundlage hat Bauhaus Luftfahrt eine besondere Variante entwickelt, nämlich den Zyklus-integrierten Parallel-Hybrid.

In dieser speziellen Konfiguration treiben von Batterien gespeiste Elektromotoren eine Reihe von Verdichterstufen an, die dadurch von der Turbinensektion mechanisch entkoppelt werden können. Erste Potenziale hinsichtlich Kraftstoffeinsparung und Effizienzsteigerung wurden im Projekt E-BREAK (7. Europäisches Forschungsrahmenprogramm) untersucht. Hier hat Bauhaus Luftfahrt erste Konzeptstudien an Wellenleistungstriebwerken für Hubschrauberanwendungen durchgeführt. Dabei wurde insbesondere ein Potenzial im Teillastbereich für Hybridisierungsgrade – den Anteil der installierten elektrischen Leistung an der Gesamtleistung – von rund 20 % identifiziert. Erste Analysen zeigten, dass dieser zusätzliche Freiheitsgrad nahezu eine Effizienzverdoppelung im Vergleich zum konventionellen Triebwerk ermöglicht, was zu einer Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs von rund 45 % führt. Zwar reduzierte sich die Reichweite des hybriden Hubschraubers auf etwas weniger als die Hälfte, bedingt durch die hohe Batteriemasse, jedoch konnte bei dieser Missionsreichweite ein verringerter Treibstoffverbrauch und damit auch eine CO2-Reduktion von mehr als 40 % berechnet werden.

  • Teillastverhalten des hybriden Wellenleistungstriebwerks während StartbedingungenTeillastverhalten des hybriden Wellenleistungstriebwerks während Startbedingungen
  • Finale Hybrid-Konfiguration: Vereinfachte Darstellung des Gaspfads des hybrid-elektrischen Wellenleistungstriebwerks mit den axial gegenläufigen Verdichterstufen, angetrieben durch LinearelektromotorenFinale Hybrid-Konfiguration: Vereinfachte Darstellung des Gaspfads des hybrid-elektrischen Wellenleistungstriebwerks mit den axial gegenläufigen Verdichterstufen, angetrieben durch Linearelektromotoren