In vielen Studien zu hybrid-elektrischen Antrieben finden die Auswirkungen der Hybridisierung auf das Betriebsverhalten des Triebwerks zu wenig Berücksichtigung. Um diesen Effekt zu untersuchen, wird im LuFo-Projekt HybVer (Hybridisierte Verdichterkonzepte) ein zyklusintegriertes Parallelhybridkonzept untersucht, bei dem sowohl die Hochdruckwelle unterstützt als auch einzelne Verdichterstufen elektrisch angetrieben werden.
Da die elektrische Energie aus Batterien gespeist wird, konzentrieren sich die Studien in HybVer auf regionale Turboprops und mittelgroße Hubschrauber. Nach der Auswahl eines geeigneten Grundkonzepts wurden beide Antriebe für die Designmission dimensioniert, wobei die wichtigsten Zyklusparameter auf einen Hybridisierungsgrad (HP,des) von 20 % (Hubschrauber) bzw. HP,des= 11 % (Regionalflieger) optimiert wurden.
Da die meisten Flugzeuge weit unter ihrer eigentlichen Designreichweite betrieben werden, können bei kürzeren Strecken höhere Hybridisierungsgrade und ein besserer Kraftstoffverbrauch erreicht werden, wenn die installierte elektrische Speicherkapazität voll genutzt wird. Die aktuelle Studie liefert neue Erkenntnisse über die maximal zulässigen Hybridisierungsgrade unter Berücksichtigung der Betriebsgrenzen der Turbokomponenten. Die Ergebnisse zeigen, dass im Reiseflug ein maximaler Hybridisierungsgrad von 40 % (Hubschrauber) bzw. 31 % (Regionalflieger) erreicht werden kann. Verglichen mit der Designmission bedeutet dies eine erhebliche Reduzierung der CO2- und NOx Emissionen auf kürzeren Strecken und ermöglicht eine optimierte Auslegung des Antriebssystems für das gesamte Einsatzspektrum des Fluggeräts.
Das HybVer-Antriebskonzept
In HybVer wird ein Parallelhybridkonzept untersucht, in welchem der Zyklus sowohl durch einzelne gegenläufige Verdichterstufen (Motoren B) als auch über die Hochdruckwelle (Motor A) elektrisch unterstützt wird.
Untersuchung realisierbarer Hybridisierungsgrade im Reiseflug
Die Studie zeigt, dass für den Regionalflieger unter realistischen Betriebsbedingungen ein maximaler Hybridisierungsgrad von HP,max= 31 % bei HP,des= 11 % erreicht wird, wodurch der leistungsspezifische Kraftstoffverbrauch im Reiseflug erheblich reduziert wird.
Glossar: LuFo aviation research program / Luftfahrtforschungsprogramm, CO2 carbon dioxide / Kohlenstoffdioxid, nitrogen oxide / Stickstoffoxid, HP,des design degree of hybridization / Designhybridisierungsgrad
Das zugrunde liegende Vorhaben wurde mit den Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz unter dem Förderkennzeichen 20E2111A gefördert.