Elektroflug (eBook)

FRONTSEITE 1
INHALTSVERZEICHNIS 5
Vorwort 11
Elektroflug - Technologie, Geschichte, Zukunft - 13
Einleitung 15
Peak-Oil und schwindende Erdöl-Reserven 15
Die Suche nach dem alternativen Antriebsmittel 17
Fossile Energieträger 19
Erneuerbare Energieträger 19
Solarenergie 20
Kategorisierung und Bewertung 21
CO2 als Rohstoff 26
Die Antriebsmittel der Zukunft 28
Teil I: Grundlagen 31
Lieferanten elektrischer Energie 33
Akkumulatoren 33
Grundlagen Akkutechnologie 33
Kenngrößen 34
Zugelassene Typen und ihre Eigenschaften 34
Energiespeicherung bei Akkus im Vergleich 36
Neuere Technologien 36
Forschungsprojekte der Akkumulatortechnologien 40
Lithium-Schwefel-Akku 40
Lithium-Luft-Akku 44
Gefahren beim Einsatz moderner Lithium-Akkus 46
Zusammenfassung Akkutechnologie 49
SuperCaps 52
Grundlagen SuperCaps 52
Kenngrößen von SuperCaps 53
Anwendungen von SuperCaps 54
Solarzellen 56
Grundlagen Solarenergie 56
Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle 60
Wirkungsgrad einer Solarzelle 61
Typen von Solarzellen 61
Strom-Spannungs-Kennlinie einer Solarzelle 62
Solarzellen im Flugzeugbau 63
Brennstoffzellensysteme 66
Grundlagen der Brennstoffzelle 66
Aufbau und Funktionsweise einer PEM-Brennstoffzelle 67
Weitere Brennstoffzellentypen 68
PEM-Brennstoffzellensysteme kleiner Leistung 71
Intelligent Energy Brennstoffzellensystem 71
SER Energy Brennstoffzellensystem 72
PEM-Brennstoffzellensysteme höherer Leistung 74
Ballard Mark 1100 (114kW) 75
Nuvera Vehicle Engine (132 kW) 76
SymbioFCell Green GT (400 kW) 77
Physikalische Grundlagen Wasserstoff 78
Problemzone Wasserstofftank 78
Metallhydridspeicher 79
Gasdruckspeicher 79
Kryospeicher 80
CcGH2-Speicher 82
Carbon-Nanofaserspeicherung (CNF) 83
Betankung, Tankanschlüsse 84
Elektromotoren 85
Aufbau und Funktionsweise von Elektromotoren 85
Gleichstrommotor (GM) 85
Drehstrommotoren 88
Elektrisch erregter Synchronmotor (SM) 88
Permanenterregter Synchronmotor (PSM) 89
Asynchronmotor (ASM) 91
Geschalteter Reluktanzmotor (SRM) 92
Transversalflussmotor (TFM) 93
HTS-Elektromotoren 95
Elektrische Motorsteuerung 99
Arbeitsbereich von Elektromotoren 99
Leistungshalbleiter für die Motorsteuerung 100
Elemente und Funktionsweise der Motorsteuerung 102
Realisierte Flugelektromotoren 108
Flugelektromotoren kleiner Leistung bis 100 kW Nennleistung 108
Geiger Engineering HPD10/13.5 (10 bzw. 13,5 kW) 109
AstroFlight 4535 (15 kW) 110
LZ Design FES-M130 (23 kW) 111
Sineton A30K016 (30 kW) 112
Electravia GMPE 102/ GMPE 205 (19 kW /36 kW) 113
Lange EM42 (42 kW) 114
Yuneec Power Drive Motoren (10 kW, 24 kW, 45 kW, 60 kW) 115
e-Flight Initiative e-Motor (54 kW) 116
Sineton e-Genius (60 kW) 117
Rotex REB 90 (80 kW) 118
Siemens Integrated Drive System (80 kW) 119
Flugelektromotoren mittlerer Leistung über 121
UQM PowerPhase Motorenserie 121
GKN EVO eDrive Systems 123
Remy HVH 250 /HVH 410 124
Zusammenfassung Flugelektromotoren 125
Teil II: Realisierte Flugzeugentwürfe 127
Solarflugzeuge 129
Sunrise I+II (1974, 1975) 129
Solar Riser (1979) 132
Solar One (1979) 134
Gossamer Penguin und Solar Challenger (1980-81) 136
Solair I+II (1983, 1998) 139
Pathfinder, Pathfinder Plus, Centurion, und Helios (1980-2003) 141
Sunseeker I+II (1990, 2002) 147
icaré 2 (1996) 151
Solar Impulse A+B (2009, 2014) 154
Elektra One Solar (2013) 157
Elektro-Motorsegler 159
Militky MB-E1 (1973) 159
Alisport Silent AE-1 (1998)/Alisport Silent 2 Electro (2011) 161
Lange Antares 20E/23E (2003) 163
Electraflyer C (2008) 166
Schempp-Hirth Arcus-E (2010) 168
Pipistrel Taurus Electro G2 (2007) 169
Pipistrel Taurus Electro G4 (2011) 172
IFB e-Genius (2011) 174
Embry Riddle EcoEagle (2011) 178
Phoenix Air ePhoenix (2011) 179
Yuneec E1000 (2011) 182
Wezel Apis 2 Electro (2011) 183
Yuneec eViva (2012) 184
Elektro-Trikes, 120-kg-Klasse 186
ElectraFlyer Trike (2007) 186
Electravia Electro Trike (2008) 188
ElectraFlyer ULS / Song 120 (2012) 191
Archaeopterix Elektro (2012) 193
Elektro-Leichtflugzeuge (UL, LSA) 196
Sonex ESA (2007) 196
Skyspark Pioneer 300 (2009) 199
Yuneec/GreenWing eSpyder (2009) 200
Yuneec/GreenWing e430 (2009) 202
Cri-Cri-E (2010) 205
PC-Aero Elektra One (2011) 208
IABG/Acentiss ELIAS (2012) 209
Long ESA (2012) 210
Evektor Sportstar EPOS (2013) 212
EADS E-Fan (2014) 214
Pipistrel WATTsUP (2014) 218
AEAC Sunflyer (2015, in Planung) 220
Elektro-Reiseflugzeuge (CS23) 221
Bye Energy/Beyond Aviation Cessna C172 (2010) 222
Pipistrel Panthera Electro (in Planung) 225
Elektro-Hybrid-Flugzeuge 228
Diamond E-Star (2011) 228
Diamond E-Star 2 (2013) 229
Volta Volaré GT4 (in Planung) 230
Pipistrel Panthera Hybrid (in Planung) 232
Brennstoffzellen-Flugzeuge 233
Boeing Fuel Cell Demonstrator (2008) 233
DLR Antares 20E Fuel Cell (2009) 236
POLITO ENFICA Fuel Cell Zweisitzer (2010) 239
Elektro-Drehflügler 243
e-volo VC200 (2013) 243
Autogyro e-Cavalon (in Planung) 246
Teil III: Die Konstruktion elektrisch angetriebener Luftfahrzeuge 247
Antriebskonzepte beim Elektroflugzeug 249
Aerodynamik und Performance eines Flugzeugs 251
Auftriebs- und Widerstandskraft 251
Gesamtwiderstand und Widerstandspolare 253
Parasitärer Widerstand 254
Induzierter Widerstand 254
Widerstandspolare 255
Minimum Power Required 257
Solarzellen-Antrieb (PVEV) 263
Überlegungen zur Konstruktion eines Solarflugzeugs 270
Akku-Antrieb (BEV) 273
Mit Akku-Antrieb erzielbare Reichweite 278
Temperaturabhängigkeit 281
Commuter-Flugzeug mit Akku-Antrieb 281
Fazit Akku-Antrieb 283
Brennstoffzellen-Antrieb (FCEV) 284
Grundlegende Konstruktionsfragen 284
Mit FC-System erzielbare Reichweite 287
Viersitziges Reiseflugzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb 288
EU-Projekt ENFICA-FC 289
Commuter-Flugzeug mit Brennstoffzellen-Antrieb 291
Fazit Brennstoffzellen-Antrieb 294
Hybridantriebssysteme (PHEV, SHEV) 295
Parallel-Hybrid-Antrieb 296
Seriell-Hybrid-Antrieb 298
Range Extender 298
Fazit Hybridantriebe 305
Überlegungen zur Propellerauslegung 306
Grundlegendes bei einem Einzelpropeller 307
Optionen bei mehreren Propellern 308
Antriebskonzepte beim Elektro-Transportflugzeug 318
Neue Antriebsmittel beim Transportflugzeug 318
Turbinenantrieb mittels Kryotreibstoffen 319
Notwendige Anpassungen beim Transportflugzeug 320
Hybridantrieb beim Transportflugzeug 322
Vollelektrisches Transportflugzeug 323
Konzeptionelle Entwürfe der Hersteller 325
EADS/Airbus VoltAir 325
EADS/Airbus E-Thrust 326
NASA/Boeing SUGAR 327
Fazit Elektro-Transportflugzeug 330
Zulassungsfragen 331
Zulassung von Motorseglern (CS 22) 332
Zulassung von Reise- und kleinen Commuterflugzeugen (CS23) 338
Zulassung von Transportflugzeugen (CS25) 339
Anhang 341
Abkürzungen 342
Literaturverzeichnis 345
Autor dieses Buches 350
Bildnachweis 351
RÜCKSEITE 354