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Powermodule für Flugzeugmotoren

Klimafreundliches Inselhoppen mit Elektro-Cessnas auf Hawaii

23. Juni 2020, 08:00 Uhr   |  Ute Häußler

Klimafreundliches Inselhoppen mit Elektro-Cessnas auf Hawaii
© Ampaire

Ampaire entwickelt mit Vicor-Powermodulen elektrisch angetriebene Flugzeuge, die umweltfreundlich, sicher und leise sind und geringere Betriebskosten aufweisen.

Die kalifornische Firma Ampaire will elektrisch angetriebene Klein-Flugzeuge produzieren und damit neben den Co2-Ausstößen auch den Lärm und die Betriebskosten reduzieren. Vicor Power liefert die Stromversorgungskomponenten, damit auf Kurzstreckenflügen in Hawaii bald Elektro-Cessnas fliegen.

Die Bedenken um steigenden CO2-Emissionen erhöhen die weltweite Nachfrage nach reinelektrischen oder hybridelektrischen Fahrzeugen. Auch die Flugzeugindustrie erlebt eine ähnliche Evolution und evaluiert die Möglichkeiten, Kosten und Vorteile elektrisch betriebener Flugzeuge.

Eine kalifornische Firma mit dem deutlich auf Strom hinweisenden Namen Ampaire hat begonnen, elektrische Flugzeuge zu entwicklen, die umweltfreundlich, sicher und leise sind und dazu noch weniger Betriebskosten aufrufen. Im Vergleich zu traditionellen Flugzeugen mit Verbrennungsmotoren strebt Ampaire Reduzierungen der Treibstoffkosten um 90 % sowie der Unterhaltskosten um 50 % an. Der Lärm während Start und Landung eines komplett elektrischen Flugzeugs ohne Emissionen soll sich um 60 % verringern.

Durch eine Reduzierung der Infrastrukturkosten, wäre es zudem möglich, den klimafreundlichen Flugverkehr auch auf bisher unterversorgte und entfernte Gebiete zu erweitern. Mit elektrischen Antrieben könnte die Anzahl von Zielen um den Faktor 10 erhöht werden, allein in den USA von 500 auf 5000 Flughäfen. Menschen in entlegenen Gebieten hätten dadurch einen einfacheren Anschluss an den regionalen Flugverkehr. Lokale Fluggesellschaften, die wegen der hohen Betriebskosten momentan Probleme haben, profitabel zu arbeiten, könnten wieder Erfolg haben.

Grüne, saubere Energie für den Luftverkehr

Der momentane Prototyp von Ampaire, eine umgebaute Cessna 337 Skymaster, besitzt eine hybride Architektur: ein Propeller mit regulärem Verbrennungsmotor befindets sich am Heck des Flugzeugs, ein elektrisch angetriebener Propeller am Bug. Während des Flugs kann die Leistung dynamisch zwischen den beiden Antriebsvarianten verteilt werden, um damit Geschwindigkeit, Leistung, Spritverbrauch oder Lärm zu optimieren.

Hochkompakte Powerkomponenten für schnelle Prototypenentwicklung

Die Stromversorgung für den Ampaire Prototyp beinhaltet eine Hochspannungsbatterie mit einer Spannung von 500 – 738V. Die typischen Kontroll- und Überwachungssysteme in Flugzeugen benötigen eine Spannung von 28V, für die Abwärtswandlung sorgt ein DC-DC Wandler mit weitem Eingangsspannungsbereich, einer genau geregelten Ausgangsspannung und, wegen der hohen Batteriespannung, mit hoher Isolation.

Fütr den Einsatz im Kleinflugzeug musste die Stromversorgung möglichst kompakt sein und dennoch einen hohem Wirkungsgrad sowie ein einfaches Wärmemanagement mitbringen. Für Ampaire war außerdem eine schnelle Entwicklung und nachfolgend eine geringe Time-to-Market wichtig, wodurch nur eine bereits verfügbare, integrierte Power-Lösung ohne großen Entwicklungsaufwand in Frage kam. Außerdem wollten die Entwickler für die Leistungswandler keine extra PCB einsetzen. Das Ingenieurteam des Stromversorgungsanbieters Vicor schlug einen zweistufigen Ansatz für die Stromversorgung vor. Wirkungsgrad und Leistungsdichte lassen sich optimieren und vereinfachen die Wärmeableitung des Systems. Ein Buswandler (BCM) mit festem Übersetzungsverhältnis übernimmt Isolation und Abwärtswandlung der hohen Batteriespannung. Nachgeschaltet ist ein DC-DC Wandler mit kleiner Eingangsspannung, der die geregelte Spannung von 28V erzeugt.  

Die Zukunft elektrischer Flugzeuge

Die kommerzielle Rentabilität elektrisch angetriebener Flugzeuge soll jetzt im realen Flugverkehr gezeigt werden. Mokulele Airlines will die Prototypen für Kurzstreckenflüge zwischen zwei Hawaii Inseln einsetzen. Das Serienflugzeug von Ampair soll 9 bis 19 Passagiere auf der 90 Meilen langen Strecke zwischen Honolulu und Kahului transportieren.  

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