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Elektroflug für HG + GS Free Flight 2008

Elektroflug für HG + GS Free Flight 2008. Garmisch 15.03.2008. Inhalt. Vortragsziele Elektroflug für HG + GS – Warum überhaupt? Einschränkungen bei verfügbaren Startplätzen Stand der Entwicklung von Elektroantrieben Neue Chancen durch Elektroantriebe

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Elektroflug für HG + GS Free Flight 2008

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Presentation Transcript

  1. Elektroflug für HG + GSFree Flight 2008 Garmisch 15.03.2008

  2. Inhalt Vortragsziele Elektroflug für HG + GS – Warum überhaupt? Einschränkungen bei verfügbaren Startplätzen Stand der Entwicklung von Elektroantrieben Neue Chancen durch Elektroantriebe Was kann ein Elektroantrieb heute im GS/HG-Flug leisten? Realistische Flughöhen + Flugzeiten mit Elektroantrieb heute Entwicklungsrichtungen des Elektroflugs Spezifikation eines Elektroantriebs für Sport-HG/GS-Flieger Antriebsgewicht Sportausführung Motor für 1,5 m/s Steigen Der Akkumulator Der Propeller Der eigensichere Antrieb Pilotensicherheit Die Sache mit den Kosten

  3. Vortragsziele • Information für potentielle Elektropiloten und DHV-, SHV-Aktive über den aktuellen Stand der Technik. • Begeisterung soll Aktivität beim DHV + SHV fördern, sich für die Sache zu engagieren (neue vereinfachte Startklasse, Motorzulassung). • Interesse wecken bei im Markt positionierten Firmen, ihr Produktprogramm um Elektroantriebe zu erweitern. • Erkennen der Chancen, die sich allen Leichtfliegern durch Elektroantriebe eröffnen.

  4. 2. Elektroflug für HG + GS - Warum überhaupt? Fliegen ohne Motorantrieb ist das schönste Hobby auf der Welt. Achtung Suchtgefahr ! Tausende lernen es jährlich aber Tausende geben es auch wiederauf mangels Fluggelegenheit. Zig Tausende vernachlässigen Partnerschaften und Familie, um ihr Hobby auszuüben.Hindernisse • Mangelnde Start-Gelegenheit, aufwendige teure Anreise • Verfügbare Termine – Wetterrisiko • Familienzeit, Arbeitszeit – Flugzeitkonflikt • Kosten pro Flugminute extrem

  5. 3. Einschränkungen bei verfügbaren Startplätzen Gebirgsflug/Hangstart:90% wohnen gebirgsfern, windrichtungsabhängig, Massenbetrieb an guten TagenLiftgebühren, hohe Anfahrtskosten für FlachländerWindenschlepp:großer Zeitaufwand, Abhängigkeit von anderen/Verein, Massenbetrieb an guten Tagen, 2 von 3 Starts -> Absaufer Motorstart mit 2-Takter:Sonderstartplätze/Flugplatz nötigsehr schwere Ausrüstunghohes Lärmniveau für Pilot + UmweltUmweltbelastung durch Abgase + Benzinunsicherer MotorlaufEIN ELEKTROANTRIEB KANN HELFEN!

  6. 4. Stand der Entwicklung von Elektroantrieben Elektroflug ist technisch und kostenmäßig heute bereits machbar und sinnvollNoch in 2008 werden aus Prototypen SerienprodukteEs gibt weltweit 5 – 6 Entwicklungsgruppen mit fliegenden MusternDeutschland: Richard-Krüger-Sprengel (Helix)Kanada: Csaba Lemak/Patrick Mac KansieEngland: Neil AndrewsFrankreich: Fa. RazeebussChina: Fa. YuneecDeutschland: Werner Eck + Fa. Geiger Engineering

  7. 5. Neue Chancen durch Elektroantriebe • Unabhängig von anderen wählt man • Startort • Startzeitpunkt • Startrichtung • Starthöhe, auch mehrfach Die „Startart Elektro“ ist der Einstieg in das wirklich Unabhängige, umweltfreundliche Fliegen Aktion in der Schweiz (SHV): Versuch der Zulassung E-Flug bei HG/GS Umfrageergebnisse: > 80% bei Piloten +

  8. 6.1 Was leistet ein Elektroantrieb heute im GS/HG-Flug? Leistungsmaß : theoretisch erreichbare Höhe bei Windstille oder : Flugzeit bei WindstilleEinflussgrößen: - Gesamtgewicht - verfügbare elektrische Energie - Wirkungsgrad von Fluggerät, Propeller, Motor + Regler, Akku ηM vs ηp ηA 0,8 – 0,95 0,85 – 0,92 0,3 – 0,65 0,6 – 1,6 m/s

  9. 6.2 Was leistet ein Elektroantrieb heute im GS/HG-Flug? Hmax = verfügbare Energie - Sinkgeschwindigkeit x Steigzeit Gesamtgewicht Tmax = verfügbare Energie + Steighöhe erforderliche Leistung Sinkgeschwindigkeit

  10. 7. Realistische Flughöhen + Flugzeiten mit Elektroantrieb heute • Bei Windstille • Akkumulator 1,6 kWh GB = 12 – 16 kg

  11. 8. Entwicklungsrichtungen des Elektroflugs Sportfliegen in den Aufwind kommen indynamischer Luft Sightseeing lang + weit fliegen in ruhiger Luft Flott steigen, dann Motor aus (ggfs. mehrfach) Auf „Reisehöhe“, dann Motor 40% große, schwere BatterieLadegerät evtl. an Bord • möglichst leichter, kleiner Akku wechselbar • Klapppropeller • Standardschirm • Gurtzeug ähnlich Standard • Minimalkäfig • Startplätze in der Nähe von Aufwindgebieten • vergleichbar Hang- oder Windenstart • geringer Lärmpegel (Anrainer, Jadgpächter, Wildtiere)

  12. 9. Spezifikationen eines Elektroantriebes für Sport – HG/GS-Flieger • Antriebsgewicht < 30% Körpergewicht • Steiggeschwindigkeit ≥ 1,5 m/s • Bestmöglicher Wirkungsgrad des Antriebssystems incl. Propeller • Antrieb eigensicher – auch Batterie • Universalgurtzeug, -schirm, -rettung • Sehr niedriger Lärmpegel, niedrige Frequenzen • Vergleichbare passive Pilotensicherheit mit/ohne Antrieb • Geringe Betriebskosten/Kein Verschleiß • Einfache, saubere Transportmöglichkeit • Erfüllung aller vom DHV noch zu spezifizierenden Anforderungen der • Startart „Elektro“

  13. 10. Antriebsgewicht Sportausführung Referenzpilot 80 kg Antriebsgewicht < 24kg ! + Propeller (1kg) A R M - Gestell 2 kg Antriebsgewicht: 16,5 – 22,5 kg (Käfig) 1,5 kg Akkumulator 8 - 13 kg 1 – 1,6 kWh Motor + Steller 4 – 5 kg 8-10 kW

  14. 11. Motor (für 1,5 m/s Steigen) * * bevorzugte Spannung < 60 V geeignete Motoren: bürstenlose Außenläufer mit Getriebe (Plettenberg, Hacker u.a.) bürstenloser vielpoliger Außenläufer Direktantrieb (HP Direct 10) bedingt geeignet: DC-Scheibenläufermotoren (hohes Gewicht) bei hoch effektiven Propellern *

  15. 12.1 Der Akkumulator Ausschließlich Lithium – Technologie erfüllt die Gewichtsanforderungen Lithium – Ionen – Becherzellen 9kg/kWh Lithium – Polymer – Plattenzellen 7kg/kWh Benzin 0,1 kg/kWh Sehr wenige Li-Akku-Typen erfüllen die extremen Anforderungen im Flugantrieb • Hohe Strombelastbarkeit von 6 – 10C bei Entladezeit in 6-10 min • Hohe Spannungslage über die gesamte Entladezeit • Sicherheit gegen Brand/Explosion in allen Situationen • Hohe Zyklen- und Zeitlebensdauer (> 500 Zyklen, 5 Jahre für 80%) • Geringstes Gewicht/Leistung und Gewicht/Energie • bezahlbar Die Entwicklung besserer und billigerer Akkumulatoren geht rasch voran durch die Kfz-Hybrid-Technologie

  16. 12.2 Der Akkumulator AT1: Akku Typ 1 AT2: Akku Typ 2 AT3: Akku Typ 3 (V) normierte Kapazität 25 Ah 58 V X AT1 X X X X X X 49 V X AT3 AT2 X X X 40 V Zeit (min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Entladecharakteristik am Flugmotor HP Direct 10 mit E-Prop 1,40m

  17. 13.1 Der Propeller Schuberzeugung Lärmentwicklung Großer Durchmesser Optimale Blattprofilierung geringe Umfanggeschwindigkeit geringe Belastung lärmarmes Profil Optimum bei D = 1,4m, 1600 -2000 Upm 10% dickes gewölbtes Blattprofil (MH 116) Erreichbare Wirkungsgrade: 0,45 (GS) – 0,61 (HG) Weiteres Verbesserungspotential: Mantelluftschraube

  18. 13.2 Der Propeller Leistungsbedarf für 350 N Schub bei 10 m/s (Profil MH 116) Machzahl kw X 8,3 8 0,6 X 0,59 X 7,3 X 0,51 7 0,5 X 6,8 X 0,47 X 6,6 X 6,4 X 0,43 6 X 0,40 0,4 X 0,38 X 0,37 1,2 2720 1,3 1 3850 1,4 2040 1,5 1,6 1595 1,7 1,1 Durchmesser (m) Drehzahl Upm

  19. E-Lift Telemetriedatengeflogen am 10.03.08 mit einem Atos VR Air Magdeburg/Dr. Werner Eck

  20. 14. Der eigensichere Antrieb • Unbeabsichtigter Anlauf muss ausgeschlossen werden können • Sicherer und schneller Stop auch in Stress-Situationen • Kontinuierliche Überwachung aller relevanten Betriebsgrößen (U, I, T) im Flug • Selbstabschaltung bzw. Drosselung bei Grenzwertüberschreitungen • Drahtbruchsicherheit • Verpolungssicherheit des Akkumulators • Eigensicherheit des Akkumulators • Propellerschutz/Käfig • ergonomisches Gestell Dies erfordert ein eigenes, auf die hohen Anforderungen abgestimmtes Steuerungs-und Überwachungssystem

  21. 15. Pilotensicherheit Der passive Schutz des Piloten durch geeignetes Gurtzeug muss möglich sein. Neuartige Gestellkonstruktion erforderlich Ziel: Universalgurtzeug, -schirm und -rettung

  22. 16. Die Sache mit den Kosten Betriebskosten • Energiekosten - 15,3 ct/kWh ∙ 1,7 kWh = 0,26 € • Akkuabschreibung • Wartungskosten - keine 3,14 € pro Start auf ca. 1.000 m Gesamtpreis: 5000,-€ bis 7000,-€ Bestehend aus: Antrieb Motor Managementsystem Faltpropeller 1,4 m Ø Akkumulator Akkumanagementsystem Anschaffungskosten Prognose für Serie inkl. MWSt KOSTEN pro Flugstunde sinken dramatisch

  23. Filmsequenz Gleitschirmstart Filmsequenz E-Lift E-Lift Nullschieberflug Flugvorführungen finden statt am: Samstag den 15.03.08 um 11:45 und 17:00 Sonntag den 16.03.08 um 9:30 um 11:45 E-Lift Landung

  24. 17. Profil Dr. Werner Eck • 61 Jahre, Maschinenbau, Aerodynamik • TL/GF Mittelständischer Maschinenbauer • Seit 2004 freiberuflicher Entwickler Elektroantriebe • Seit 2005 Entwicklung von GS-E-Antrieben • Hobby: Fliegerei: Flugmodelle, Segelflug, Gleitschirmflug • Verein: NBDF Nordbayerische Drachenflieger

  25. Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Entwicklung elektrischer Antriebe Dr. Ing. Werner Eck Hinterer Steinig 9 91332 Heiligenstadt Tel. 09198/998280 E-Mail: werner.eck@gmx.org

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