Entwurf des elektrischen Antriebssystems für eine hochfliegende Solarplattform

Abstract

Die Hochfliegende Unbemannte Plattform zählt mit einer institutsübergreifenden Beteiligung zu den Querschnittsprojekten des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Ziel des Projekts ist der Test und die Demonstration von Systemen zur dauerhaften Beobachtung entlegener Regionen der Erde. Das zu der Familie der engl. High Altitude Pseudosatellite Platforms gehörende Fluggerät zielt auf eine dauerhafte Stationierung in Flughöhen von 15-22 km ab und soll dabei eine Nutzlast von 5 kg tragen können. Die für den Flug benötigte Energie soll ausschließlich aus Sonnenenergie mittels Solargeneratoren gewonnen werden. Ein wesentliches Teilsystem des Luftfahrzeuges ist der elektrische Flugantrieb. Dieser muss die stark unterschiedlichen Leistungs- und Drehmomentanforderungen in unterschiedlichen Höhen zuverlässig erfüllen und dabei extremen Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Temperaturen von bis zu -80 °C und sehr geringer Luftdichte widerstehen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das elektrische Antriebssystem ausgelegt und in Betrieb genommen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst die Grundlagen elektrischer Flugantriebe eingeführt und grundlegende Zusammenhänge für die Auslegung eines Antriebssystems insbesondere im Kontext der hochfliegenden Plattformen dargestellt. Das zu entwickelnde Antriebssystem wird anschließend in das Gesamtsystem eingeordnet und die Systemanforderungen aus den übergeordneten Luftfahrzeuganforderungen abgeleitet. Ausgehend von der Anforderungsdefinition wird eine geeignete Systemarchitektur erarbeitet und zugehörige Systemzustände modelliert. Basierend hierauf werden geeignete Komponenten für das Antriebssystem ausgewählt und entwickelt. Anschließend wird ein entsprechender Regler für das System ausgelegt und auf die Zielhardware gebracht. Zum Abschluss der Arbeit wird das System im Rahmen von Gesamtsystemtests auf einen Teststand betrieben, um den Funktionsnachweis zu erbringen. Auf Basis der Ergebnisse wird ein Ausblick für Folgearbeiten gegeben.