Aufbau eines Modells zur Untersuchung der Körperschallwechselwirkungen zweier elektrischer Maschinen

Kurzfassung

Zur Umsetzung der von der Europäischen Union definierten Klimaziele werden derzeit fortschrittliche Flugzeugkonzepte mit partiell oder vollständig elektrischen Antriebssystemen untersucht. Teil dieser Antriebssysteme sind elektrische Maschinen, die beispielsweise im motorischen Betrieb den Propulsor antreiben. Im Kontrast zu konventionellen Triebwerken können in elektrischen Antriebssträngen mehrere elektrische Motoren hintereinander auf einer Motorwelle montiert werden, um die Antriebsleistung zu erhöhen. Die drehzahlabhängige Krafteinwirkung der elektrischen Maschinen auf die Antriebswelle führt zur Ausbreitung von Körperschall und Vibrationen im Gesamtsystem sowie mechanischen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten. Besonders im Resonanzfall wirken sich diese Strukturbelastungen unmittelbar auf den sicheren Flugbetrieb aus. Demzufolge sollte der strukturelle Körperschalleinfluss in der Vorauslegung des elektrischen Antriebsstrangs berücksichtigt werden.Im Rahmen eines Forschungsprojekts wird als erster Schritt die Körperschallausbreitung innerhalb der Motorwelle ermittelt, wobei ein Stab mit zwei Kraftquellen als vereinfachtes Modell der Motorwelle mit zwei elektrischen Antrieben dient. Dieses Modell wird analytisch und mittels der Finite-Elemente-Methode numerisch untersucht. Dabei werden systematisch der Krafteinleitungsort und das Kraftsignal variiert. Die Ergebnisse werden durch ein Experiment validiert, in welchem die Kraftquellen durch Shaker modelliert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es, in der Vorauslegungsphase zukünftiger elektrischer Antriebe die Auswirkungen des Körperschalls gezielt zu berücksichtigen.