Warum die Analyse der elektrischen Leistung von Flugzeugen?

Die Analyse der elektrischen Leistung von Flugzeugen ist heute wichtiger denn je:

• Bereits hohe Komplexität in klassischen Flugzeugen, mit motorgetriebenen Generatoren, Hilfstriebwerk (APU), Stromrichtern, elektrischen Bordküchen, Gleichstromnetz, primären und sekundären Flugsteuerungssystemen (Querruder, Höhenruder, Seitenruder, Klappen und Störklappen) bis hin zu Passagierkomfortsystemen.

• Viele elektrische Schutz- und Sicherheitssystemewie Notstromversorgung, Leistungsschalter und Enteisungssysteme.

• Übergang zu elektrischen Antrieben Gewichtsreduzierung, Verbesserung der Effizienz und Verbesserung der Wartungsfreundlichkeit für verschiedene Funktionen (z. B. Flugsteuerung, Fahrwerk, gefaltete Flügelspitzen usw.).

• Elektrisch rollen Reduzierung von Kosten, CO2 und Lärm am Boden.

• Hybridelektrisch und turbo-elektrischer Antrieb auf dem Vormarsch.

• Flüssiger Wasserstoff (LH2) Tanks und Brennstoffzellen (FC) als Energiequelle.

• Reines Elektroflugzeug (EA) - Advance Air Mobility (AAM), Vertical Take-Off and Landing (eVTOL), Urban Air Mobility (UAM) oder Air Taxis (AT), mit vollelektrischem Antrieb, einer hohen Anzahl von Elektromotoren und leistungsstarken Traktionsbatterien.

• Elektrische Energiesysteme mit >800 V DC und 400 V / 400 Hz AC-Mikronetz, Reduzierung des Gewichts.

• Aufstieg der elektrischen unbemannten Luftfahrtsysteme (FACHHOCHSCHULE) und Drohnen (eVTOLs).

Weltweit führende Unternehmen vertrauen auf Dewesoft, wenn es um fortschrittliche und präzise dynamische und statische elektrische Leistungsanalysen in der Luftfahrtindustrie geht. Unsere Lösungen werden für die Prüfung einzelner Komponenten, komplexer elektrischer Antriebe, kompletter elektrischer Anlagen (alle Kupfer) einschließlich der Stromqualität des Mikronetzes des Flugzeugs eingesetzt. Diese Tests gewährleisten Zuverlässigkeit, Leistung, Effizienz, Sicherheit, Belastbarkeit und die Einhaltung von Normen - entscheidend für eine erfolgreiche Musterzulassung.

Verteilung und Qualität der elektrischen Energie in Flugzeugen

Das klassische Flugzeug-Elektro- und Microgrid-Netz besteht aus Stromerzeugung, Stromumwandlung (AC/DC, DC/DC, DC/AC), Stromverteilung und Geräten (Aktoren, Elektronik, Avionik), und schließlich kommt der elektrische Antrieb hinzu.

Das Stromversorgungsnetz baut in der Regel auf

• DC-Nennspannung von 28 V (Standard), 270 V oder bis zu 800 V (EV).

• AC-Nennspannung von 115 V, 230 V oder 400 V (Leitung-Nullleiter) mit 400 oder 800 Hz Nennfrequenz oder sogar Variable Frequency AC (VFAC): 360-800 Hz.

Alle Staaten müssen validiert werden

• Normaler Betrieb, abnormaler Betrieb, Notfall, Start, Übertragung, Stromausfall.

• Die Herausforderungen sind anormale, transiente und Fehlerbedingungen, Einschaltströme, Spannungseinbrüche, Unterbrechungen, Schalttransienten, anormale Frequenz/Spannung.

• Oberschwingungsanalyse, THD, Oberschwingungsordnungen (bis zu 100 Ordnungen, 5 MHz), Spektralbereich.

Einhaltung von Normen Analyse von AC

• Wechselspannung als Effektivwert, Phase-Nullleiter-Wert für jede Halbwelle.

• Konstante Wechselspannung.

• Spannungsunsymmetrie, Spannungsmodulationsamplitude, Spannungsphasendifferenz.

Einhaltung von Normen Analyse von DC

• Gleichspannung und -strom im eingeschwungenen Zustand.

• Verzerrungsfaktor und Restwelligkeit der Gleichspannung.

• Gleichstromverzerrungsfaktor und Modulationsamplitude.

Prüfung elektrischer Flugzeugantriebe

Dewesoft ist die richtige Wahl für die Prüfung von Elektroantrieben, insbesondere für die Prüfung von Elektromotoren und Batterien. Unsere hochpräzisen All-in-One-Datenerfassungslösungen liefern genaue Effizienz-, Leistungs- und dynamische Leistungsmessungen, gepaart mit isolierten Multiphysikeingängen. Diese Lösungen sind perfekt auf F&E-Labortests und Tests während des Fluges zugeschnitten und stellen sicher, dass die Ingenieure schneller und mit absolutem Vertrauen tiefere Einblicke gewinnen.

Elektrische Antriebssysteme

Vollständig elektrifizierte Antriebssysteme haben zahlreiche Konfigurationen, bestehen aber im Wesentlichen aus:

• Energiespeichersystem (hier Batterie, Brennstoffzelle + Batterie)

• PDU (Stromverteilungseinheit)

• PCU (Antriebssteuergeräte / Wechselrichter / Leistungselektronik / Motorsteuerung)

• Elektromotoren / Motoren mit Propellern (z. B. mit offenem Rotor)

Anwender benötigen eine skalierbare Mess- und Prüflösung für die Analyse der elektrischen Leistung von 3- oder 6-phasige AC-HochleistungsmotorenDie Steuerung erfolgt durch eine breite Palette von pulsweitenmodulierten (PWM) Frequenzsignalen bis zu 100 kHz, einschließlich Vektorsteuerungsparametern.

Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads (~95-98 %) und ihrer Leistungsdichte die erste Wahl für Elektroflugzeuge. Die meisten PMSM in Flugzeugen sind dreiphasig (Standard für Hochleistungsanwendungen), weil sie einfach und ausgereift sind. Sie sind gut bekannt und mit Standard-Wechselrichtern kompatibel.

Einige fortschrittliche oder fehlertolerante Systeme verwenden 6 Phasen für Redundanz und Fehlertoleranz - z. B. NASA X-57 Maxwell mit 60 kW pro PMSM in einem verteilten Antriebssystem.

Typisches Datenblatt eines PMSM:

• Leistung: 200 kW ... 2 MW, 650 kW (kontinuierlich)

• Spannung: 300 V ... 800 V DC

• Wirkungsgrad: 95-98%

• Leistungsdichte: 5-10 kW/kg (~8 kW/kg in Magni650)

• Kühlung: Flüssigkeitsgekühlt (luftgekühlt für kleine UAVs)

• Pole: 8-16 Pole (hohe Polzahl für kompakte Bauweise)

• Phasen-Konfiguration: 3-phasig (6-phasig für Redundanz)

• Drehmoment-Dichte: 15-25 Nm/kg, ~20 Nm/kg

• Max RPM: 2.000-3.500 RPM (oft mit Getriebe) | 2.500 RPM

Dewesoft DAQ-Hardware für die Prüfung der elektrischen Leistung von Flugzeugen

Hauptvorteile der Dewesoft DAQ-Hardware und Leistungsanalysatoren

• Skalierung auf Hunderte von Kanälen zur Prüfung elektrischer Anlagen in vollem Maßstab.

• Hochgenaue Spannungs- und Strommessung mit geringer Signalverzerrung und hoher Phasengenauigkeit, gepaart mit elektrisch sicherem und isoliertem Aufbau (ISO 61010), geringe Temperaturdrift → rückführbare Ergebnisse, Nennung der Messunsicherheit (PTB, NIST).

• Gleichspannungseingänge von mV bis 2000 V.

• Vollständige Messkette mit eigenen hochpräzisen Stromwandlern (CT), die Gleich- bis Hochfrequenzströme abdecken + Sensorversorgung, alternativ (Stromwandler von Drittanbietern, Zangen, Rogowski, Shunt).

• Hochwertige frequenzbasierte Leistungsanalyse (0,03%), die von einem einzelnen Motor bis zu allen Elementen im Mikronetz skaliert werden kann (P, Q, S, PF, cos phi, Verzerrung, harmonische Verzerrung, Blindleistung von Oberwellen für jede Phase und insgesamt.

• Hochgeschwindigkeitsmessung mit 15 MS/s/Kanal und 5 MHz Bandbreite, die eine genaue Leistungsberechnung, eine weitreichende Oberwellenanalyse (64. Ordnung) und die Erfassung von Transienten (Störimpulse, extreme Schaltvorgänge, Fehlertransienten oder Kurzschlüsse) ermöglicht.

• Unterstützung von Multiphysik-Eingängen mit DC-Leistung, Drehzahl, Drehmoment, Temperatur (Stator, Rotor), Vibration, Geräusch / Akustik, Strömung, Kraft, Dehnung, Weg, Druck - Unterstützung von TEDS.

• Superzähler für Hochgeschwindigkeits-Drehmoment- und -Drehzahlerfassung.

• Verschiedene Zeitsynchronisationsoptionen: Ethernet PTPv2 (IEEE1588:2008), GNSS, IRIG, optische Ethernet-Verbindungen.

• Offen und einfach zu integrieren in den Systemintegrator Ihrer Wahl: EtherCAT, Ethernet / openDAQ, CAN FD, OPC UA, MQTT, etc.

• Robustes und tragbares Instrument für Flight Test Instrumentation (FTI).

Dewesoft SIRIUS und SIRIUS XHS Leistungsanalysatoren sind zuverlässige DAQ-Lösungen, die den modernen Multi-Physik-Testansatz abdecken und elektrische Leistung, Effizienz, thermische Integrität, Vibration, Akustik, strukturelle Haltbarkeit, Softwarefunktionalität und Sicherheit liefern, was die Testzeit und -kosten reduziert.

Erfahren Sie mehr über unser Leistungsanalysatoren.