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Bachelorarbeit: Development and testing of an electric propulsion system for gliders

Mit dem Doppelpropeller durchstarten

Aviatik-Absolvent Marco Caglioti hat ein Propellersystem mit zwei gegenläufigen Rotoren gebaut und getestet. Die kompakte Lösung könnte künftig in Segelflugzeugen zum Einsatz kommen, damit diese ohne fremde Hilfe starten können.

Viele Segelflugzeuge verfügen über einen Hilfsmotor. Er ermöglicht den Weiterflug bei zu wenig Auftrieb und je nach Grösse sogar den Eigenstart des Segelflugzeugs. Der Hilfsmotor ist meist ein Klapptriebwerk, das nur bei Bedarf ausgeklappt wird. Um den Luftwiderstand gering zu halten, bleibt der Hilfsmotor bei Nichtgebrauch im Rumpf versteckt. Es ist eine technische Herausforderung, solche Motoren möglichst leicht und kompakt zu gestalten, damit im Segelbetrieb keine Nachteile entstehen. Aviatik-Absolvent Marco Caglioti hat im Rahmen seiner Bachelorarbeit einen neuen Lösungsansatz geprüft, der die Fortschritte in der Luftfahrttechnik mit denen der Elektromotoren vereint: ein gegenläufiger Propeller, der elektrisch betrieben wird.

Kompakt und leistungsstark

Aber ist die Propellertechnik überhaupt noch zeitgemäss? «In der Luftfahrtbranche wird schon seit einigen Jahren an der Weiterentwicklung von Propellerantrieben gearbeitet», erklärt Marco Caglioti. «Sie könnten in Zukunft vielleicht wieder eine ernsthafte Alternative zu den verbreiteten, aber weniger energieeffizienten Strahltriebwerken werden.» Der Absolvent hat diesen Trend aufgenommen und den Prototyp eines gegenläufigen Propellers konzipiert und aufgebaut. Zwei Rotoren befinden sich auf einer Achse und drehen sich – angetrieben durch je einen Elektromotor – in entgegengesetzter Richtung. Das sorgt für mehr Schub. «Man schafft auf der gleichen Propellerfläche mehr Luftdurchsatz, kann also kürzere Blätter verwenden», sagt Marco Caglioti. «Somit ist die Lösung kompakter als ein grosser Propeller mit vergleichbarem Schub.»

«Die Lösung ist kompakter als ein grosser Propeller mit vergleichbarer Leistung.»

Marco Caglioti

Windkanal versus Simulation

Hinzu kommt, dass der Elektromotor mehr Leistung bei kleineren Einbaumassen ermöglicht. Dass seine Lösung wirklich genügend Schub für den Einsatz im Segelflugzeug bringt, hat Marco Caglioti im Windkanal am ZHAW-Zentrum für Aviatik (ZAV) nachgewiesen. Dazu hat er die tatsächlich gemessenen Daten aus den Windkanalversuchen mit den theoretischen Leistungsdaten einer Kontrollsoftware verglichen. «Der Propeller ist in der Lage, die mit der Software simulierten Leistungen bis zu einer Drehzahl von 3600 U/min mit einem Fehler von 9,1 Prozent zu erreichen», so Marco Caglioti. Diese Abweichung sei vergleichsweise gering und auf den vereinfacht aufgebauten Prototyp zurückzuführen. «Passen wir die Berechnung um den Faktor 0,091 an, erreichen wir mit einem Standschub von 545 Newton das Ziel, ein Segelflugzeug eigenstartfähig zu machen.»

Vielversprechender Prototyp

Marco Caglioti hat das gegenläufige Propellersystem konstruiert und erfolgreich geprüft. Mit seinen kompakten Massen braucht es weniger Platz und könnte somit in den Rumpf eines Segelflugzeugs integriert werden. Im Feldtest einsetzbar ist der Prototyp allerdings noch nicht. «Er besteht hauptsächlich aus Polymilchsäure, die den realen Belastungen nicht standhalten würde», sagt der Absolvent. In einem nächsten Schritt könne man das System beispielsweise aus Kohlefaser konstruieren. «Weiter müssten noch die elektrotechnischen Komponenten eingebaut und programmiert werden, aber das ist nicht mein Fachgebiet.» Gut möglich also, dass die Arbeit in einem anderen Studiengang eine Fortsetzung findet.

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