Hangartalk #7: Avionics & Propulsion – Von Volt bis Ampere

Willkommen zurück bei den joanneum Aeronautics! In diesem Blogpost wollen wir euch über unser Subteam Avionics & Propulsion und deren Tätigkeiten berichten.

Avionik/Avionics ist übrigens ein Kunstwort aus „Avion“ für Flugzeug und „Elektronik“. Es beschreibt also die Flugzeugelektronik. Das Team, bestehend aus „Luftfahrt / Aviation“-Studierenden, beschäftigt sich mit allen elektronischen Komponenten unseres UAVs (Unmanned Aerial Vehicle). Dazu zählt die komplette Verkabelung, die Auswahl der Motoren, das Sicherstellen der Verbindung zur Fernsteuerung und heuer auch die Ansteuerung des automatischen Ablademechanismus. Wir verfügen in unserem Luftfahrtlabor über alle notwendigen Geräte, wie auch einen Motorprüfstand.

Wie wird ein passender Elektromotor für ein Fixed-Wing-UAV ausgewählt?

Begonnen wird natürlich mit Berechnungen über die zu erwartenden Kräfte am Flugzeug. Hier ist insbesondere der Luftwiderstand von Bedeutung, welcher als Gegenkraft zum Schub wirkt. Im unbeschleunigten Geradeausflug sind Schub und Widerstand gleich groß. Auch die Anforderung der AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) innerhalb von 7,6 m abzuheben, erhöht die benötigte Schubkraft. Anhand dieser Informationen wurde die Vorauslegung mit Hilfe eines Computerprogramms vorgenommen, welches geeignete Elektromotoren aus dem Modellbausektor vorschlägt. Hier hat sich ein bereits bekanntes Modell herauskristallisiert, welches bereits im letzten Jahr in der engeren Auswahl war.

Danach wurden Tests auf unserem hauseigenen Motorprüfstand durchgeführt, um die Leistungsdaten des Motors zu überprüfen. Dabei wird der Motor bei einer Spannung von 22,2 V in unterschiedlichen Betriebszuständen getestet und die charakteristischen Daten wie die erreichte Schubkraft und Stromstärke können ermittelt werden. Die Stromstärke ist der limitierende Faktor. Je mehr Stromstärke vom Motor benötigt wird, desto schneller leert sich der Akku. Da dieser auf 100 Wh begrenzt ist, haben wir eine maximale Stromstärke von 80 A, welche nicht überschritten werden darf, definiert.

An dieser Stelle wollen wir euch wieder einen Begriff aus der Luftfahrt näherbringen:
Lift-to-drag ratio – Gleitzahl. Das Lift-to-drag ratio beschreibt das Verhältnis der Auftriebskraft zu den Widerstandskräften, welche auf das Flugzeug wirken. Dieser Quotient ist ein wesentlicher Auslegungsparameter eines jeden Flugzeuges.

Zurzeit liegen wir noch knapp unter den benötigten Werten für die Schubkraft aus den vorangegangenen Berechnungen. Deshalb geht es von der Theorie in die Praxis, quasi nach dem Motto „Probieren geht über Studieren“. Wir werden in den kommenden Tagen mehrere Testflüge mit unserem UAV durchführen und daraus Rückschlüsse ziehen, ob die derzeitige Auslegung ausreicht oder wir noch nachbessern müssen.

Welche Akkus werden für das UAV verwendet?

Wir setzen bei unseren Akkus auf modernste Lithium-Polymer Akkumulatoren. Diese eignen sich gut aufgrund der leichten und dünnen Bauform des Gehäuses und weisen trotzdem hohe Energie- und Leistungsdichten auf. Letztere sind insbesondere in der Startphase von Bedeutung. Deshalb werden Lithium-Polymer Akkus häufig im Modellbau angewendet.

Wir hoffen, wir konnten euch einen kleinen Einblick in unser Avionics & Propulsion Team geben. Übrigens, wir sind schon mitten in der Reiseplanung und freuen uns schon riesig auf unsere Reise nach Wichita, Kansas.