Hybrid-elektrische Antriebssysteme für die nächste Generation der Luftfahrt zu entwickeln – diesem Ziel rückt Rolls-Royce mit den erfolgreichen Bodentests eines Hybridsystems einen großen Schritt näher. Das System basiert auf der M250-Gasturbine, einem sehr erfolgreichen Antrieb, der vor allem in Hubschraubern zum Einsatz kommt. Die Tests sind Teil eines der umfassendsten Entwicklungs- und Integrationsprogramme für hybride Flugzeugturbinentriebwerke weltweit und ebnen den Weg für erste Testflüge im Jahr 2021.
Die Hybridversion der M250-Gasturbine wurde in drei Betriebsarten erfolgreich getestet: serien-hybrid, parallel-hybrid und turbo-elektrisch. Die M250-Hybridversion soll als Antriebssystem mit einer Leistung von 500 kW bis 1 MW eingesetzt werden und hat das Potenzial, die Energieversorgung von Flugzeugen zu revolutionieren. Das System wird als dezentraler elektrischer Antrieb bei verschiedenen Transportplattformen zum Einsatz kommen, wie z.B. bei EVTOLs (hybrid-elektrische Fluggeräte mit Senkrechtstart- und landefähigkeit), Verkehrsflugzeugen und hybriden Hubschraubern.
Dr. Mike Mekhiche, Deputy Director, Rolls-Royce Electrical, erklärte: „Rolls-Royce war schon immer ein Luftfahrt-Pionier. Zentraler Bestandteil unserer Unternehmensstrategie ist es, die Elektrifizierung in all unseren Geschäftsbereichen voranzutreiben. Der erfolgreiche Test des hybriden M250-Systems ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines hybrid-elektrischen Antriebssystems, das einen noch leiseren und saubereren Lufttransport ermöglichen wird.“
Rolls-Royce Ingenieure aus den USA, Großbritannien und Singapur waren an der Weiterentwicklung dieses Triebwerks in ein hybrid-elektrisches Antriebssystem beteiligt. Seit seiner ursprünglichen Entwicklung hat das M250-Gasturbinentriebwerk bereits über 170 verschiedenen militärischen und zivilen Starrflüglern und Hubschraubern als Antrieb gedient. Rolls-Royce entschied sich für dieses Triebwerk aufgrund seiner Ausgereiftheit, Leistungsdichte, Wartungsfreundlichkeit und hohen Zuverlässigkeit. In den letzten fünfzig Jahren wurden mit Varianten des M250 über 250 Millionen Flugstunden absolviert; knapp 33.000 dieser Triebwerke wurden an Kunden ausgeliefert.
Die Triebwerkstests fanden an unserem hochmodernen Standort in Indianapolis, USA, statt, wo jede Komponente und jedes Teilsystem des Hybridantriebs einzeln hinsichtlich der elektrischen Leistung getestet wurden. Dabei wurde der Einsatz beim Start, während des Flugs, bei der Landung und auf dem Rollfeld simuliert. Die Tests ergaben, dass sich das System für eine Reihe von Transportplattformen einschließlich Flugzeugen mit einer Reichweite von bis zu 1.600 Kilometern und einem Gewicht von bis zu 2 Tonnen eignet. Dies würde sowohl das EVTOL-Konzept von Rolls-Royce unterstützen, das letztes Jahr bei der Farnborough Air Show in Großbritannien vorgestellt wurde, als auch viele andere Kundenanforderungen erfüllen.
Dr. Mekhiche fügte hinzu: „Die Elektrifizierung ist eine der spannendsten Entwicklungen in der Luftfahrt seit der Geburtsstunde des Jumbo-Jets. Wir sind fest entschlossen, auf unseren weitreichenden Erfahrungen in der Luftfahrt aufzubauen, um Vorreiter in der Entwicklung jener innovativen Antriebssysteme zu sein, die die Anforderungen des nächsten Kapitels der Luftfahrtgeschichte erfüllen. Wenn es soweit ist, wird sich der Luftverkehr grundlegend verändern – durch kürzere Reisezeiten, eine Revolution im Bereich Frachtbeförderung aber auch durch eine veränderte Städte- und Infrastrukturplanung.“
Der Demonstrator für das hybrid-elektrische Antriebssystem von Rolls-Royce kombiniert ein M250-Gasturbinentriebwerk mit einem Batteriesystem mit hoher Energiedichte, elektrischen Generatoren, Stromrichtern und einem hochentwickelten Leistungsmanagement- und -kontrollsystem. Das Leistungsmanagementsystem optimiert die allgemeine Antriebsleistung, damit das System für verschiedene Plattformen, einschließlich EVTOL, geeignet ist, während es gleichzeitig die Effizienz steigert sowie Lärmbelastung und Emissionen senkt.
Die Tests wurden für drei Systemkonfigurationen erfolgreich durchgeführt:
Serien-hybrid: Bei dieser Konfiguration fungiert die Turbine als Turbo-Generator, der ein Batteriesystem an Bord auflädt und nicht direkt zum Schub beiträgt. Die gesamte Leistung, die für den Schub und weitere Systeme an Bord erforderlich ist, wird von der Batterie erzeugt.
Parallel-hybrid: Bei dieser Konfiguration wird der Schub der Plattform durch eine Kombination aus Turbine (mechanischer Schub) und elektrischem System (elektrischer Schub) erzeugt, während die restliche Leistung, die das Flugzeug benötigt, von der Batterie geliefert wird.
Turbo-elektrisch: Bei dieser Konfiguration ist das Batteriesystem überflüssig. Das Triebwerk fungiert als reiner Turbo-Generator, der den elektrischen Strom für den Schub und alle anderen strombetriebenen Einheiten des Flugzeugs liefert.
Im nächsten Schritt soll das hybride Antriebssystem nun so weiterentwickelt werden, dass der Einbau in ein Flugzeug und experimentelle Flüge im Jahr 2021 möglich werden. Das M250-Hybrid-Aggegat ergänzt das 2,5 MW System auf Basis des AE2100, das zur Zeit für größere Flugzeuge inklusive Regionalflugzeugen entwickelt wird. Derzeit finden gemeinsame Tests mit Airbus auf der Demonstrator-Plattform E-Fan X statt.
Hochauflösende Bilder finden sie hier: https://www.flickr.com/photos/rolls-royceplc