E-Turbo

Motivation

Ein sogenannter Turbo ist in vielen modernen Segelflugzeugen integriert, meist im Rumpf ausfahrbar montiert. Üblicherweise verbleibt dieser Hilfsmotor während des Segelflugs im Rumpf eingefahren, nur wenn der Anschluss an die Aufwinde verloren geht wird dieser Motor ausgefahren und gestartet um eine sonst unumgängliche Außenlandung doch noch zu verhindern.
Diese Systeme basieren heutzutage üblicherweise auf einfachen Zweitakter-Benzinmotoren, welche unserer Ansicht nach drei entscheidende Nachteile haben. Zum einen springen diese Motoren, jeder kennt es zum Beispiel vom Motorrad, nicht immer an wenn man sie benötigt, weshalb dann doch eine Außenlandung unumgänglich wird. Weiterhin erzeugt der Motor, einmal ausgefahren, erheblichen Luftwiderstand weshalb das Segelflugzeug dann deutlich schneller sinkt und dem Piloten weniger Zeit für das weitere Handeln bleibt. Als letzten Nachteil ist zu erwähnen, dass diese Motor auf Grund ihres Gewichts und ihrer Größe nicht ohne weiteres in ältere Segelflugzeuge nachgerüstet werden können.
Schnell war uns klar, dass wir eine Verbesserung dieser Nachteile nur erreichen können, wenn wir uns für eine andere Antriebstechnologie entscheiden würden. Schlussendlich kam für uns nur ein Elektroantrieb in Frage, da dieser Zuverlässigkeit mit kleiner und leichter Bauweise kombiniert.

Zielsetzung

Ziel des Projektes ist ein System, welches zum einen auch für ältere Segelflugzeuge leicht nachrüstbar sein und zum anderen sehr zuverlässig arbeiten soll. Der Entwurf soll dabei auf den Komponenten bereits vorhandener Antriebssysteme basieren.

Bisherige Fortschritte

Zunächst analysierten wir das Angebot auf dem Markt befindlicher Elektroantriebsysteme auf der Suche nach für uns passenden Komponenten. Allerdings mussten wir schnell ernüchtert feststellen, dass es kaum Komponenten gab, welche unsere Anforderungen erfüllten. Nach längerer Suche konnten wir uns für eine Kombination aus Motorregler sowie Brushlessmotor aus dem Großmodellbaubereich und Lithium Polymer Akku aus dem KFZ Bereich entscheiden.
Während diese Komponenten besorgt wurden, fingen wir an uns zu überlegen wie das Antriebssystem in unser Segelflugzeug integriert werden soll. Der bisher übliche Einbau im Rumpfhinterteil schied bei uns aus, da wir das System einfach nachrüstbar machen wollten und es dafür nötig gewesen wäre ein großes Loch in den Rumpf zu schneiden. Dies ist natürlich aus Festigkeitsgründen bei einem bestehenden Segelflugzeug nicht ohne weiteres möglich. Weiterhin hätte bei dieser Einbauart der Motor zum Betrieb an einem langen Arm ausgefahren werden müssen, was den Widerstand signifikant erhöht und zu oben beschriebenem Nachteil geführt hätte.
Nachdem wir verschiedene Varianten diskutiert hatten kamen wir darauf, den Motor wie auch im Modellbaubereich üblich in die Rumpfspitze zu verlegen und die anderen Komponenten weiter hinten unterzubringen. Da wir auch an der Rumpfspitze baulich nichts verändern wollten entschieden wir uns dafür eine Motorhalterung zu konstruieren, welche man von vorne auf die Rumpfnase aufstecken kann und welche über die schon vorhandene Schleppkupplung fixiert wird. Die Luftschraube wird bei dieser Halterung klappbar ausgeführt und verschwindet im Segelflug in extra dafür vorgesehenen widerstandsoptimierten Taschen in der Halterung. Dies hat gleich zwei Vorteile: man muss am Rumpf nichts verändern und der Motor ist praktisch immer betriebsbereit und muss nicht erst ausgeklappt werden.

Bis alle Zubehörkomponenten eintrafen hatten wir bereits einen ersten Prototypen dieser Halterung fertiggestellt und ersten Festigkeitstest unterzogen. Als unser Antriebssystem vorhanden war, wurde das System auf dem Prüfstand auf seine Leistungsfähigkeit hin getestet. Leider stellte sich hierbei sehr schnell heraus, dass der Motor und der Regler nicht optimal zusammen arbeiteten und dass die volle Leistung nicht erreichbar war. Weder wir noch die Hersteller der Komponenten konnten dieses Problem zufriedenstellend beseitigen, weshalb wir uns erneut nach einem Antriebssystem umschauen mussten. Mit den gewonnenen Erfahrungen konnten wir uns für einen Regler entscheiden, welcher bereits in Elektrogleitschirmen erfolgreich eingesetzt wurde. Dieser sollte mit einem anderen Motor aus dem Großmodellbaubereich zusammenarbeiten. Auf Grund der engen Platzverhältnisse in unsere Nasenhalterung haben wir uns noch einmal für einen Großmodellbaumotor entschieden, da alle anderen verfügbaren Motoren deutlich größer sind.

Aktuelle Arbeiten

Der neue Motor ist bereits bei uns eingetroffen und der neue Regler wird in den nächsten Tagen erwartet. Sobald wir diese Komponenten in der Werkstatt in Empfang nehmen können werden die Arbeiten weiter gehen.

Ausblick

Sobald auch der Regler eingetroffen ist werden wir uns wieder an die Leistungstest auf dem Prüfstand machen. Wenn die Ergebnisse zufriedenstellend sind werden wir daran gehen unseren Nasenhalterungs-Prototypen an den neuen Motor anzupassen. Zusätzlich müssen noch einige kleinere Arbeiten am Flugzeug durchgeführt werden, so zum Beispiel die Leistungskabel verlegt und eine crash-sichere Akkuhalterung gebaut werden.

Daten des Prototypen
Nennleistung	10 kW
Nenndrehzahl	5000 U/min
Nennspannung	50 V
Nennstrom	200 A
Nennkapazität	60 Ah
Akkutyp	14 Zellen Lithium Polymer
Luftschraubendurchmesser	0,8 m
Laufzeit	18 min
Steigleistung	0,7 m/s
Steighöhe	750 m
Gesamtgewicht	27 kg
Reichweite	50 km