Welchem ATA Chapter wird die Elektrik zugeorndet?
ATA 24
Was stellt das Elektriksystem bereit?
Es stellt Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) für die unterschiedlichen Verbraucher an Bord bereit.
Welche el. Verbraucher gibt es an Bord?
Flugsteuerungs- und Regelungssystem
Avioniksystem (Navigation, Kommunikation, …)
Cabin Entertainment
Welche mechanischen Arbeitsanlagen an Bord gibt es?
Kraftstoffsystemkomponenten
Hydraulikpumpen
Electric Hydraulic Actuators (EHA)
Mit welcher Stromart werden die folgenden Verbrauchergruppen versorgt?
elek. Verbraucher
Mech. Verbraucher
Beleuchtungsanlagen
Anlagen zur Heizung
elek. Verbraucher (DC)
Mech. Verbraucher (AC)
Beleuchtungsanlagen (AC)
Anlagen zur Heizung (AC)
Welche Anlagen zur Heizung an Bord gibt es?
Galleys (künftig: eher Mokrowellenöfen als konventionelle “Backöfen”)
Kabinenheizung bzw. Klimatisierung
Enteisungsanlagen
Welche Beleuchtungen gibt es an Bord?
Außenbeleuchtung
Anti Collision Lights
Landescheinwerfer
Innenbeleuchtung
Cockpit- und Cabinenbeleuchtung
Welchen Stromanteil hat Wechselstrom im Betrieb eines Flugzeugs
95% der Systeme an Bord werden mit AC Strom versorgt.
Welche Spannungen und Frequenzbereiche werden für den AC-Strom an Bord verwendet?
Typische Spannung bei 115V / 200V bei 400 Hz
Welche Vorteile hat Wechselstrom?
Transformierbarkeit -> Leichtere Kabel
Besseres Leichtungs-Gewichts-Verhältnis
3-Phasen-Drehstrom:
Leichtere el. Motoren
Gleichstrom einfach aus Wechselstrom über Gleichrichter erzeugt
Wie entwickelt sich zukünftig der Anteil des DC an Bord und warum?
Es wird mehr Gleichstrom erwartet (z. B. LED bei Beleuchtung)
Auswirkungen können beträchtlich sein
Einführung neuer Stromquellen, wie z. B. Brennstoffzelle
Was ist der Unterschied in der Stromversorgung in Flugzeugen zu normalen Haushalten?
Haushalt:
Stromversorgung EU: 220V / 50Hz
Flugzeug:
115 V / 400Hz
-> Höhere Frequenz des Wechselstroms
Was sind Vor- & Nachteile von höheren Frequenzen des Wechselstroms?
Vorteile:
Generatoren, die Spannung höherer Frequenz erzeugen, sind kleiner und leichter
Nachteile:
Induktive Widerstände steigen mit der Frequenz
Blindleistung steigt
Niedrigerer Wirkungsgrad
-> Trade-Off zw. Gewicht und Wirkungsgrad
Welche Quelle liefert im Normalbetrieb die Energie zur Stromerzeugung?
Engine / Triebwerke
Welche Quelle liefert im Bodenbetrieb die Energie zur Stromerzeugung?
Externe Quelle, wie z. B. Generatoren
Welche Quelle liefert im Fehlerfall die Energie zur Stromerzeugung?
Batterie - DC Strom
Brennstoffzelle - DC Strom
APU (wird durch Batterie gestartet)
RAT (Ram Air Turbine) - Stauluftturbine
Auf welche Arten kann AC-Strom im Flugzeug erzeugt werden?
Stromumwandlung durch Static Inverter -> Wechselstrom aus Gleichstrom erzeugt
Stromerzeugung mit Generatoren (Triebwerke, APU, RAT)
Welche Generatoren zur AC-Stromerzeugung gibt es?
AC-Generator
AC-Drehstrom-Generator
Wovon hängt die Frequenz des Wechselstroms ab?
Drehzahl des Generator
Anzahl der Polpaare des Generatorrs
Eine höhere Frequenz verringert das Gewicht eines Generators.
Was ist die Aufgabe einer Constant Speed Drive (CSD) und wie wird diese gelöst?
Konstante Drehzahl des Generators benötigt
Triebwerksdrehzahl nicht konstant
CSD hält Drehzahl konstant (+-0.1 Hz)
Wird über einen Kontrollzylinder gesteuert
Variation der Umdrehungszahl wird über eine Axialkolbenpumpe realisiert
Welche Auswirkungen haben die Fortschritte in der Halbleiter- & Leistungselektroniktechnologie auf die Frequenz im Bordnetz?
Komponenten zur Regelung der Frequenz können vor jeden Verbraucher gesetzt werden.
Bordnetz mit variablen Frequenzen
A380 und B787: 360-800Hz
CSD kann eingespart werden
Wo befinden sich die Anschlüsse zur Energieversorgung über die Ground Power Unit am Flugzeug und welche Leistun können die Anschlüsse übertragen?
Meist im Nasenbreich des Flugzeugs
Pro Anschluss können 90 kW Leistung übertragen werden
Wann kommt die Stauluftturbine RAT (Ram Air Turbine) zum Einsatz?
Bei einem Totalausfall der Energieversorgung an Bord.
Welche Energieformen stellt die RAT zur Verfügung?
Sie stellt entweder hydraulische oder elektrische Energie zur Verfügung.
üblich ist der Antrieb einer Hydraulikpumpe, welche in el. Energie umgewandelt wird
Wo liegt der Leistungsbereich einer RAT?
Leistungsbereich liegt bei 5-70 kW
Welche Systeme kann eine RAT versorgen?
Flugsteuerung
Instrumente
Funk
Navigation
Wo wird eine RAT normalerweise eingebaut und wie kann diese zukünftig ersetzt werden?
Normalerweise im Bereich der Tragflächen am Bauch des Rumpfes
Kann durch eine Brennstoffzelle in Zukunft ersetzt werden.
Wie wird die Drehzahl einer RAT geregelt?
Über einen Regler, der die Blätter des Propellers verstellen kann.
Welche DC-Stromquellen gibt es an Bord?
Normalerweise nur Batterien
Werden im normalen Reiseflug nicht verwendt
soll nur für den Start der APU und Notfallversorgung verwendet werden
Aus welchen Material bestehen aktuelle Baterien an Bord von Flugzeugen?
Nickel-Cadium-Batterien
Wie wird der AC-Strom aus dem DC-Netz versorgt?
Über einen Static Inverter
Wechselrichtung des DC in AC
Transfortmation von 28V auf 115V
Warum werden mehrfach redundante Bus-Systeme an Bord eines Flugzeugs eingesetzt?
Da die Stromverteilung an Bord eines Flugzeugs eine hohe Verfügbarkeit gewährleisten muss.
Nach welchen Kategorien unterscheiden sich die Bus-Systeme an Bord eines Flugzeugs?
Unterschiedliche Busse für AC und DC
Unterscheigung der Verbraucher nach Wichtigkeit
Welche Verteilungsstufen für die Bus-Systeme gibt es an Bord, die nach der Wichtigkeit der Verbraucher kategorisiert sind?
Main Power Distribution
Versorgt alle Verbraucher
Essential Power Distribution
Versorgt alle Verbraucher, die für den sicheren Betrieb des Flugzeugs wichtig sind
Emergency Power Distribution
Alle Verbraucher die im Notfall für eine sichere Landung erforderlich sind.
Was muss die Stromversorgung der Essential und Emergency Power Distribution gewährleisten?
Diese muss für die Aufrechterhaltung der Redundanz von unterschiedlichen Stromquellen stammen
Was sind die größten elektrischen Verbraucher an Bord?
Kabinensysteme
Galleys (ca. 60 kVA)
Essential Loads
Wovon hängt der Stromverbrauch am Bord stark ab?
Von den Missionsabschnitten
Worin liegen die Haupunterschiede der elektrischen Systeme zwischen der General Aviation und den Verkehrs-/Militärflugzeugen?
Art der Stromerzeugung
Absicherung gegen Ausfälle
Strombedarf
Welche Art der Stromsysteme werden in der GA meist verwendet?
Gleichstromsysteme
Wie funktioniert die Stromerzeugung an Bord normaler GA Aircrafts und welche Systeme (Stromverteilung) werden angewendet?
Stromerzeugung durch DC-Generatoren, angetrieben durch das Triebwerk. Einfache Bus-Systeme (Redundanze nur bei lebenswichtigen Systemen)
Welche Funktion hat die Batterie in der GA und welche Versorungsspannungen werden normalerweise verwendet?
Batterie:
Notstromversorgung
Triebwerksanlasser
Puffer bei Belastungsspitzen
Versorungsspannung:
14 V bzw. 28 V
Nenne typische elektrische Verbraucher in der GA
Innen- und Außenbeleuchtung
Heizung- bzw. Klimaanlage
Avionik-Systeme
Wie hoch ist der Energiebedarf der elektrsichen System der Militärflugzeuge im Vergleich zu Verkehrsflugzeugen?
Trotz der geringeren Größe benötigen die leistungsfähigen Avionik-Systeme einen ähnlich hohen Energiebedarf wie Verkehrsflugzeuge.
Welche zusätzlichen Verbraucher gibt es in Mitlitärflugzeugen?
Waffensysteme
Hochleistungsradar
Sensoren
etc.
Welche Komponenten verursacht hauptsächlich die Lastspitzen und damit die Dimensionierung der Generatoren von Militärflugzeugen?
Vor allem elektro-hydraulische Aktuatoren in der Primärsteuerung (s. F 15).
300 kw -> 400 kW Gesamleistung
Wohin entwickelt sich der Trend in der Flugzeugsystemtechnik und warum?
Zum More Electrical Aircraft (MEA)
Betrieb von 3 Energiesystemen sehr aufwändig und komplex.
Schlechterer Wirkungsgrad von Hydraulik- und Pneumatiksystemen
Was macht die Boeing 787 aus Sicht der Flugzeugsystemtechnik interessant?
Erstes Verkehrsflugzeug mit Bleedless Engine
Penumatik-System wird nicht wie üblich aus TW-Zapflugt gespeist, sondern von elektrisch angetriebenen Kompressoren.
Electric Wing Ice Protection
Two 250 kVA Variable Frequency Starter/Generators per engine
Welche Bereiche des Flugzeugs sind durch das More Electric Aircraft (MEA) betroffen?
Alle bis auf das Fahrwerk/Bremsen, da sehr hohe Stellkräfte benötigt werden
Nenne Vor & Nachteile des MEA
Höhere Effizienz
Höhere Zuverlässigkeit des Systems & der System-Archtektur
Niedrigere Wartungskosten und Betriebskosten (Wartungsärmer)
Mehr Flexibilität bei Neukonfiguration in Fehlerfällen
Verbesserte Fehlererkennung und -suche
el. Generatoren können auch als Starter verwendet werden
Nachteile
Höhere Masse
Neudesgin der Flugzeuge für effiziente Systemarchitektur notwendig
Vollelektrifizierung durch Massenbegrenzung nicht möglich
Höhere Kosten durch Tests für Neu-Zertifizierung
Wie zeichnet sich das MEA in ihrer Systemarchitektur aus? Nenne Charakteristiker zur Systemarchitektur.
Nur noch eine Energiequelle: Elektrische Energie
VVVF Generators
Einsparung der CSD
Mehrere Systeme durch eine Energiequelle versorgbar
Leichetere Architektur, Zuverlässiger und Wartungsärmer
Remote Power Distributiion & Power Management System (PMS)
kürzere Kabel
intelligente Systeme möglich (Energieeinsparung, Spitzenleistung reduzieren, Zuverlässigkeit)
elektrisches ECS
größter Verbraucher -> Dimensionierend
gutes Design sehr wichtig!
Nenne Vorteile für die Anwendung der Brennstoffzelle als Alternative für die Notstromversorgung.
Emissionsfreie Energiequelle (Lärm und Schadstoffe)
Leistungsabgabe ist unabhängig von der Flughöhe
Nutzung des beim Gebrauch enstehenden Wassers für Toiletten, Duschen,…
Brandschutz
Spülung der Tanks mit der sauerstoffreduzierten Abluft der Brennstoffzelle
Was bedeutet: ECS?
Environmental Control System (ECS)
Was bedeutet DOC?
Direct Operating Costs
Was bedeutet MEA?
More electric aircraft (MEA)
Was bedeutet EMA?
Electromechanical actuators (EMA)
Was bedeutet THS?
trimmable horizontal stabilizer (THS)
Was bedeutet EHA?
Electro Hydrostatic Actuators (EHA)
Was bedeutet VFG?
variable frequency electrical generators (VFG)
Was bedeutet VVVF?
Variable Voltage Variable Frequency (VVVF)
Was bedeutet CSD?
Constant Speed Drive
Was bedeutet PMS?
Power Management System (PMS)
Wie werden die drei Energietypen Zapfluft, Hydraulik und Elektrische Energie im Flugzeug erstellt und verwendet?
Pneumatic Power:
Mainly from engine compressor
Used for Environment Control System (ECS & Anti-icing
Hydraulic Power
Hydraulic pumps -> Hydraulic actuation system
Primary and secondary control flight control
Electric Power
electric generators
Powers avionics, lighting & commercial loads (entertainment systems)
Wie berechnet sich die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Temperatur?
*Ohne Ma*
Wie ist der dynamische und der total Druck definiert
Wie ist die Totaltemperatur definiert? (Luft die an einem umströmten Körper komprimiert wird)
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