1D-Simulation des Antriebsstrangs einer elektrisch angetriebenen Lastendrohne

Im Rahmen des Fraunhofer Projekts Albacopter® wird eine elektrisch angetriebene Lastendrohne mit Tragfläche zur Verbesserung der Gleiteigenschaften entwickelt. Dabei soll eine fliegende Forschungsplattform entstehen, die die Urban Air Mobility (UAM) erforscht. Die Reichweite solcher Unmanned Aerial Vehicles (UAV) ist dabei von großem Interesse, da diese direkt die Mission und den Missionsumfang beschränkt. Für die korrekte Auslegung sind Kenntnisse über den Energiebedarf verschiedener Flugmanöver und die Beanspruchung auf den Antriebsstrang unabdinglich. Um darüber Kenntnisse für den Albacopter zu gewinnen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Simulationsmodell des Albacopters in Dymola aufgebaut. Dafür wurde ein neues Propellermodell basierend auf der Blade Element Momentum Theory in Dymola eingepflegt. Anschließend wurde eine typische UAV Flugmission modelliert und simuliert. Die gewonnenen Daten wurden hinsichtlich der elektrischen Beanspruchung auf die Batterie und den Energieverbrauch aufgeschlüsselt und über die Flugphase und Geschwindigkeitsdaten ausgewertet. Diese Erkenntnisse können zur weiteren Auslegung der Komponenten für den Albacopter verwendet werden.

Within the framework of the Fraunhofer project Albacopter®, an electrically drivencargo drone with gliding capabilities is being developed. A flying research platform is intended to emerge from this project, which will explore urban air mobility (UAM). The range of such unmanned aerial vehicles (UAVs) is of direct interest, as it limits both the mission itself and its scope. For proper design, knowledge of the energy requirements of various flight maneuvers and the loads imposed on the propulsion system is indispensable. In order to gain such knowledge for the Albacopter, a simulation model of the Albacopter was developed in Dymola in the present study. To improve the propeller performance a new model was implemented based on the Blade Element Momentum Theory. A typical flight mission was then modeled and simulated. The data obtained were evaluated in terms of electrical stress on the battery, energy consumption broken down by flight phase, and speed profiles. These findings can be used to guide further component design for the Albacopter.