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Collins und P&W stellen Hybrid-Elektro-Antriebssysteme vor

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Collins Aerospace hat das vorläufige Design für einen neuen 1-MW-Elektromotor fertiggestellt, der als Schlüsselkomponente des neuen regionalen hybrid-elektrischen Flugdemonstrators dienen wird, der von der Raytheon-Schwesterfirma Pratt & Whitney (P&W) entwickelt wird. Der Triebwerkshersteller plant, noch in diesem Jahr mit der Bodenerprobung des Collins-Motors zu beginnen, um den Beginn der Flugerprobung im Jahr 2024 in Montreal vorzubereiten.

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Das Demonstrationsprogramm, das auf Plänen zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen von Regionalflugzeugen basiert, ist Teil eines breiteren Spektrums von Arbeiten an neuen Antriebstechnologien innerhalb der Raytheon-Gruppe. Die Bemühungen könnten schließlich zu größeren hybrid-elektrischen Antrieben für Schmalrumpfflugzeuge führen, die 220 Passagiere auf 3.000 nm langen Sektoren befördern und die Emissionen um mindestens 30 Prozent senken.

Ebenfalls in dieser Woche kündigen P&W und Collins auf der Farnborough International Airshow den Start des STEP-Tech-Demonstratorprogramms an. Sie wollen Ende 2022 mit der Bodenerprobung des Systems beginnen.

Das im Raytheon Technologies Research Center in East Hartford, Connecticut, angesiedelte Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung eines 100- bis 500-kW-Hochspannungs-Hybrid-Elektro-Antriebssystems mit verteilter Leistung. Ursprünglich soll das System für kleinere eVTOL-Flugzeuge und unbemannte Luftfahrzeuge eingesetzt werden, doch die Unternehmen erklärten, dass sie die Technologie für größere Anwendungen bis zu einer Leistung von 1 MW ausbauen können

Die STEP-Tech-Einheit besteht aus einem skalierbaren Turbogenerator, Batterien und einem Energieverwaltungssystem sowie aus Antriebseinheiten. Die Partner haben Anfang dieses Jahres Proof-of-Concept-Studien abgeschlossen.

Der in Farnborough ausgestellte neue 1-MW-Elektromotor (Raytheon-Pavillon C631) baut auf den Stromerzeugungs- und -verteilungssystemen für Boeings 787-Großraumflugzeugprogramm auf, die von der früheren Hamilton-Sunstrand-Sparte produziert wurden, die nach der Fusion von UTC Aerospace und Rockwell Collins Teil von Collins Aerospace wurde. Das Collins-Werk in Solihull (Vereinigtes Königreich) stellt die neuen Einheiten her und plant, sie demnächst an P&W zu liefern, damit sie in eines der vorhandenen Flugzeugtriebwerke integriert werden können.

Laut Bill Dolan, Vizepräsident für Energie und Steuerung bei Collins, wird jeder 1-MW-Motor eine vierfache Verbesserung der Leistungsdichte im Vergleich zur derzeitigen Elektromotortechnologie bieten. Erste Tests wurden von der Universität Nottingham durchgeführt, wo Ingenieure im Juni bei Bodenläufen eine Leistung von 400 kW erreichten. Collins beabsichtigt, die Entwicklung von Elektromotoren in seinem neuen Labor für elektrische Energiesysteme in Rockford, Illinois, fortzusetzen, das den Namen "The Grid" trägt und im Jahr 2023 eröffnet werden soll.

Irgendwann möchte P&W den Elektromotor im Tandembetrieb mit seinem Getriebefan-Triebwerk testen. P&W erwägt auch Optionen für die Integration des Regional Hybrid-Electric Flight Demonstrator und der STEP-Tech-Einheit in ein neues Flugzeugtriebwerk.

Frank Preli, Pratt & Whitney's Vizepräsident für Antriebs- und Materialtechnologien, sagte während einer Pressekonferenz vor der Messe, dass die Partner der Raytheon-Gruppe eine gleitende Skala von hybrid-elektrischen Anwendungen evaluieren, von einer "milden" Basis, bei der nur 5 Prozent der Leistung elektrisch sind, bis zu 50 Prozent oder mehr. Er sagte voraus, dass sowohl parallele als auch integrierte hybrid-elektrische Antriebssysteme für neue Lufttransportanwendungen ab Mitte der 2030er Jahre verfügbar sein könnten.

Preli wies darauf hin, dass das Unternehmen Regionalflugzeuge als frühe Anwender der neuen Antriebstechnologie ansieht, die von Anfang an 30 Prozent Energieeinsparung erwarten lassen. Er sagte, dass die Raytheon-Tochtergesellschaften Verträge mit mehreren großen Flugzeugherstellern abgeschlossen haben und erwarten, dass sie zertifizierbare Antriebssysteme für neue Boeing- oder Airbus-Single-Aisle-Flugzeuge bereitstellen werden. Sie erwarten eine weitere Reduzierung der Kohlenstoffemissionen, indem sie den Turbogenerator der neuen Antriebe mit nachhaltigem Flugbenzin betreiben können.

Laut Juan de Bedout, Vizepräsident für Luft- und Raumfahrttechnologie bei Raytheon, hält der Konzern verstärkte Anstrengungen zur Verringerung des Kohlenstoffausstoßes von Flügen für unerlässlich, da Wissenschaftler davon ausgehen, dass sich dieser in den kommenden Jahren mehr als verdoppeln und von etwa 2 Prozent der weltweiten Emissionen auf 18 Prozent ansteigen wird. Letztes Jahr hat sich Raytheon der Verpflichtung der Air Transport Action Group angeschlossen, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.

Der US-Konzern, der weltweit rund 58.000 Ingenieure beschäftigt, ist der Ansicht, dass die Fähigkeiten von Collins in den Bereichen Motor-Generator und Energiemanagement gut zu den Kompetenzen von P&W bei der Entwicklung neuer Turboprops und Turbofans passen. Die Unternehmen arbeiten bereits an einem von der kanadischen Regierung und der Regierung von Quebec finanzierten Projekt zusammen, bei dem der Hybrid-Elektroantrieb eines De Havilland Dash 8-100 Turboprop-Flugzeugs in Zusammenarbeit mit dem Batteriespezialisten H55 untersucht wird.

Die konkurrierenden Flugzeugmotorenhersteller Rolls-Royce und Honeywell arbeiten ebenfalls an hybrid-elektrischen Antriebssystemen der 1-MW-Klasse. Safran entwickelt elektrische Antriebssysteme mit einer Leistung von bis zu etwa 600 kW.