Tether-Stromversorgung für Flugtests leichter eVTOL

Kurzantwort: Ein kabelgebundener eVTOL-Testaufbau verlagert die Hauptenergiequelle auf den Boden. Hochspannungsgleichstrom wird über ein leichteres Versorgungskabel übertragen; ein Wandler an Bord regelt die vom Bordnetz benötigte Spannung. Dadurch können aus batteriebedingt auf wenige Minuten begrenzten Tests mehrstündige Entwicklungsversuche werden – abhängig vom Fluggerät und vom Sicherheitsplan für die Tests.

Leichte eVTOL-Plattform in einer Fertigungs- und Entwicklungsumgebung.

Warum eVTOL-Entwicklungsteams bei frühen Tests eine kabelgebundene Stromversorgung nutzen

In der frühen eVTOL-Entwicklung müssen dieselben Schwebe-, Antriebs- und Regelungsversuche häufig wiederholt werden. Rein batteriebetriebene Testfenster erschweren die Planung längerer Motorläufe, der thermischen Stabilisierung, der Schwingungsbeobachtung und von Redundanztests, da der Versuch beendet werden muss, sobald die Batterie ihre Betriebsgrenze erreicht.

Eine kabelgebundene Versorgungsarchitektur verändert diese Randbedingung. Die Bodeneinheit stellt den Großteil der Energie bereit, das Versorgungskabel überträgt sie zur Verringerung des Kabelstroms mit hoher Spannung, und der Bordwandler versorgt das Fluggerät mit der benötigten DC-Bordnetzspannung. So sind längere Tests möglich, ohne dass die Energiekapazität der Batterie die maßgebliche zeitliche Begrenzung darstellt.

Mehrere leichte eVTOL-Plattformen in einer Entwicklungs- und Produktionsumgebung.

Testaufgaben, die von längeren Versorgungszeiten profitieren

• Motor-Dauerlaufversuche und Tests bei anhaltender Leistungsabgabe

• Untersuchung der Schubstabilität und Erstellung von Wirkungsgradkennfeldern des Antriebs

• Abstimmung der Flugregelung und reproduzierbare Schwebeversuche

• Umschalttests redundanter Antriebe

• Beobachtung von Schwingungen und Geräuschen über längere thermische Zyklen

• Simulation von Notfallsituationen und Fehlerreaktionen innerhalb eines kontrollierten Testplans

• Validierung von Antriebsstrang und DC-Bordnetz vor umfangreicheren Freiflugversuchen

Referenzarchitektur

Referenzarchitektur: bodenseitige Hochspannungsquelle, Versorgungskabel, WF24-Bordwandler und eVTOL-DC-Bordnetz.

Bodenseitige Hochspannungsversorgung der G40Pro-Klasse als Referenz.

DC/DC-Bordmodul der WF24-Klasse als Referenz.

Konzept eines eVTOL-Referenzprojekts im Ausland

Die bereitgestellte Ausgangslösung beschreibt ein Testprojekt mit einem leichten eVTOL-Fluggerät im Ausland. Dabei wurden eine kabelgebundene Übertragungsstufe mit 1.000 V DC und ein geregeltes Bordnetz mit 14S / etwa 60 V eingesetzt. Ziel war nicht, das Fluggerät dauerhaft kabelgebunden zu betreiben, sondern eine reproduzierbare Energieversorgung für Schwebe-, Antriebs- und Regelungstests vor der späteren Freiflugentwicklung zu schaffen.

Sicherheitsaspekte und Grenzen des Testbetriebs

• Stromversorgungskabel und mechanische Sicherung – ein Stromkabel darf nicht automatisch als zertifizierte Fangleine betrachtet werden. Ist eine mechanische Begrenzung des Flugbereichs erforderlich, muss diese separat für die erwarteten Lasten und Fehlerfälle ausgelegt werden.

• Notfallbatterie und Backup-Logik – legen Sie fest, was bei Ausfall der Bodenversorgung, der Kabelspannung oder der Spannungswandlung an Bord geschieht.

• Kabelkräfte und Flugdynamik – Kabelgewicht, Luftwiderstand und Abrollkraft können das Schwebeverhalten und die Abstimmung der Flugregelung beeinflussen.

• Wärmemanagement – lange Testläufe setzen Motoren, ESCs, Wandler und Steckverbinder thermischen Bedingungen aus, die bei kurzen Batterieflügen möglicherweise nicht erkennbar werden.

• Elektrische Sicherheit am Boden – eine Hochspannungs-DC-Architektur erfordert geeignete Verriegelungen, Erdung, Isolierung, Not-Aus-Einrichtungen und Betriebsabläufe.

• Genehmigungen – ein räumlich begrenzter kabelgebundener Test kann bestimmte Maßnahmen zur Risikobegrenzung am Standort vereinfachen. Behördliche Genehmigungen hängen jedoch von Rechtsordnung und Test ab und dürfen niemals vorausgesetzt werden.

Welche Angaben wir zur Auslegung eines eVTOL-Testsystems benötigen

Häufig gestellte Fragen

Was ist der wichtigste Vorteil einer kabelgebundenen Stromversorgung bei eVTOL-Tests?

Sie entkoppelt viele Schwebe- und Antriebstests von der Energiekapazität der Bordbatterie und ermöglicht längere, besser reproduzierbare Testphasen unter Stromversorgung.

Ersetzt der kabelgebundene Aufbau die Batterien vollständig?

Nicht unbedingt. Ein Entwicklungsteam kann eine Batterie zur Unterstützung bei Lastspitzen, als Notstromreserve oder für spätere Freiflugphasen beibehalten. Die genaue Architektur hängt vom elektrischen Bordnetz und vom Sicherheitskonzept des Fluggeräts ab.

Kann das System für Antriebstests ohne Freiflug eingesetzt werden?

Ja. Die bodenseitige Hochspannungsversorgung und die Spannungswandlung an Bord können kontrollierte Schwebetests oder andere Prüfstandsaufbauten unterstützen, bei denen eine kontinuierliche Versorgung des Bordnetzes sinnvoll ist.

Sind Tests in Städten oder Sperrgebieten durch die Kabelanbindung automatisch zulässig?

Nein. Eine Kabelanbindung kann den Betriebsbereich begrenzen, doch Standortgenehmigungen und luftrechtliche Anforderungen hängen weiterhin von der jeweiligen Rechtsordnung ab.

Welche Angaben werden für eine erste Auslegung benötigt?

Bordnetzspannung, Dauer- und Spitzenleistung, MTOW, verfügbare Nutzlastreserve, Zielhöhe, Umgebungsbedingungen, bodenseitige Stromquelle und Backup-Strategie.

Besprechen Sie Ihre Konfiguration mit uns

Übermitteln Sie die eVTOL-Bordnetzspannung, die Dauer- und Spitzenleistung des Antriebs, MTOW und Nutzlastreserve, die gewünschte Schwebehöhe sowie die verfügbare Bodenversorgung. Auf dieser technischen Grundlage können wir einen Vorschlag für die gesamte Versorgungskette ausarbeiten.