Innovative elektrische Flugzeugbordnetze für eine optimierte Bordstromverteilung

Seit Jahrzehnten gibt es einen anhaltenden Trend in Flugzeugbordnetzen mit der Zunahme elektrischer Verbraucher und abnehmenden mechanischen, hydraulischen sowie pneumatischen Verbrauchern. Dieser Trend ist in der Luftfahrtbranche als More Electric Aircraft (MEA) bekannt und hat sich schon beim A380, bei der B787 und zuletzt auch beim A350 abgezeichnet. Heutzutage zählen hybrid-elektrische Flugzeuge (engl. Hybrid Electric Aircraft, HEA) und rein elektrische Flugzeuge (engl. All Electric Aircraft, AEA) und indirekt das Ziel eines emissionsfreien Luftverkehrs zu den größten industriellen Herausforderungen. In nur wenigen Jahren wurden rasante Fortschritte erzielt. So wurden in jüngster Zeit sogar eine Reihe von Kleinelektroflugzeugen entwickelt. Das elektrische Bordsystem spielt daher immer mehr eine entscheidende Rolle für den reibungslosen Betrieb eines Flugzeugs. Für Anwendungen in der Luftfahrtindustrie gehören Sicherheit, Zuverlässigkeit, Effizienz sowie Systemraumbedarf und -gewicht zu den wichtigsten Entwurfsaspekten. So hat beispielsweise die Reduzierung der Anzahl der Energiesektoren eine bessere Rationalisierung des Energiemanagements an Bord bewirkt. Andere Entwurfsaspekte, die für die Optimierungsprozesse relevant sind, werden als Entwurfsvariablen behandelt; unter anderem zählen dazu Bordnetzarchitekturen bzw. -topologien sowie Verteilungsstrukturen. Zur Optimierung des Bordnetzsystems müssen alle Teilsysteme mit ihren gegenseitigen Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Somit ist es dann möglich, die mathematischen Optimierungsansätze unter bestimmten Aufteilungsbedingungen des Bordnetzsystems anzuwenden. Die gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer Entwurfsvariablen führt zu einem Optimierungsansatz mit mehreren Kriterien: Dem sogenannten „multikriteriellen Optimierungsansatz" oder „multiobjektiven Optimierungsansatz". Im Gegensatz zu anderen Verfahren wie dem mechanistischen, dem systemischen, dem globalen oder dem kollaborativen Optimierungsansatz werden bei multikriteriellen Optimierungsverfahren mehrere Entwurfsvariablen unter gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Zielfunktionen betrachtet, welche sich teilweise widersprechen können. Die Kombination aus architektonischen, topologischen und parametrischen Optimierungsansätzen führt zur Reduzierung der Gesamtkabellänge des Verteilungssystems sowie des Gesamtgewichts des Flugzeugbordnetzes.Seit Jahrzehnten gibt es einen anhaltenden Trend in Flugzeugbordnetzen mit der Zunahme elektrischer Verbraucher und abnehmenden mechanischen, hydraulischen sowie pneumatischen Verbrauchern. Dieser Trend ist in der Luftfahrtbranche als More Electric Aircraft (MEA) bekannt und hat sich schon beim A380, bei der B787 und zuletzt auch beim A350 abgezeichnet. Heutzutage zählen hybrid-elektrische Flugzeuge (engl. Hybrid Electric Aircraft, HEA) und rein elektrische Flugzeuge (engl. All Electric Aircraft, AEA) und indirekt das Ziel eines emissionsfreien Luftverkehrs zu den größten industriellen Herausforderungen. In nur wenigen Jahren wurden rasante Fortschritte erzielt. So wurden in jüngster Zeit sogar eine Reihe von Kleinelektroflugzeugen entwickelt. Das elektrische Bordsystem spielt daher immer mehr eine entscheidende Rolle für den reibungslosen Betrieb eines Flugzeugs. Für Anwendungen in der Luftfahrtindustrie gehören Sicherheit, Zuverlässigkeit, Effizienz sowie Systemraumbedarf und -gewicht zu den wichtigsten Entwurfsaspekten. So hat beispielsweise die Reduzierung der Anzahl der Energiesektoren eine bessere Rationalisierung des Energiemanagements an Bord bewirkt. Andere Entwurfsaspekte, die für die Optimierungsprozesse relevant sind, werden als Entwurfsvariablen behandelt; unter anderem zählen dazu Bordnetzarchitekturen bzw. -topologien sowie Verteilungsstrukturen. Zur Optimierung des Bordnetzsystems müssen alle Teilsysteme mit ihren gegenseitigen Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Somit ist es dann möglich, die mathematischen Optimierungsansätze unter bestimmten Aufteilungsbedingungen des Bordnetzsystems anzuwenden. Die gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer Entwurfsvariablen führt zu einem Optimierungsansatz mit mehreren Kriterien: Dem sogenannten „multikriteriellen Optimierungsansatz" oder „multiobjektiven Optimierungsansatz". Im Gegensatz zu anderen Verfahren wie dem mechanistischen, dem systemischen, dem globalen oder dem kollaborativen Optimierungsansatz werden bei multikriteriellen Optimierungsverfahren mehrere Entwurfsvariablen unter gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Zielfunktionen betrachtet, welche sich teilweise widersprechen können. Die Kombination aus architektonischen, topologischen und parametrischen Optimierungsansätzen führt zur Reduzierung der Gesamtkabellänge des Verteilungssystems sowie des Gesamtgewichts des Flugzeugbordnetzes.