Der weltweite Wandel hin zu Flugzeuge mit verstärktem Elektroantrieb hat die elektromechanische Betätigung in den Mittelpunkt des modernen Luft- und Raumfahrtkonstruktionswesens gerückt. Ein Linearantrieb für Flugzeuge wandelt elektrische Energie in präzise lineare Bewegungen um, um die Flugflächen zu steuern, das Fahrwerk auszufahren und die Umgebungssysteme zu regeln. Unterdessen wird die elektrischer Zylinder für Flugzeuge — eine servogesteuerte Variante mit hoher Kraft — ersetzt zunehmend herkömmliche Hydraulikzylinder in Primär- und Sekundärsteuerungssystemen. Zusammen sorgen diese Vorrichtungen für Gewichtsersparnis, machen Hydraulikleitungen überflüssig und verbessern die Wartungsfreundlichkeit bei zivilen, militärischen und Raumfahrtplattformen.

1. Primäre und sekundäre Flugsteuerungsflächen

Elektromechanische Stellantriebe steuern mittlerweile Querruder, Höhenruder, Trimmklappen am Seitenruder und Spoiler sowohl bei bemannten als auch bei unbemannten Flugzeugen an. Unternehmen wie Crouzet Aerospace und ITT Aerospace Controls bieten kompakte Linearantriebe an, die Trimmklappen und Motorhaubenklappen über Antriebssysteme mit Maschinenschrauben und langlebige Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten betätigen. Diese Linearantrieb für Flugzeuge Die Geräte sind nach RTCA-DO-160 zertifiziert, was bedeutet, dass sie extremen Temperaturen, Stößen und Vibrationen standhalten.

Abbildung 1 – Elektromechanische Stellantriebe, die an verschiedenen Stellen eines zivilen Flugzeugs angebracht sind und zur Flugsteuerung, für das Fahrwerk sowie für sonstige Funktionen dienen.

Auf größeren Plattformen, Parker Hannifin stellt elektromechanische Flugsteuerungsaktuatoren her, die den Einsatz von Spoiler und Klappen steuern. Der Airbus A380 und die Lockheed Martin F-35 kommen zum Einsatz Elektrohydostatische Aktuatoren (EHA) — eine Hybridarchitektur, bei der ein Elektromotor eine lokale Hydraulikpumpe antreibt, die mit einem Zylinder verbunden ist. Dadurch entfallen kilometerlange Hydraulikleitungen, während die Vorteile einer hohen Kraftübertragung eines elektrischer Zylinder für Flugzeuge.

2. Ausfahren und Einfahren des Fahrwerks

Die Betätigung des Fahrwerks gehört zu den anspruchsvollsten Anwendungen für ein elektrischer Zylinder für Flugzeuge denn es muss eine Kraft von mehreren Tausend Newton erzeugen und dabei in die schmalen Flügelhohlräume passen. Safran stellte 2022 einen vollelektrischen Antrieb für das Bugfahrwerk vor, bei dem der herkömmliche Hydraulikzylinder durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor und einen Kugelumlaufspindelmechanismus ersetzt wurde. Das System umfasst eine Notfreigabe im freien Fall sowie eine integrierte Positionsrückmeldung.

Abbildung 2 – Elektrischer Bugfahrwerksantrieb von Safran im Test.

Abbildung 3 – Explosionszeichnung eines Kugelgewinde-Antriebs für ein Fahrwerk mit Motor, Getriebe und Heizung.

CIRCOR Aerospace entwickelt außerdem Antriebe für die Haupt- und Bugfahrwerksklappen von Verkehrsflugzeugen unter Verwendung redundanter elektromechanischer Architekturen, wie sie von der US-Luftwaffe gefordert werden. Diese Linearantrieb für Flugzeuge Diese Systeme ersetzen schwere Hydraulikleitungen durch 28-VDC- oder 270-VDC-Stromversorgungen und reduzieren so das Gesamtgewicht des Systems um bis zu 20 %.

3. Schubvektorsteuerung und Raumfahrtantriebe

Im Raumfahrtsektor, Ultra Motion liefert leistungsstarke Linearantriebe für die Schubvektorsteuerung (TVC). Zwei Ultra-Motion-Antriebe sorgen für die Schwenkführung des Triebwerks der zweiten Stufe von Die „Prime“-Rakete von Orbex, die hohe Leistung bei kompakter Bauweise bieten. Das Unternehmen unterstützte zudem Masten Space bei Testflügen zur Erprobung der Landetechnik für den Mars, bei denen eine schnelle und präzise Positionierung der Düsen von entscheidender Bedeutung war.

Abbildung 4 – Querschnitt eines elektromechanischen Stellantriebs (EMA) mit bürstenlosem Motor, Planetengetriebe und Kugelumlaufspindel – dem Herzstück eines modernen elektrischen Zylinders für Flugzeuge.

Hyperschall-Start-up Hermeus verwendet Ultra Motion A2-Servozylinder – eine Art von elektrischer Zylinder für Flugzeuge — zur Steuerung der Düsenklappen bei Heißbrandtests. Die integrierte BLDC-Elektronik und der Phase-Index-Absolutpositionssensor liefern äußerst zuverlässige Rückmeldungen unter extremen Vibrations- und thermischen Belastungen von über 100 °C.

4. Einsatz von Drohnen, Tiltrotoren und Satelliten

Unbemannte Plattformen gehören zu den Vorreitern beim Einsatz vollelektrischer Antriebe. Moog Lineare Servoantriebe des Modells 974 positionieren die Gondeln eines Tiltrotor-UAVs während des Flugmoduswechsels und arbeiten dabei unter extremen Umgebungs- und Belastungsbedingungen. Bei Orbitalfahrzeugen sorgen Miniatur-Linearantriebe für das Ausfahren von Solaranlagen, Antennenauslegern und Instrumentenklappen – Funktionen, bei denen jedes Gramm zählt.

Abbildung 6 – Elektromechanischer Flugsteuerungsaktuator von Parker mit doppelt redundanten Kanälen.

5. Klimatechnik und Versorgungssysteme

Abgesehen von flugkritischen Oberflächen, Linearantrieb für Flugzeuge Die Geräte steuern die Kabinendruckregelung, die Kraftstoffventile und die Drosselklappen in den Luftkanälen. Sitec Aerospace Aktuatoren – angetrieben von bürstenlosen Motoren von maxon – kommen in Wasser-, Sauerstoff-, Hydraulik-, Kraftstoff- und Luftsystemen zum Einsatz. ITT Aerospace Controls bietet flache Aktuatoren mit zwei Motoren für Klimaregelungssysteme (ECS) an, bei denen Redundanz sicherheitskritisch ist.

In Komfort-Systemen für den Fahrgastraum stellen elektrische Stellantriebe die Befeuchtungsventile ein und regeln den Kühlmittelfluss durch die Heizkörper – geräuschlos, hygienisch und präzise steuerbar im Vergleich zu pneumatischen Alternativen.

6. Elektrischer Zylinder für Flugzeuge vs. Linearantrieb für Flugzeuge

Auch wenn die Begriffe manchmal synonym verwendet werden, ist ein elektrischer Zylinder für Flugzeuge bezeichnet im Allgemeinen eine hochbelastbare, servomotorgetriebene Kugel- oder Rollenschrauben-Einheit, die für primäre Flugbelastungen ausgelegt ist (häufig >5 kN). Eine Linearantrieb für Flugzeuge bezeichnet in der Regel kompakte Einheiten mit geringer Kraft für Trimm-, Hilfs- und Sekundärsteuerungen. Beide verfügen über dieselbe elektromechanische Basis: bürstenloser Gleichstrommotor, Getriebe, Positionssensor und Antriebselektronik – der Zylinder verfügt jedoch zusätzlich über ein starres Gehäuse, eine Verdrehsicherung und integrierte Wägezellen für die Kraftregelung im geschlossenen Regelkreis.

Von den Querrudern eines Verkehrsflugzeugs bis hin zu den Schubvektordüsen einer Orbitalrakete – die Linearantrieb für Flugzeuge und elektrischer Zylinder für Flugzeuge Sie sind zu unverzichtbaren Wegbereitern des Paradigmas der „More-Electric“-Flugzeuge geworden. Mit bewährten Einsätzen bei Safran, Parker, Moog, Ultra Motion und ITT bietet die elektromechanische Antriebstechnik die Präzision, Zuverlässigkeit und Gewichtsersparnis, die Luft- und Raumfahrtplattformen der nächsten Generation erfordern. Da sich die Branche in Richtung vollelektrischer Architekturen bewegt, wird die Bedeutung dieser Aktuatoren weiter zunehmen – sie sorgen für einen saubereren Himmel, leichtere Raumfahrzeuge und eine einfachere Wartung.