Note: Hespe, Christian and Pillath, Florian and Werner, Herbert and Thielecke, Frank

Abstract: Die auch im Bereich der Luftfahrt notwendige Abkehr von fossilen Kraftstoffen macht es erforderlich alternative Antriebstechnologien zu entwickeln. Ein vielversprechendes Konzept hierf{\"u}r sind elektrische Antriebe, f{\"u}r die eine geeignete Energiequelle bereitgestellt werden muss. Da Brennstoffzellen Wasserstoff emissionsfrei zu elektrischer Energie wandeln und auf Systemebene eine h{\"o}here Energiedichte als Batterien aufweisen, werden diese als eine favorisierte L{\"o}sung zur Bereitstellung der elektrischen Leistung angesehen. Die Integration solcher neuartigen Antriebe in Flugzeuge bringt einige technische Herausforderungen mit sich. Es ist daher unter anderem notwendig, Verst{\"a}ndnis {\"u}ber die dynamischen Zusammenh{\"a}nge innerhalb des Antriebsstranges und Anforderungen an das Brennstoffzellensystem zu gewinnen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit ein Regelungskonzept f{\"u}r einen wasserstoffbetriebenen Flugzeug-Antriebsstrang erstellt. Dazu wird ein regelungstechnisch orientiertes Modell des Brennstoffzellensystems implementiert und mit einem einfachen Elektromotor- und Propellermodell gekoppelt. Der Antriebsstrang wird beispielhaft f{\"u}r eine Cessna 172 ausgelegt. {\"U}ber ein punktmassenbasiertes Flugzeugmodell wird eine generische Flugmission simuliert und so die Randbedingungen f{\"u}r den Betrieb des Antriebsstrangs generiert. Die Auslegung der Regler betrifft insbesondere die Luftversorgung des Brennstoffzellensystems bestehend aus Verdichter und Druckhalteventil. Zudem wird die Regelung des Gleichspannungswandlers zur Regulierung der Netzspannung und die Regelung des Antriebsmotors zur Schuberzeugung entworfen. Die Ergebnisse zeigen, dass der entworfene Antriebsstrang in der Lage ist, die erforderliche Antriebsleistung bereitzustellen. Bei der Luftversorgung zeigt sich, dass aufgrund der Kopplung zwischen der Regelstrecke des Luftmassenstroms und Kathodendrucks eine zentrale Regelung erforderlich ist. Weiterhin wird ersichtlich, dass ein Kompromiss zwischen Leistungsbereitstellung und Aufrechterhaltung des Sauerstoff{\"u}berschussverh{\"a}ltnisses besteht, der im Entwurfsprozess der Regelung ber{\"u}cksichtigt werden muss.