Mit fliegenden Rochen in die Zukunft?

Foto DLR

Sie existieren derzeit nur auf Computerbildschirmen von Forschern, von Hochschulen und Entwicklungsabeilungen diverser Unternehmen, erinnern an Star Wars, oder existieren als wenige Meter große ferngesteuerte Modelle. Sie sehen aus wie fliegende Rochen und könnten schon in 20 oder 30 Jahren auf den Flughäfen der Welt zu sehen sein.

Professor Detlef Schulze, Leiter des Departments Fahrzeugtechnik und Flugzeug-bau der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) ist einer der Experten, die maßgeblich an den revolutionären Entwürfen mitarbeiten. Gemeinsam mit weiteren Professoren der HAW macht er Gedanken über ganz neue Bauweisen. Eine Variante heißt in der Fachwelt ,Blended Wing Body´ (BWB), ein Flugzeug, dessen Rumpf fließend in die Tragflächen übergeht. Dadurch entsteht eine Flugzeugkabine, die mehr als 1000 Passagiere transportieren kann.

Sollten die Prognosen zutreffen, dass sich der globale Luftverkehr in den nächsten 15 Jahren verdoppelt,  bis zum Jahr 2050 sogar versechsfacht, bestünde auf den Routen zwischen den Metropolen dieser Welt Bedarf für derartige Luftgiganten.  Schulze und seine Kollegen gehen davon aus, dass die rochenförmigen Flieger auch rund 25 Prozent weniger Treibstoff verbrauchen, als ein vergleichbares Flugzeug konventioneller Auslegung.

Mobilität mit mininalen Schäden für die Umwelt zu ermöglichen wird ein wichtiger Faktor im zukünftigen Luftverkehrsmarkt. Das sagte Volker Gollnick vom Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) kürzlich gegenüber der Presse. Auch sein Institut arbeitet an BWB-Konzepten. Bei diesen Maschinen sei nicht nur das äußere Erscheinungsbild ungewohnt. Den Passagieren werde ein völlig neues Fluggefühl geboten mit Sitzplätzen weit entfernt von Fenstern – falls man auf diese zugunsten einer glatteren Außenhaut und damit noch besseren Aerodynamik nicht ohnehin verzichtet. Mit holografischen Darstellungen werde man eine realitätsnahe künstliche Außensicht schaffen können. Bei Airbus auf Finkenwerder entwickelt ein Team des Bereichs Kabineninnovation, Ideen für den Innenraum der Flugzeuge künftiger Generationen. Das Leitbild: Passagiere sollen vitaler und gesünder am Ziel ankommen, als sie losgeflogen sind. Es werde Sitze geben, die die Fluggäste mit Akkupressurzonen vitalisieren und eine Zone für Aroma-, Licht- und Klangtherapie.
Zwar dürfte es noch mindestens 20 bis 30 Jahre dauern, bis die großen fliegenden Dreiecke der BWB-Kategorie die Kontinente verbinden. Als ferngesteuertes Modell im Maßstab 1:30 mit einer Spannweite von 3,20 Metern kann man ein solches Flugzeug schon heute gelegentlich im Luftraum nahe Itzehoe sehen. Eine Studentengruppe unter Leitung von HAW-Professor Thomas Netzel hat das Modell , bestehend aus leichten Kunststoffmaterialien, gebaut.

Bis zur Produktion eines echten Jets gebe es allerdings noch vieles zu erforschen. Eine der Herausforderungen sei die Konstruktion der Druckkabine. Die Fertigung dieser für eine BWB-Maschine sei wesentlich aufwendiger , als für ein Flugzeug in zylindrischen Form, so Netzel.

Neben der Mitgliedschaft bei den Airbus Global University Partner Programmen, sind die Studenten von Schulze und Netzel auch Teilnehmer am internationalen Studentennetzwerk mit Schnittstellen zum Zentrum für Angewandte Luftfahrt-forschung ZAL, DLR, NASA, zu Airbus und Boeing. Dieses hat sich im Rahmen des „New Flying Competition 2018“ zusammengetan und befasst sich derzeit mit Fragen zur Aerodynamik, Produktionstechnik, Einsatz neuer Materialien, Kabinenlayouts der Zukunft und Akustik. Die Zukunft hat begonnen.

Ein Interview mit  Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulze, Leiter Aerodynamik Labor, Department Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau, HAW Hamburg.

visionsblog.info: Herr Professor Schulze, die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg forscht auf dem Gebiet Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau und arbeitet speziell im Bereich Neues Fliegen mit zahlreichen europäischen Hochschulen und der University of Sydney zusammen. Können Sie den Austausch näher beschreiben?
Detlev Schulze: Die HAW Hamburg hat ein ausgedehntes Netzwerk zu ausländischen Hochschulen für den Austausch von Studierenden im Rahmen von Auslandssemestern sowie für die Durchführung kooperativer Promotionen im Bereich Flugzeugbau aber auch in anderen Bereichen der HAW Hamburg. Seit neuestem ist die HAW Mitglied im exklusiven AGUPP – Airbus Global University Partner Programme. In diesem Netzwerk sind 21 Hochschulen weltweit vertreten. Zentraler Punkt ist die Weiterentwicklung der Ingenieursausbildung.

visionsblog.info: Die HAW Hamburg hat einen Windkanal und Labore für Leichtbau, für Flugzeugkabinen und Kabinen-systeme. Woran wird derzeit konkret geforscht?

Detlev Schulze: Gegenwärtige Forschungsgebiete sind Faserverbundstrukturen (Reparaturmethoden), 3d-Druck, Flugzeugkonfigurationen, Kabinenlayouts und -systeme, Produktionsmethoden und -techniken und die Akustik.

visionsblog.info: Was ist aus dem Projekt AC 20.30, dem Nurflügler der HAW Hamburg geworden? Wie ist der aktuelle Stand der Dinge?

Detlev Schulze: Das Projekt AC20.30 war das Vorgängerprojekt zum jetzigen studentischen Verein Neues Fliegen e.V. – Dieser Verein hat den Wettbewerb New Flying Competition entwickelt, einen internationalen wissenschaftlichen Modellflugwettbewerb, der die Zukunft des Fliegens adressiert. Darin beschäftigen sich internationale studentische Teams mit der Fragestellung des energieeffizienten Fliegens von Verkehrsflugzeugen unter Heranziehung von Kriterien des zivilen Luftfahrzeugbaus. Dabei sollen neue Flugzeugkonfigurationen oder einzelne Aspekte wie z.B. Spannweitenerweiterung oder neue Antriebskonzepte umgesetzt und am fliegenden Modell erprobt werden.

visionsblog.info: Im Rahmen des Projekts „Neues Fliegen e.V.“ wird auch am Blended Wing Body (BWB) weitergearbeitet. In 2016 wurde ein internationaler studentischer Modellbauwettbewerb durchgeführt. Wer hat ihn gewonnen und womit?

Detlev Schulze: Im Wettbewerb NFC 2016 bestand die Aufgabe darin, ein mehrmotoriges energieeffizientes Flugzeug zu entwickeln und zu fliegen, welches eine von drei zuvor definierten Nutzlasten transportieren konnte. Dabei waren Kriterien der Zivilluftfahrt zu berücksichtigen, wie z.B. energieeffizienter Flug, Steuerbarkeit bei Ausfall des kritischen Triebwerks und bei großer Schwerpunktverlagerung, Einhaltung von Mindest- und Maximalfluggeschwindigkeiten, sowie strukturelle Belastbarkeit. Darüber hinaus waren ein Preliminary Design Report, ein Critical Design Report sowie ein Final Design Report von den Studierenden-Teams abzugeben. Ergänzt wurde dieses durch ein Science Slam Video.
Teilgenommen hatten Teams aus China, der Türkei, Polen und Deutschland. Gewonnen hat den Wettbewerb die Northwestern Polytechnical University Xian/China. Das Team der HAW Hamburg wurde Zweiter!

Foto: HAW Hamburg

visionsblog.info: Die Studenten des Projekts ,Neues Fliegen e.V.´, deren Mentor Sie sind, haben sich im Rahmen des Wettbewerbs ,New Flying Competition (NFC) 2018´ dem Thema , Vorteile der Spannweiten-Vergrößerung für Verkehrsflugzeuge´ gewidmet und das Ergebnis der Fa. Airbus vorgestellt. Wie ist es angekommen?
Detlev Schulze: Das Thema ist seitens der Airbus-Experten sehr gut aufgenommen worden. Verbesserungsvorschläge seitens der Experten sind in die Aufgabe und die Regularien eingearbeitet worden. Ich bin sehr stolz auf unsere Studenten des Vereins ein so gutes Thema entwickelt zu haben. Alle aus dem Organisationsteam haben sich viele Gedanken über die Aufgabe und die Regeln gemacht und in hervorragender Weise zusammengearbeitet. Dabei sind auch die „Lessons learnt“ aus dem Wettbewerb 2016 eingeflossen.

visionsblog.info: Weitere Themen des NFC 2018 sind Energieeffizienz, Langsam- und Schnellfluggeschwindigkeiten, strukturelle Belastbarkeit, zwei Design-Reports und ein Science Slam Video. Was können Sie dazu sagen?
Detlev Schulze: Neben den reinen Anforderungen an das Flugzeug soll auch der industrielle Entwurfs- und Entwicklungsprozess abgebildet werden. Daher die zwei Design-Reports, die zu unterschiedlichen Zeiten im Entwicklungsprozess eines Flugzeuges entstehen. In dem Science Slam Video ist ein wettbewerbsbezogenes Thema auf unterhaltsame Weise, aber dennoch physikalisch/technisch richtig, anzufertigen. Dadurch sind die Studierenden gefordert, ein anspruchsvolles Thema auch für Laien verständlich aufzubereiten.

Energieeffizienz ist ein zentrales Thema des Fliegens. Dabei ist der Gesamtentwurf des Flugzeuges zu betrachtet und nicht nur isoliert die Aerodynamik. Es ist also ein ganzheitlicher Blick auf das Flugzeug und letztlich auch auf dessen Betrieb gefordert.
Die strukturelle Belastbarkeit eines Flugzeuges, auch eines Modells, muss definitiv gewährleistet sein, damit ein sicherer Betrieb gegeben ist. Die Strukturmasse spielt dabei auch in Bezug auf die Energieeffizienz eine wichtige Rolle. Im Wettbewerbsdurchgang NFC 2016 sind manche Modelle an die Belastbarkeitsgrenze gestoßen.
Energieeffizienz und Fluggeschwindigkeiten hängen ebenfalls zusammen. Da ein Verkehrsflugzeug einerseits eine möglichst hohe Reisefluggeschwindigkeit aufweisen soll aber auch über gute Langsamflugeigenschaften (z.B. Start/Landung) verfügen muss, werden bei Berücksichtigung dieser Anforderungen unterschiedliche Auslegungskriterien angesprochen.

visionsblog.info: NASA und Boeing forschen im Nasa Langley Research Center in Virginia auf dem Gebiet Nuflügler. Und auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR forscht seit Jahren auf dem Gebiet des Blended Wing Body . Gibt es hier einen Austausch, gibt es Schnittstellen zur HAW Hamburg?
Detlev Schulze: Der Austausch mit unterschiedlichen Forschungseinrichtungen national und international erfolgt im Rahmen von Forschungsprojekten und im Rahmen von kooperativen Promotionen. Hierbei sind insbesondere nationale und internationale Forschungsprojekte zu nennen wie auch die Zusammenarbeit der HAW Hamburg mit dem Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung – ZAL in Hamburg-Finkenwerder. Dabei stehen nicht nur Fragen zur Aerodynamik im Focus, sondern auch insbesondere Fragen der Produktionstechnik – 3d Druck, des Einsatzes neuer Materialien oder des Kabinenentwurfs sowie auch der Akustik.

Interview: Johanna Wenninger-Muhr

Weitere Infos:

https://www.youtube.com/watch?v=lUCByXn4uP4
https://www.youtube.com/watch?v=UfD0CIAscOI

 

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