Werden elektrisch angetriebene Flugzeuge schon bald zum Alltag gehören? Die Entwicklung in diesem Bereich ist schon weit fortgeschritten. Nun geben sogar große, finanzkräftige Technologiekonzerne dabei den Ton an.
Als der Schweizer Bertrand Piccard im März 2015 mit der „Solar Impulse 2“ zur ersten Weltumrundung aufbrach, wollte er zeigen, dass der Rekordflug mit dem Solarflugzeug die Entwicklung von umweltschonenden Motorflugzeugen vorantrei- ben wird und zeigen, dass es auch ohne Brennstoff geht. „Eine tolle Idee“, urteilte Andreas Strohmayer vom Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart noch im März 2015. Auch sein Institut hat Solarflugzeuge entwickelt. Der erste Prototyp „Ikare“ wurde schon 1996 getestet. „Doch das ist nichts, was man auf größere Flugzeuge übertragen könnte“, so Strohmayer. „500 Meter Spannbreite müsste ein Solarflugzeug haben, damit es Nutzlasten transportieren kann“, sagt Robert Sausen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. „Selbst wenn man einen Wir- kungsgrad von 100 Prozent bei den Solarzellen hätte, ginge es nicht.“ Solarflug-zeuge, sagt Strohmayer, „werden die Zukunft nicht verändern“.
Oder doch? Siemens-Forscher haben Anfang Juli ein Flugzeug mit selbst entwickel tem Elektromotor abheben lassen, das bei einem Gewicht von nur 50 Kilogramm rund 260 Kilowatt elektrische Dauerleistung liefert – fünfmal so viel wie vergleichbare Antriebe. Das Rekord-Antriebssystem hob vom Flughafen Dinslaken Schwarze Heide zu seinem ersten Flug vor der Öffentlichkeit ab. Das Flugzeug vom Typ Extra 330LE wurde damit nahezu lautlos angetrieben. Damit werden hybride Elektroflugzeuge mit vier oder mehr Sitzen möglich.
Siemens und Airbus kooperieren beim ,elektrischen Fliegen´
Es ist ein Tag, der die Luftfahrt verändern wird“, sagt Frank Anton, Leiter eAircraft bei der zentralen Siemens-Forschung Corporate Technology. „Zum ersten Mal ist ein Elektroflugzeug in der Leistungsklasse von einem Viertel Megawatt geflogen.“ Die rund 1000 Kilogramm schwere Extra 330LE dient dabei als Erprobungsträger für den neuen Antrieb – als Kunstflugzeug eignet sie sich besonders dafür, die Kompo-nenten an ihre Grenzen zu bringen, zu testen und weiterzuentwickeln. Siemens bringt die Technologie in seine Kooperation mit dem Flugzeughersteller Airbus zum elektrischen Fliegen ein, die beide Unternehmen im April 2016 vereinbart hatten. Die beiden Konzerne stecken zusammen binnen fünf Jahren einen dreistelligen Millio-nenbetrag in ihre E-Flugzeug-Aktivitäten. Ein Team von rund 200 Beschäftigten aus beiden Unternehmen soll Europas Innovationsführerschaft in diesem Feld weiter ausbauen. Denn grundsätzlich sind elektrische Antriebe skalierbar – und auf Basis des nun vorgestellten Rekord-Motors wollen Siemens und Airbus hybrid-elektrische Regionalflugzeuge entwickeln. „Bis 2030 erwarten wir erste Maschinen mit bis zu 100 Passagieren und rund 1000 Kilometer Reichweite“, sagt Anton.
Start-up-Organisation next47″ S – Mut zum Risiko
„Der Erstflug unseres Antriebssystems ist ein Meilenstein auf dem Weg zur Elektrif-zierung der Luftfahrt“, erklärt Siemens-Technikvorstand Siegfried Russwurm. „Um diesen Weg weitererfolgreich zu begehen, braucht es disruptive Ideen und Mut zum Risiko. Daher ist die Entwicklung elektrischer Antriebe für Luftfahrzeuge auch das erste Projekt unserer neuen Start-up-Organisation next47“ Siemens will die hybrid-elektrischen Antriebssysteme für Luftfahrzeuge als künftiges Geschäft aufbauen. Das Antriebssystem hat Siemens mit Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Deutschen Luftfahrtforschungs-programms LuFo entwickelt. Die Extra 330LE ist in Zusammenarbeit von Siemens, Extra Aircraft, MT-Propeller und Pipistrel entstanden.
Auch Airbus hat große Pläne in diesem Segment: Ab 2017 soll das zweisitzige Elektro-Trainingsflugzeug E-Fan 2.0 in Serie gebaut werden, in einem neuen Werk in der Nähe von Bordeaux. Das Leichtflugzeug, das nur rund 500 Kilogramm auf die Waage bringt, nicht länger als eine Stunde in der Luft bleibt und eine Höchstge-schwindigkeit von 220 Stundenkilometern erreicht, soll dann vor allem in der Pilotenausbildung zum Einsatz kommen. Ab 2019 soll es zudem den Viersitzer E-Fan 4.0 mit Hybridantrieb geben.
CO2-Emissionen und Lärm sind die größten Probleme, die die Luftfahrt mit sich bringt
Der Grund für die Anstrengungen der Technologiekonzerne ist, dass sich die Luftfahrtindustrie mit ihrer sogenannten Roadmap vorgenommen hat, die CO2-Emissionen von Flugzeugen um durchschnittlich 75 Prozent und ihren Geräuschpegel um 65 Prozent zu reduzieren, verglichen mit den Werten des Jahres 2000. Denn CO2-Emissionen und Lärm sind die größten Probleme, die die Luftfahrt mit sich bringt. Elektroflugzeuge sind ein wichtiger Baustein, um die Ziele der „Roadmap“ zu erreichen. Außerdem erproben Airbus und der große amerikanische Rivale Boeing bereits seit längerer Zeit den Einsatz von Bio-Treibstoffen. Diese gelten ebenso als eine effiziente Methode, die CO2-Bilanz der Luftfahrt zu verbessern.
Auch die Nasa mischt mit
Jenseits des Atlantiks gibt es einen weiteren Player, der bei der Entwicklung elek- trisch angetriebener Flugzeuge mitmischt: die US-Weltraumbehörde Nasa. Noch in diesem Jahrzehnt will sie ein elektrisch angetriebenes Passagierflugzeug in die Luft bringen: 2019 soll das Flugzeug mit einem 500-Kilowatt-Antrieb für neun Insassen fertig sein. Schon etwas früher will die Nasa mit einem experimentellen Elektroflug- zeug abheben, dem „Scalable Convergent Electric Propulsion Technology and Operations Research“ – kurz: Sceptor. Dabei handelt es sich um ein Leichtflugzeug vom Typ Tecnam P2006T, das für den Elektroflug modifiziert wird. Beim Antrieb des Testflugzeugs experimentiert die Nasa mit einem Multipropellersystem, das im Projekt „Leading Edge Asynchronous Propeller Technology“ (Leaptech) seit vergan- genem Jahr getestet wird. In eine experimentelle Tragfläche aus einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff, dem Hybrid Electric Integrated Systems Testbed (Heist), sind 18 Elektropropeller integriert. Mit Energie versorgt werden sie durch Lithium-Eisenphos-phat-Akkus. Heist funktioniert wie ein Windkanal – nur dass der knapp zehn Meter breite Flügel nicht still steht. Er wird auf einen Lkw montiert, der mit etwa 120 Kilometern pro Stunde durch die Wüste fährt. Dabei werden Werte wie Auftrieb, Widerstand, Kipp- und Rollmoment erfasst. Neben diesen Tests simulieren die Nasa-Forscher das Flugverhalten von Sceptor in einem Flugsimulator. Außer dem rein elektrischen Flugzeug modellieren sie auch einen Hybridantrieb aus Elektro- und Verbrennungsmotoren. Das geplante Neun-Personen-Flugzeug könnte einen solchen Hybridantrieb haben. Sceptor soll im kommenden Jahr fertig sein und 2018 erstmals bemannt fliegen.
Elektromotor gilt als Antrieb der Zukunft
Ob in der Automobilbranche oder im Flugzeugbau: Der Elektromotor gilt als Antrieb der Zukunft. In einem Elektromotor wird die Kraft, die ein Magnetfeld auf die strom-durchflossenen Leiter einer Spule ausübt, in Bewegung umgesetzt. Damit ist er das Gegenstück zum Generator, der Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt.
Die für die Entwicklung des Elektromotors notwendige Entdeckung, dass elektri- scher Strom eine magnetische Wirkung hat, machte der dänische Physiker Hans Christian 0rsted im Jahr 1820. Ein Jahr später publizierte der englische Experimen-talphysiker Michael Faraday eine Arbeit über „elektromagnetische Rotation“. Dazu konstruierte er eine Vorrichtung, bei der ein elektrischer Leiter um einen festen Mag- neten kreist. Das war der Vorläufer des Elektromotors. Im Jahr 1834, entwickelte der deutsch-russische Physiker und Ingenieur Moritz Hermann von Jacobi in Potsdam den ersten praxistauglichen Elektromotor. 1938 stattete er in Sankt Petersburg ein sechs Personen fassendes Boot damit aus. Vielfach weiterentwickelt, haben Elektroantriebe seither einen Siegeszug durch alle Branchen angetreten.
Quellen: DLR, Airbus, Wikipedia