Nasa/DLR Design Challenge: Die Zubringerflugzeuge der Zukunft sind flexibel und öko

Kaum Spielraum für Verbesserungen, aber viele Herausforderungen: Beim Bau von Flugzeugen machen Elektrifizierung und Automatisierung das Design noch wichtiger.

Ein Bericht von Friedrich List veröffentlicht am
Entwurf Adept: Die Form der Flügel wird je nach Flugphase angepasst.
Entwurf Adept: Die Form der Flügel wird je nach Flugphase angepasst. (Bild: RWTH Aachen)

Heutzutage sind zwar so viele Menschen wie nie zuvor mit dem Flugzeug unterwegs, aber viele abgelegene Regionen sind nur ungenügend ans globale Luftverkehrsnetz angeschlossen. Hier muss der Luftverkehr oft subventioniert werden, damit er überhaupt stattfindet. Für Fluggesellschaften ist dieser Markt wegen seines geringen Passagieraufkommens nicht besonders rentabel. Und die eingesetzten Flugzeugtypen sind überwiegend veraltet. Die diesjährige Nasa/DLR Design Challenge sollte Lösungen für dieses Problem liefern. Die Gewinnerentwürfe sind alle elektrisch - und haben auch sonst viele Gemeinsamkeiten.

Inhalt:
  1. Nasa/DLR Design Challenge: Die Zubringerflugzeuge der Zukunft sind flexibel und öko
  2. Der Adept aus Aachen und drei dritte Plätze

Der Wettbewerb prämiert die besten Luftfahrtentwürfe von studentischen Teams aus Deutschland und den USA. Er wird seit drei Jahren von der US-Luft- und Raumfahrtbehörde Nasa und ihrem deutschen Gegenstück DLR, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ausgelobt. Dieses Jahr suchte die Jury umweltfreundliche, aber leistungsfähige Zubringerflugzeuge für neun Passagiere oder eine Frachtladung gleichen Gewichts. Das DLR prämierte Anfang August die fünf besten Konzepte aus Deutschland.

Gefordert war ein Zubringerflugzeug (Commuter Aircraft) für neun Passagiere und einen Piloten. Eines der möglichen Nutzungsmodelle sollte der Passagierverkehr bei Tag mit Pilot und der unbemannte Frachtflugbetrieb als autonomes Flugzeug bei Nacht sein. Außerdem sollten im Entwurf Technologien genutzt werden, die um 2025 zur Verfügung stehen werden.

Für den Juryvorsitzenden und DLR-Luftfahrtvorstand Rolf Henke spielte das Flugzeugdesign wieder eine größere Rolle: "Neue Elemente wie die Elektrifizierung und Automation sind höchst anspruchsvoll und benötigen nie dagewesene Konzepte", sagte er. Die gängigen Flugzeugentwürfe böten kaum noch Spielraum für Verbesserungen.

  • Hybird, der Wettbewerbssieger, kommt aus Stuttgart. (Bild: Universität Stuttgart)
  • Der Aachener Entwurf ist mit hybridelektrischem Antrieb unterwegs. (Bild: RWTH Aachen)
  • Der Box Wing aus Hamburg besticht durch kompakte Bauweise und gute aerodynamische Leistungen. (Bild: TU Hamburg-Harburg)
  • Xargo startet und landet mit geschwenkten Triebwerksgondeln. (Bild: TU Dresden)
  • Mirus aus Berlin wurde mit Blick auf die Buschfliegerei im Hohen Norden Amerikas entwickelt. (Bild: TU Berlin)
Hybird, der Wettbewerbssieger, kommt aus Stuttgart. (Bild: Universität Stuttgart)
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Die fünf prämierten Entwürfe weisen denn auch viele Gemeinsamkeiten auf. Alle verwenden ein elektrisches Antriebssystem. Die Hauptfahrwerke verfügen über elektrische Nabenantriebe, mit denen die Flugzeuge ohne Flugmotorkraft rollen können. In kurzer Zeit sind Umrüstungen von der Passagier- zur Frachtversion und wieder zurück möglich. Durch kurze Start- und Landestrecken können sie auch kleine, kaum ausgebaute Flugfelder nutzen. Alle sind zudem für autonomen Flugbetrieb ausgerüstet.

Auf Platz eins: Der Hybird

Der Hybird ist das Ergebnis einer Arbeitsgruppe der Universität Stuttgart. Er wurde als Gewinner ausgewählt, weil er nicht nur sämtliche Anforderungen erfüllt, sondern einige sogar übertrifft. Das Flugzeug ist ein Hochdecker mit Schmetterlings- oder V-Leitwerk und besteht komplett aus Karbonverbundwerkstoffen. Den Antrieb liefern vier elektrisch betriebene Propeller, die an den Enden von Tragflächen und Leitwerksflossen sitzen. Das Antriebssystem ist hybridelektrisch. Zwei Gasturbinen im Bug sorgen für zusätzliche Kraft beim Start und Steigflug. Außerdem laden sie die Batterien im Reiseflug auf.

Der Hybird nutzt sein separat angetriebenes Fahrwerk auch als Starthilfe. Seine Kurzstart- und Landefähigkeit erreicht er durch ein ausgefeiltes Klappensystem und elektrische Wirbelgeneratoren. Beide sorgen immer für den optimalen Luftstrom um die Tragflächen und bewirken beim Start zusätzlichen Auftrieb.

Die Startstrecke ist kurz: Der Hybird hebt nach 204 Metern ab. Zum Vergleich: Die Pilatus PC-12, ein modernes Commuter-Flugzeug vergleichbarer Größe, braucht 480 Meter. Auch die Landestrecke des Hybird ist mit etwa 200 Metern relativ kurz. Dabei bremst das Flugzeug mit Umkehrschub von Turbinen und Propellern.

Zudem kann das Flugzeug unabhängig von externen Navigationshilfen starten und landen. "Man braucht nur Karten und die GPS-Daten der Startbahn", sagte Jonas Mangold, einer der Entwickler. Neben dem GPS-Empfänger verfügt das Flugzeug über ein Kamerasystem sowie eine Radar-Lasersensor-Kombination zur Höhenmessung.

Die Umrüstung von der Passagier- zur Frachtflugkonfiguration ist denkbar einfach. Die Sitze lassen sich zusammenklappen und werden dann hinten in der Kabine verstaut.

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Der Adept aus Aachen und drei dritte Plätze 
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