Zukünftige Flugzeugkonzepte
erfordern neue Designs

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Passagierflugzeuge sehen alle sehr ähnlich aus. Das ist kein Zufall, denn es handelt sich um eine bewährte Form, die Sicherheit, Kraftstoffeffizienz und Alltagstauglichkeit verbindet. Die Technik wird trotz gleicher Formgebung laufend leistungsfähiger und zugleich auch sparsamer, indem beispielsweise neue Werkstoffe eingesetzt werden. Weil aber die Emissionen in Zukunft noch weiter gesenkt werden sollen, erforschen und entwickeln die Luftfahrtindustrie und auch universitäre Einrichtungen neue Formen und Designs, die das zukünftige Flugzeug erheblich kraftstoffsparender und somit emissionsärmer machen.

Die Forschungsansätze für diese neuen Flugzeugkonfigurationen sind vielfältig und gehen häufig mit dem Einsatz alternativer Antriebe einher. Die Umsetzung neuer Flugzeugkonzepte in die Praxis ist komplex und muss höchsten Sicherheitsstandards entsprechen. Aus diesem Grund wird es noch einige Zeit dauern, bis neue Flugzeugkonzepte in den Regelbetrieb überführt werden können.

Auf EU-Ebene unterstützt das Forschungsprogramm Clean Sky 2 mit einem Budget von rund vier Mrd. Euro im Zeitraum von 2014-2024 die Erforschung neuer, innovativer und modernster Technologien zur Reduzierung von CO2-Emissionen und Lärm von Flugzeugen.

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Bildergalerie: Zukunftsflugzeuge

  • Quelle: Javier Zarracina
    Der energieeffiziente Kerosinsparer

    In diesem Modell stehen die Triebwerksschaufeln frei und sind nicht verkleidet. Dadurch wird das Flugzeug kraftstoffeffizienter.

  • Quelle: Javier Zarracina
    Der unkonventionelle Entenflügler

    Die spezielle Anordnung der Tragflächen mit einem Höhenruder vorne am Rumpf verringert den Widerstand und reduziert den Kraftstoffverbrauch.

  • Quelle: Javier Zarracina
    Der innovative Klappsegler

    Das Modell hat ungewöhnlich große Flügel, wodurch es geräuscharm und kraftstoffsparend gleiten kann.

  • Quelle: Javier Zarracina
    Der leise Langstreckenflieger

    Die Triebwerke befinden sich oberhalb der großen Tragflächen am Heck des Flugzeugs, so dass Kraftstoff eingespart und Lärm verringert wird.

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Mehr Auftrieb, weniger Kraftstoffverbrauch

Großflugzeuge bestehen heute vor allem aus einem Rumpf zur Beförderung von Passagieren und Fracht und aus den Flügeln zur Auftriebserzeugung. Der Blended Wing Body, auch Nurflügler genannt, geht einen neuen Weg: Es gibt einen fließenden Übergang zwischen Rumpf und Tragflächen. Der größte Vorteil liegt in besseren aerodynamischen Werten und einem geringeren Gewicht. Das wird kombiniert mit neuen Antriebskonzepten.

Erforscht wird die neue Form auch beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLRDLRDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt und testet neue Technologien für zukünftige Anforderungen im Mobilitätssektor.). Ob die neue Form tatsächlich wesentlich weniger Energie verbraucht und zugleich auch praxistauglich für den Luftverkehr ist, wird an Computern simuliert. Zurzeit gehen die Ingenieure davon aus, dass sich der Kraftstoffverbrauch um 20 Prozent senken lässt. Das wird durch einen geringeren Luftwiderstand sowie durch reduziertes Gewicht und 43 Prozent effektivere Antriebe erzielt. Die Triebwerke müssen weniger groß dimensioniert werden und Gewicht kann dadurch zusätzlich eingespart werden.

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Konzept eines Nurflügers

Fliegen mit nur einem Flügel

Quelle: DLR

Auch Boeing arbeitet und forscht zusammen mit der NASA seit zwei Jahrzehnten an einem Blended Wing Body Konzept. Heute gibt es dafür sogar bereits ein Modell, das erste Tests in einem Windkanal durchläuft. Boeing nimmt an, dass ein erster Einsatz in zehn Jahren möglich wäre. Laut Boeing zeigt der Nurflügler gegenüber traditionellen Flugzeugen ein großes Potenzial, die aerodynamischen Eigenschaften von Flugzeugen weiter zu verbessern sowie die Fähigkeit, mit weniger Energie und leiser zu fliegen.

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Der Blended Wing Body

Quelle: Boeing, NASA
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Clean Air Engine – kurz Claire Liner

Der Claire Liner ist ein Flugzeugkonzept von Bauhaus Luftfahrt und verbindet eine alternative Antriebstechnik mit einer außergewöhnlichen Flügelform. Mit dieser Kombination will man vor allem eines: weniger Kohlendioxid beim Flug ausstoßen. Die Idee für die außergewöhnlichen Flügel ist dabei nicht neu, sie gibt es schon seit den zwanziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts.

Im Zentrum des Konzepts stehen zwei Triebwerke, die in das Flugzeugheck integriert sind. Die Fans der Triebwerke sind wiederum in einer Tragflächenanordnung montiert, die Boxwing genannt wird. Mittels eines Getriebes sind die externen Fans mit den Antrieben verbunden. Diese Entkopplung sorgt dafür, dass der Wirkungsgrad der Triebwerke gesteigert und gleichzeitig der Kerosinverbrauch gesenkt werden kann.

Doch auch der Geräuschpegel kann reduziert und die AerodynamikAerodynamikDie Lehre von den Strömungsvorgängen in Gasen befasst sich mit den Kräften, die am Flugzeug wirken. Einerseits muss genug Auftrieb zum Abheben geschaffen werden, andererseits der Luftwiderstand so gering wie möglich gehalten werden, um effizient unterwegs zu sein. erhöht werden: Dadurch dass die Schaufelräder außen am Rumpf sitzen und sich die Kerntriebwerke im Inneren des Flugzeugs befinden, verursachen sie weniger Lärm und Luftwiderstand. Zugleich kann die Abwärme genutzt werden, wodurch die Triebwerke effizienter und sparsamer arbeiten. Zudem zeichnet sich das Boxwing-Design durch seine große Stabilität und die neuartige Flügelfläche durch einen größeren Auftrieb aus. Dass die Boxwings halten, was man sich von ihnen verspricht, haben sie bereits im Einsatz bei Ultraleicht- und Modellflugzeugen gezeigt. Gedacht ist der Claire-Liner für 300 Passagiere, die bis zu 3.700 Kilometer weit transportiert werden können.

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Bauhaus Luftfahrt: Flugzeugkonzept Claire Liner

Weniger Kerosin und Lärm dank Boxwing-Design

Quelle: Bauhaus Luftfahrt
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Die Hälfte der Motoren transportiert dreimal mehr Passagiere

Flugzeugkonzepte, die sich am Schienenverkehr orientieren? Ja, die gibt es: Das Clip-Air Flugzeug. Die Idee, die hier zu Grunde liegt, ist, dass das Flugzeug wie eine Lokomotive austauschbare Anhänger oder besser Container transportiert. Das Flugzeug selber besteht nur aus einer Stützstruktur mit Flügeln, Motoren, Kraftstofftank und dem Cockpit.

Durch die modularen Eigenschaften wird jeder Flug maßgeschneidert in seinen Transportkapazitäten zusammengestellt und damit auch sehr kraftstoffeffizient – es werden nur die Passagier- oder Ladekapseln transportiert, die erforderlich sind. Dabei können nach den Vorstellungen der Wissenschaftler an der l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne die Kapseln auch mit der Bahn zum Flughafen gebracht werden. Das Boarding könnte also auch am Bahnhof stattfinden.

Dazu soll den Experten zufolge auch der Kraftstoffverbrauch sinken, weil ein Clip-Air-Flugzeug mit halb so vielen Motoren genauso so viele Passagiere transportieren kann, wie drei A320. Dem Forschungsstand nach würde dieses Fluggerät auf 4.000 Kilometer Flugstrecke mit drei Containern unter einem einzigen Flügel weniger Kraftstoff verbrauchen als drei einzelne Flugzeuge. Dabei hätten die Flugzeuge das gleiche Fassungsvermögen sowie die gleiche Geschwindigkeit und Flughöhe. Die Umsetzung des Projekts liegt jedoch noch weit in der Zukunft.

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Das modulare Flugzeug Clip-Air

Quelle: École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
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Die elektrischen Senkrechtstarter

Die sogenannten Lufttaxis können senkrecht starten und landen – und das zum Teil autonom und rein elektrisch. Sie haben dadurch den Vorteil, wie Helikopter nahezu überall starten und landen zu können.

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Elektrisch angetriebene Lufttaxis

Bemannte und unbemannte Flugzeugkonzepte der Zukunft

  • Quelle: Airbus

    CityAirbus von Airbus
    Der CityAirbus ist ein elektrisch sowie autonom fliegendes Flugzeug, das senkrecht startet und landet. Für Ende 2018 ist ein Erstflug geplant.

  • Quelle: Airbus

    Vahana von Airbus
    Vahana, das autonom fliegende und elektrisch betriebene Flugtaxi von Airbus absolvierte bereits Testflüge. 2020 soll es serienreif sein.

  • Quelle: Aurora Flight Sciences

    eVTOL Aircraft von Aurora
    Boeings Tochterunternehmen Aurora entwickelt ein vollelektrisches, senkrechtstartendes Fluggerät für zwei Personen. Erste Testflüge sind für 2020 geplant.

  • Quelle: Kitty Hawk

    Cora von Kitty Hawk
    Die Firma Kitty Hawk entwickelt ein senkrecht startendes, autonomes Flugzeug. 2021 soll mit Cora in Neuseeland ein Lufttaxi-Dienst starten.

  • Quelle: Lilium

    Der Lilium Jet
    Das Münchner Start-up Lilium entwickelt ein senkrecht startendes, rein elektrisches Lufttaxi für bis zu fünf Personen.

  • Quelle: Volocopter

    Der Volocopter 2X
    Das Karlsruher Unternehmen Volocopter entwickelt den Volocopter 2X – ein senkrecht startendes, voll elektrisches Flugzeug mit zwei Sitzen.

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