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2013

Das Bauhaus Luftfahrt beschreitet
„neue Wege“ in der Luftfahrt. Durch
die ganzheitliche Betrachtung der
Zukunftstreiber des Luftverkehrs
und neuartige Herangehensweisen
gelangt das interdisziplinäre Team
zu innovativen Lösungen von morgen
und übermorgen.
Neue Wege durch die Treiber der Luftfahrt
New ways through the drivers of aviation
Neue Wege für innovative Lösungsansätze
New ways for innovative solutions
Neue Wege in Methoden und Prozessen
New ways in methods and processes
Bauhaus Luftfahrt is going new
ways in aviation. Through the holistic
approach in the analysis of future
drivers of air travel as well as novel
methods and processes, the interdisciplinary
team develops innovative
solutions for tomorrow and beyond.

Inhalt
Contents
Die drei Säulen des Bauhaus Luftfahrt
The three focus areas of Bauhaus Luftfahrt
1 Neue Wege durch die Treiber der Luftfahrt
1 New ways through the drivers of aviation ....................... 16
2 Neue Wege für innovative Lösungsansätze
2 New ways for innovative solutions ..................38
3 Neue Wege in Methoden und Prozessen
3 New ways in methods and processes . ... 82
2
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Willkommen im Bauhaus Luftfahrt
Welcome to Bauhaus Luftfahrt
7 Vorwort des Beiratsvorsitzenden
Foreword of the Chairman of the Board
8 Über das Bauhaus Luftfahrt
About Bauhaus Luftfahrt
11 Vorwort der Vorstände
Foreword of the Directors
14 Neue Wege in der Luftfahrt – drei Forschungsschwerpunkte
New ways in aviation – Three focus areas
19 Impuls: Ökonomie und Verkehr – Mit intelligenter Vernetzung
den Engpässen zukünftiger Mobilität vorbeugen
Impulse: Economics and Transportation – Mitigating future
mobility bottlenecks through intelligent networking
41 Impuls: Visionäre Flugzeugkonzepte – Der ingenieurwissenschaftliche
Entwicklungspfad zu ultra-emissionsarmen und
emissionsfreien Flugzeugen
Impulse: Visionary Aircraft Concepts – The engineering
pathway to ultra-low and zero-emission aircraft
85 Impuls: Innovationspotenziale erkennen – Eine wesentliche
Orientierungskompetenz für die Zukunft
Impulse: Identifying innovation potentials – An essential skill
for navigating the future
94 Munich Aerospace
96 aireg
Zahlen und Fakten
Facts and figures
102 Finanzen
Financial figures
103 Personal
Personnel
104 Wissenschaftliche Veröffentlichungen / Patente
Scientific publications / Patents
109 Medien / Vorträge
Media / Lectures
111 Impressum
Imprint
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 3

Inhalt
Contents
1 Neue Wege durch die Treiber der Luftfahrt
1 New ways through the drivers of aviation
20 Herausforderungen und Entwicklungsperspektiven für
Drehkreuzflughäfen in Europa
Challenges and development perspectives for
European hub airports
22 Anforderungen an Konzepte für personalisierte Mobilität im
Luftverkehr des Jahres 2050
Requirements for concepts of personalised mobility in
air transport of the year 2050
24 Das Luftverkehrssystem in Jahr 2050: Ein reibungsloses
Passagiererlebnis
The air transport system in 2050: Towards a seamless
passenger experience
26 Strahlungsabschirmung im Luftverkehr: Nanomaterialien und
Synergieeffekte für Wasserstoff-Flugzeuge
Radiation shielding in air traffic: Nanomaterials and synergy
effects from cryoplane technology
28 Nachhaltige Leichtbau mate rialien für die Luftfahrt:
Erneuerbare Faserverbund werkstoffe
Sustainable lightweight materials for aviation:
Renewable fibre composites
30 Untersuchung einer Strukturüberwachung für
formadaptive Systeme
Exploration of structural health monitoring for
active compliant systems
32 Quantifizierung des globalen Bioenergiepotenzials:
Jatropha curcas und Plantagenholz
Quantification of the global bioenergy potential:
Jatropha curcas and short-rotation coppices
34 Kerosin aus Algen: Lebens zyklusanalyse und
wirtschaft liche Machbarkeit
Jet fuel from algae: Life cycle analysis and
eco nomic feasibility
36 Perspektiven für eine umfangreiche Versorgung mit
„solaren“ Kraftstoffen
Perspectives for a large-scale supply with “solar” fuels
4
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2 Neue Wege für innovative Lösungsansätze
2 New ways for innovative solutions
42 Untersuchung von Batterien als Schlüsseltechnologien
des elektrischen Fliegens
Assessment of batteries as key technologies for
electric flight
46 Charakterisierung hybrider Systemarchitekturen für
elektrische Flugzeuge
Characterisation of hybrid systems architectures for
electric aircraft
50 Vorkonzeptionelle Leistungsbetrachtungen elektrisch
versorgter Flugantriebe
Pre-concept performance investigation of electrically
powered aero propulsion
54 Abschätzung der Betriebskosten von elektrisch
angetriebenen Verkehrsflugzeugen
Operating cost estimation for electrically powered
transport aircraft
58 Einfluss von elektrisch an getriebenen Flugzeugen auf den
Batterie- und Energie bedarf für Deutschland
Impact of electrically powered transport aircraft on energy
and battery demand for Germany
62 Flightpath 2050: Beiträge von Technologien für die
Flugzeugkabine und den Betrieb am Boden
Flightpath 2050: Contributions of cabin-related and ground
operation technologies
66 Parametrische Entwurfsstudien für Flugzeugkonzepte mit
„Propulsive Fuselage“
Parametric design studies for ”propulsive fuselage“
aircraft concepts
70 Langfristige Perspektiven jenseits von Biokraftstoffen
erster und zweiter Generation
Long-term perspectives beyond first- and second-generation
biofuels
74 QuaNaBioL: Untersuchung der Nach haltig keit entlang der
Lieferkette von Biokerosin
QuaNaBioL: Assessment of sustainability along the aviation
biofuel supply chain
78 Fliegende Kommunikationsnetzwerke: Analyse der
Netzabdeckung und zukünftiger Kapazitätsanforderungen
Airborne communication networks: Analysis of network
coverage and future capacity demands
3 Neue Wege in Methoden und Prozessen
3 New ways in methods and processes
86 Szenario-basierte Bewertung der Lebenszykluskosten
zukünftiger Flugzeugkonzepte
Scenario-based life-cycle cost assessment of future
air transport concepts
88 Kombination verschiedener Szenariostudien zu
Meta- Szenarien
Aggregation of numerous scenario studies to form
meta-scenarios
90 Einsatz von semantischen Technologien im Flugzeugentwurf
Application of semantic technologies in aircraft design
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 5

6
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Vorwort des Beiratsvorsitzenden
Foreword by the Chairman of the Board
Dr. Detlef Müller-Wiesner
Sehr geehrte Damen und Herren,
was führt eine Chemikerin aus Arizona, einen Luftfahrtingenieur
aus China und eine Wirtschaftspolitikerin aus Bayern an einem
einzigen Tag gemeinsam nach München? Die Antwort: Das Bauhaus
Luftfahrt. Alle drei interessierten sich nämlich brennend für
die „Zukunft der Luftfahrt – Perspektiven für 2050“. So lautete Anfang
Juni der offizielle Titel des ersten internationalen Bauhaus
Luftfahrt-Symposiums, zu dem fast 200 Gäste begrüßt werden
konnten.
Die zahlreichen Teilnehmer und ihr überaus positives Echo
verdeutlichen zum einen die Anerkennung, die dem Bauhaus Luftfahrt
mittlerweile auch international zuteil wird. Zum anderen wird
aber auch deutlich, wie gut es seiner Rolle als Brückenbauer und
Moderator zwischen den einzelnen Interessengruppen der Luftfahrt
gerecht wird. Die wissenschaftliche Vernetzung stellt ein wesentliches
Element der Arbeiten des Bauhaus Luftfahrt dar. Nur so
ist es möglich, wesentliche aktuelle Entwicklungen in der Gesellschaft
und der Forschung zu identifizieren und in die Betrachtung
des Luftverkehrs der Zukunft einzubeziehen.
Die große thematische Breite der Forschungsarbeiten überzeugte
nicht nur die Förderer des Bauhaus Luftfahrt, sondern auch
die Teilnehmer des Symposiums. Viele der der dort vom Bauhaus
Luftfahrt präsentierten Themen finden sich natürlich auch in diesem
Jahrbuch wieder, bei dessen Lektüre ich Ihnen viel Freude
wünsche.
Im Namen des Beirats danke ich nicht nur dem gesamten
Team des Bauhaus Luftfahrt und dem bisherigen Vorstand für die
erneut großartigen Leistungen im Jahr 2013. Nochmals begrüße
ich auch ganz herzlich Insa Ottensmann, die als neuer Vorstand
Finanzen und Organisation weitere positive Impulse für die zukünftige
Entwicklung des Bauhaus Luftfahrt geben wird.
Dear Sir or Madam,
What does it take to bring a chemist from Arizona, an aerospace
engineer from China and an economics politician from Bavaria together
on the same day in Munich? The answer is simple: Bauhaus
Luftfahrt. These three exemplary people all were highly interested
in the “Future of Aviation” and its “Perspectives for 2050”. Hence,
these two titles were officially chosen for the first international
symposium hosted by Bauhaus Luftfahrt, which in early June attracted
around 200 guests.
On the one hand, the high number of participants and their
overwhelmingly positive feedback once more highlight the good
reputation that Bauhaus Luftfahrt nowadays enjoys even on an
international level. On the other hand, it becomes apparent to
what extent the organization takes on its role as a “bridge builder”
and mediator between all different stakeholders of aviation. Establishing
and continuously extending a comprehensive scientific network
resembles one of the key elements of work at Bauhaus Luftfahrt.
Only in doing so, it becomes possible to identify fundamental
developments in science and society and include these in considerations
for future air travel.
The broad spectrum of research work convinced not only the
members and supporters of Bauhaus Luftfahrt, but also the participants
of the symposium. A good number of topics presented
therein can also be found in this yearbook from which I wish you
an interesting read.
On behalf of the Advisory Board, I not only would like to
thank the entire team of Bauhaus Luftfahrt for its outstanding
achievements in 2013. I moreover would like to again welcome
Mrs. Insa Ottensmann, who in her new position as Executive Director
Finance and Organisation will provide further positive impulses
for the future development of Bauhaus Luftfahrt.
Ihr / Your
Dr. Detlef Müller-Wiesner
Beiratsvorsitzender / Chairman of the Board
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 7

Über das Bauhaus Luftfahrt
About Bauhaus Luftfahrt
Das Bauhaus Luftfahrt ist eine interdisziplinäre Forschungseinrichtung,
getragen von den vier Luft- und Raumfahrtunternehmen Airbus
Group, Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft (IABG), Liebherr-
Aerospace und MTU Aero Engines sowie einer Förderung durch
das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien,
Energie und Technologie. Der gemeinnützige Verein ist eine international
ausgerichtete Ideenschmiede, die sich mit ihrem Team aus
rund 50 Mitarbeitern mit der Zukunft der Mobilität im Allgemeinen
und mit der Zukunft des Luftverkehrs im Besonderen befasst. Ziel
der Forschungsarbeit ist es, das komplexe System der Luftfahrt aus
vielerlei Blickwinkeln zu betrachten: Bei allen Projekten werden
technische, wirtschaftliche, gesellschaftliche und ökologische Aspekte
ganzheitlich berücksichtigt.
In Anlehnung an die Tradition des „Bauhaus“, Deutschlands
historischer Hochschule für Gestaltung, versteht sich auch das
Bauhaus Luftfahrt als fachübergreifender „Think Tank“. Im Dessau
der 1920er-Jahre wirkten unter der Leitung von Walter Gropius Architekten,
Maler und Bildhauer eng zusammen. Auf diese Weise
ent stand ein breit gefächertes Kompetenzspektrum. Genau das
realisiert das Bauhaus Luftfahrt für die europäische Luftfahrtbranche,
und zwar nicht nur im interdisziplinären Dialog von Ingenieuren,
Ökonomen, Informatikern, Physikern, Chemikern, Geographen,
Kultur- und Sozialwissenschaftlern, sondern auch in enger Kooperation
mit Industrie, Wissenschaft und Politik.
Das Bauhaus Luftfahrt arbeitet unabhängig und im öffentlichen
Interesse. Innovative Ideen müssen dort nicht per se marktorientiert
reifen. Vielmehr gibt das Bauhaus Luftfahrt Antworten
auf die Frage, welche Alternativen für die Anforderungen der Zukunft
denkbar sind. Dabei bestehen für die Wissenschaftler des
Kre ativzentrums kaum gedankliche Tabus. Allerdings wird streng
darauf ge achtet, dass visionäre Konzepte und Strategien stets
auch anwendungsorientiert und technisch machbar sind. Grundlage
zur Entwicklung tragfähiger Lösungen bilden somit immer die
klassischen Disziplinen der Physik und der Ingenieurwissenschaft.
Bauhaus Luftfahrt is an interdisciplinary research institution funded
by the four aerospace companies Airbus Group, Industrieanlagen-
Betriebsgesellschaft (IABG), Liebherr-Aerospace and MTU Aero
Engines as well as through grants from the Bavarian Ministry for
Economic Affairs, Media, Energy and Technology. The non-profit
association is an internationally oriented think tank. Its team of
around 50 employees deals with the future of mobility in general
and with the future of air travel in particular. The goal of the research
work is to consider the complex system of aviation from
different points of view. In every project, the technical, economic,
social and ecological aspects are considered holistically.
In keeping with the “Bauhaus” tradition, Germany’s once renowned
School of Design, Bauhaus Luftfahrt has set out to be a
multi disciplinary think tank. In Dessau in the 1920s, architects,
painters and sculptors worked closely together under the direction
of Walter Gropius, leading to the emergence of a widely diversified
spectrum of expertise. This is exactly what Bauhaus Luftfahrt is
achieving within the European aviation industry – not only in the
interdiscip linary dialogue between engineers, economists, computer
scientists, physicists, chemists, geographers, cultural experts
and social scientists, but also in close cooperation with industry,
science and politics.
The registered association works independently and in the
interest of the public. Here, innovative ideas do not need to be
developed to commercial maturity. Rather, Bauhaus Luftfahrt provides
answers to the question of which alternatives could conceivably
meet tomorrow’s requirements. Scientists at the creative centre
are virtually unconstrained by notional taboos. However, strict
attention is paid to the fact that visionary concepts and strategies
are also always application-oriented and technically feasible. Thus,
the traditional disciplines of physics and engineering science inevitably
create the foundation for the development of sustainable
solutions.
8
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 9

10
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Vorwort des Vorstands
Foreword by the Directors
Prof. Dr. Mirko Hornung
Insa Ottensmann
Sehr geehrte Damen und Herren,
starke Netzwerke sind ein wesentliches Element erfolgreicher Wissenschaft.
Im wissenschaftlichen Austausch in akademischen
Netzwerken werden grundlegende Erkenntnisse geteilt, diskutiert
und weiterentwickelt. Im Austausch mit der Industrie können daraus
neue Produktideen und damit Innovationen entstehen. Forschungsnetzwerke
sind daher unerlässliche Elemente in der Weiterentwicklung
der Luftfahrt. Die Vernetzung von Wissenschaftlern
und Vertretern der Luftverkehrsindustrie war somit auch ein Schwerpunkt
des ersten internationalen Symposiums des Bauhaus Luftfahrt.
Mit 200 Vertretern aus acht Nationen wurden Themen von
der Batterietechnik über persönliche Mobilität bis hin zu fliegenden
Netzwerken diskutiert. Einen Teil der vorgestellten Ergebnisse
finden Sie auch in unserem Jahrbuch wieder, mit dem wir Ihnen
viel Freu de beim Durchstöbern und viele spannende Anreg ungen
wünsche.
Auch regional konnten die Kooperationen innerhalb der bayerischen
Luftfahrtlandschaft weiter ausgebaut werden, unter anderem
in Forschungsprojekten innerhalb von Munich Aerospace
und am Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn.
Am Bauhaus Luftfahrt konnten wir zum 1. August Herrn Dr.
Thomas Röhm begrüßen, der neben der Leitung des Fachbereichs
„Ökonomie und Verkehr“ auch die Position eines wissenschaftlichen
Koordinators übernahm. Mit dem Jahreswechsel 2013 / 14
wird das Bauhaus Luftfahrt auch wieder durch die gewohnte Doppelspitze
geführt. Als somit wieder „vollzähliger“ Vorstand freuen
wir uns gemeinsam mit dem gesamten Team des Bauhaus Luftfahrt
auf viele weitere „neue Wege“ in der Luftfahrt.
Dear Sir or Madam,
Strong networks are a key element of successful research. Within
the scientific community, basic findings are shared, discussed and
further developed in academic networks from which, in cooperation
with the industry, new product ideas and therefore innovations
may develop. Research networks are therefore indispensable
elements for the future development of aviation. Thus, the networking
of researchers and representatives from the aviation industry
has also been a focus of the first international symposium of
Bauhaus Luftfahrt. Together with 200 representatives from eight
nations, numerous topics from battery technology and personal
mobility up to flying communication networks have been actively
discussed. A selection of the presented results can also be found
in our yearbook, which we hope will once more provide for an interesting
read and fascinating inspirations.
On the regional level, the cooperation in the Bavarian aviation
network could be further extended, among others within research
projects of Munich Aerospace and on the Ludwig Bölkow
Campus in Ottobrunn.
On 1 August 2013 we welcomed Dr Thomas Röhm, who has
not only taken over the lead of our “Economics and Transportation”
team but will also act as general research coordinator within Bauhaus
Luftfahrt. With the turn of the year 2013 / 14 our organisation
successfully reconstituted its former leadership structure with two
executive directors. Together with our team we are looking forward
to many more “new ways” for aviation.
Ihr / Your
Prof. Dr. Mirko Hornung
Vorstand Wissenschaft und Technik /
Executive Director Research and Technology
Ihre / Your
Insa Ottensmann
Vorstand Finanzen und Organisation /
Executive Director Finance and Organisation
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 11

12
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 13

Neue Wege in der
Luftfahrt – drei
Forschungsschwerpunkte
New ways in aviation –
Three focus areas
1 Treiber der Luftfahrt
1 Drivers of aviation
Die Arbeiten am Bauhaus Luftfahrt
orientieren sich an den drei
wesentlichen Forschungsschwerpunkten:
Treiber der Luftfahrt,
innovative Lösungsansätze sowie
neue Methoden und Prozesse.
The research at Bauhaus Luftfahrt
is oriented along three main focus
areas: drivers of aviation, innovative
solutions, and new methods and
processes.
Unter den Treibern der Luftfahrt werden äußere Einflüsse wie die
sozialen und ökonomischen Randbedingungen des Luftverkehrs
verstanden, aber auch singuläre Technologien, die das Potenzial
eines radikalen Entwicklungsschritts in der Luftfahrt versprechen.
Dies sind zum Beispiel alternative Kraftstoffe, aber auch technologische
Fortschritte bei elektrischen Speichern.
Drivers of aviation represent movements in the external influences,
such as the social and economic developments affecting air transport,
as well as singular technologies indicating the potential for
radical development steps in aviation. For the latter, alternative
fuel solutions as well as technological developments in electrical
storage are only two examples.
14
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
2 Innovative Lösungsansätze
2 Innovative solutions
3 Methoden und Prozesse
3 Methods and processes
Die konzeptionelle Umsetzung und die Bewertung solch potenzialträchtiger
Technologien und Ansätze werden vom Bauhaus Luftfahrt
in integrierten Referenzkonzepten, zum Beispiel auf Flugzeugebene
oder in gesamten Lufttransportsystemen, durchgeführt. Ein
Beispiel für diese innovativen Lösungsansätze ist die integrierte
Bewertung neuer Antriebstechnologien in neuen Luftfahrzeugkonfigurationen.
Die Erkenntnisse in diesem Bereich bilden die Basis
für entsprechende Systembewertungen und Handlungsempfehlungen.
The transfer to system concepts and the evaluation of technologies
indicating such potential are carried out by Bauhaus Luftfahrt
through integrated reference concepts, for instance on the aircraft
or air transport system level. One example of such innovative solutions
is the integrated evaluation of novel propulsion concepts in
new aircraft designs. These innovative solutions provide the basis
for system performance evaluations and recommendations for
further actions.
Alternative Herangehensweisen an Fragestellungen der zukünftigen
Luftfahrt stehen im Fokus des Schwerpunktes „Neue Methoden
und Prozesse“. Neben neuartigen Ansätzen im Bereich des
Wissensmanagements stehen hier auch alternative Softwarekonzepte,
beispielsweise die Erstellung von Entwicklungswerkzeugen
auf Open-Source-Plattformen, im Mittelpunkt. Da neue technische
Konzepte neben fortschrittlichen Technologien zum Teil auch andere
Vorgehens- und Denkweisen in der Umsetzung erfordern, erprobt
das Bauhaus Luftfahrt zudem alternative Aufstellungen
seiner Teams, beispielsweise im Bereich der visionären Flugzeugkonzepte.
Novel approaches to the questions of future aviation are assessed
in the focus area “methods and processes”. Alongside new developments
in knowledge management, alternative software concepts
such as the implementation of new development tools
through the application of an open-source platform are also investigated.
As new technical concepts often also require, besides new
technologies, different methods of implementation, Bauhaus Luftfahrt
further develops novel team setups, for example in the visionary
aircraft concepts division.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 15

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Neue Wege durch die Treiber der Luftfahrt
New ways through the drivers of aviation
16
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 17

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
18
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Ökonomie und Verkehr: Mit intelligenter Vernetzung
den Engpässen zukünftiger Mobilität vorbeugen
Economics and Transportation: Mitigating future
mobility bottlenecks through intelligent networking
Sehr geehrte Damen und Herren,
Mit einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum zwischen
vier und fünf Prozent bis 2032 wird der globale Luftverkehr
aktuellen Prognosen zufolge auch in Zukunft schneller als
das weltweite Bruttoinlandsprodukt wachsen. Asien spielt
dabei zwar eine immer größere Rolle, jedoch wird auch für
Europa mit einer weiteren Zunahme gerechnet (zwischen drei
und vier Prozent jährlich). Dies stellt vor allem die Infrastruktur
vor größere Herausforderungen. So sind in Europa bereits
heute viele Drehkreuzflughäfen chronisch überlastet, was zu
erheblichen Verzögerungen führt.
Ein wichtiger Schlüssel liegt in der besseren Nutzung der
vorhandenen Infrastruktur, zum Beispiel durch die Verkürzung
der Standzeiten durch bessere Abstimmung von luft- und landseitigen
Abfertigungsprozessen. Passagierströme könnten mit
Hilfe mobiler Kommunikationstechnik und direktem Datenaustausch
zwischen Flughafen und Fluglinie wesentlich zuverlässiger
als bisher geleitet werden. Allerdings stehen solche neuen
Konzepte oft im Konflikt zu bestehenden Geschäftsmodellen
und Interessen. Es ist deshalb erforderlich, die bisherige strategische
Positionierung zu überdenken und zum Beispiel durch
eine verstärkte Kooperation zwischen Flughafen und Fluglinie
weiterzuentwickeln.
Die stärkere Integration in das Verkehrssystem birgt ebenfalls
großes Potenzial. Durch die gezielte Verlagerung auf Schiene
und Bus können Kapazitätsengpässe gemildert werden. Um
konkrete Ansatzpunkte identifizieren zu können, ist es erforderlich,
verschiedene Szenarien durchzuspielen.
Ich lade Sie herzlich dazu ein, mit uns gemeinsam an konkreten
Lösungen für zukünftige Mobilitätsanforderungen zu
arbeiten.
Dear Sir or Madam,
Global air travel is expected to grow at between four and five
percent annually until 2032 according to current forecasts
and hence faster than worldwide gross domestic product.
Asia will have growing importance, however European air
travel is expected to grow further as well (at between three
and four percent every year). This will put further pressure
especially on the infrastructure, as already today many European
hub airports are chronically overloaded, leading to considerable
delays.
A key factor is to make better use of the existing infrastructure,
for example by reducing ground handling time
through a better coordination of airside and landside processes.
Also, passenger flows could be managed more efficiently
using mobile communication technology and direct data exchange
between airports and airlines. Often such new concepts
are in conflict with existing business models and interests.
It is hence necessary to rethink the current strategic
positioning and develop new strategies to enhance the cooperation
between airport and airline.
Deeper integration into the traffic system also has great
potential. Capacity constraints can be relaxed by selectively
shifting air traffic to the rail and /or bus system. Testing different
scenarios is an established method to identify concrete
levers.
It is my pleasure to invite you to work together with us
on concrete solutions for future mobility needs.
Ihr / Your
Dr. Thomas Röhm
Leiter Ökonomie und Verkehr /
Head of Economics and Transportation
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 19

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Herausforderungen und
Entwicklungsperspektiven für
Drehkreuzflughäfen in Europa
Challenges and development
perspectives for European hub
airports
Europäische Drehkreuzflughäfen sehen sich einem zunehmenden
globalen Verkehrsvolumen und somit einer erhöhten Nachfrage bei
gleichzeitigen Kapazitätsengpässen gegenübergestellt. Dies führt
immer häufiger zu Flugverspätungen und langen Wartezeiten bei
der Abfertigung. Zugleich stehen Flughäfen stärker im Wettbewerb
zueinander, da Passagiere eine größere Auswahl an Airlines und
Flugverbindungen haben. Letzteres ist unter anderem auf schnell
wachsende Flughäfen im Nahen Osten zurückzuführen sowie auf
die Strategie der Fluggesellschaften, mehrere Knotenpunkte zu etablieren.
Analysen am Bauhaus Luftfahrt identifizierten mögliche Strategien
zur Begegnung dieser Herausforderungen durch eine stärkere
Zusammenarbeit von Flughäfen und Netzwerk­Airlines. Erste
Ergebnisse zeigen, dass eine engere Kooperation durchaus zur
Optimierung der luft­ und landseitigen Prozesse von Airlines führen
kann. Da Zeitersparnis ein wichtiges Entscheidungskriterium für
Passagiere ist, könnten zum Beispiel kürzere Umsteigezeiten die Wettbewerbsposition
beider Partner stärken und die Nachfrage erhöhen.
Flughäfen könnten zudem Synergieeffekte durch die Bildung
von Allianzen kreieren: Amsterdam Schiphol und Paris Charles de
Gaulle zum Beispiel sind bereits eine Kooperation eingegangen, um
zusätzliche Einnahmen und Kosteneinsparungen zu generieren. Zusätzlich
soll diese Zusammenarbeit das Netzwerk der Skyteam­Allianz
um Air France­KLM stärken. Weitere Forschung am Bauhaus
Luftfahrt wird sich mit den Auswirkungen des Wettbewerbs auf
die Preissetzung am Flughafen oder die zukünftige Netzwerkkonfiguration
von Airlines befassen.
European hub airports face continuously growing global traffic volumes
and at the same time capacity shortages, congestion and
delays. Competition for these airports has also become stronger as
passengers can choose from an increasing number of airlines, connections
and frequencies. Major airlines have adopted multi­hub
strategies to become less dependent on a single hub. New hubs
have been growing over the last years, especially in the Middle
East, taking an increasing share of global traffic flows.
Research at Bauhaus Luftfahrt identified possible strategies
to meet these challenges taking into account the strong linkage
between hub airports and network carriers. First results show that
more intensive cooperation can help them to make airline hub processes
such as the minimum connecting time faster and more efficient.
As passengers are eager to save time, shorter connecting
times can be a real competitive advantage and create additional
demand for the services of both the airport and the airline. Hub
airports can also strengthen their competitive position by cooperating
directly with each other: for example, Amsterdam Schiphol
and Paris Charles de Gaulle have recently formed an alliance to ge n­
erate cost and revenue synergies as well as to better support the
Skyteam airline alliance network of Air France­KLM. Further research
at Bauhaus Luftfahrt will evaluate the effects of increasing
airport competition on airport pricing strategies or airline network
configurations.
20
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Passengers
2012
(millions)
Airport
Growth (2012–2020)
Hub Carrier
(Alliance)
81
LHR
16%
British Airways
(oneworld)
45
70
70
80
61
MAD
56%
Iberia
(oneworld)
67
CDG
31%
Air France
(SkyTeam)
AMS
31%
KLM
(SkyTeam)
51 57
22
38
30
FRA
58 %
Lufthansa
(Star Alliance)
MUC
47 %
Lufthansa
(Star Alliance)
ZRH
36%
Swiss
(Star Alliance)
37
90
56
56
FCO
56%
Alitalia
(SkyTeam)
150
35
New Istanbul Airport
projected 2020–2025
Turkish Airlines
(Star Alliance)
48
Estimated passengers
for future airport
projects in millions
IST
37%
Turkish Airlines
(Star Alliance)
Expected
passengers 2020
in millions
Dubai Al Maktoum
International Airport
projected 2020
Emirates
160
90
DXB
58 %
Emirates
50
DOH
138 %
Qatar Airways
(oneworld)
21
32
14
57
AUH
129 %
Etihad Airways
Vergleich der Passagierzahlen und Wachstumsraten
großer Verkehrsflughäfen in Europa und
im Nahen Osten einschließlich ausgewählter
Projekte für zukünftige Airports: Das Bauhaus
Luftfahrt untersuchte das Ausmaß des Wettbewerbs
zwischen Drehkreuzflughäfen und konnte potenzielle
Strategien aufzeigen, mit denen möglichen Herausforderungen
begegnet werden kann. Dazu zählt beispielsweise
eine stärkere Zusammenarbeit zwischen
Flughäfen und den an ihnen beheimateten Netzwerk­
Airlines oder Allianzen.
Comparison of passenger volumes and growth
rates at major European and Middle Eastern hub
airports including selected future airport projects:
Research at Bauhaus Luftfahrt evaluated the extent
of competition between hub airports and outlined
possible strategies to meet arising challenges, such
as a stronger cooperation between airports and their
resident network carriers or airline alliances.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 21

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Anforderungen an Konzepte
für personalisierte Mobilität im
Luftverkehr des Jahres 2050
Requirements for concepts
of personalised mobility in air
transport of the year 2050
Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme der Technischen
Universität München und Airbus hat das Bauhaus Luftfahrt
im Jahr 2013 eine Szenariostudie zum Thema „Personalisierter
Luftverkehr“ durchgeführt. Unter Anleitung erfahrener Experten
bün delten die teilnehmenden Studenten verschiedene Ausprägungen
politischer, technologischer, gesellschaftlicher und ökologischer
Faktoren in drei unterschiedlichen Szenarien. Daraus entwickelten
sie Anforderungen an zukünftige Mobilitätskonzepte für
einen komfortableren Transport.
In einem der Szenarien wird der Verkehr stärker durch den
Staat reguliert. Die öffentliche Infrastruktur entwickelt sich über
Stadtgrenzen hinaus zu einem eng verknüpften, standardisierten
Verkehrsnetz. Die Bevölkerung akzeptiert dies, da neue automatisierte
technische Systeme effiziente Verkehrsflüsse ermöglichen.
Ausgehend von diesen Rahmenbedingungen entwickelten die Studenten
ein neues Mobilitätskonzept auf Basis eines neuartigen
Kabinenmodules. Dies könnte über standardisierte Schnittstellen
in sämtliche Verkehrsmittel implementiert werden. Die Passagiere
sparen sich das Umsteigen, kommen schneller am Reiseziel an und
können die Reisezeit freier nutzen. Durch eine arbeitsplatz ähnliche
und besonders komfortable Ausstattung der Kabine kann das Angebot
an die persönlichen Bedürfnisse verschiedener Zielgruppen
angepasst werden. Auf dieser Grundlage sollen zukünf tige Mo bi ­
li tätslösungen weiter konkretisiert und detailliert ausgearbeitet
werden.
Together with the Institute of Aircraft Design at Technische Universität
München and Airbus, Bauhaus Luftfahrt carried out a
scenario study on the topic “personalised mobility” in 2013. Under
guidance from experts, participating students bundled different
characteristics of political, technological, social and environmen tal
factors into three different scenarios. This allowed them to derive
important requirements for future mobility concepts and develop
solutions for comfortable transportation.
One of the scenarios is characterised by increasing polit i cal
regulation. The public infrastructure extends well beyond existing
city boundaries and emerges to a closely connected, standardised
transport network. The new system is accepted by the public as
automated, technical systems enable efficient traffic flows. Based
on this framework the students developed a new mobility concept
envisioning innovative cabin modules. Through standardised interfaces,
this could be implemented into various means of transport.
Passengers economise transfer processes, reach their destination
in a shorter period of time and are able to utilise the entire travel
time more freely. A particularly convenient cabin configuration that
resembles a work place enables a transport service supply according
to the personal needs of diverse target groups. On this basis,
new solutions for mobility shall be substantiated and further developed.
Mögliche Mobilitätskonzepte, die von den Studenten aus den verschiedenen
Anforderungen der drei Szenarien zu personalisierter Mobilität entwickelt
wurden: Mit solchen Konzepten könnte der Transport für die gesamte Bevölkerung
effizienter abgewickelt werden. Außerdem würden die individuellen Bedürfnisse
der Passagiere stärker berücksichtigt.
Possible mobility concepts that have been developed of the students in regard
to the different requirements of the three scenarios to personalised
mobility: Using such concepts, transportation could increase its efficiency for the
entire population. Moreover, individual needs of the passengers could be incorporated
and better fulfilled.
22
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Ground vehicle
Ground vehicle
Coupled ground vehicles
Ground vehicle
Large cabin (public terminals)
Small cabin (public terminals)
Mid-sized cabin (public terminals)
Wealthy individuals
with their own cabin
Category “Fly now or fly always” “The moving seat” “Individual travel cabin”
Device
Operation
Customer
group
> Small autonomous vertical take-off aircraft
> Capacity of three passengers
> Flight as well as in-flight docking procedures
between vehicle and carrier fully automated
> Long-haul journeys performed by almost
endless flying carrier vehicles
> Premium customers: vehicle is own property,
additional features
> Low-budget customers: standardised vehicle
rented at short notice
> Customisable, individual moving seat
> Capacity of one passenger
> Worldwide standardised magnetic levitation
rail system ensuring automated seat shifting
within and between transport modes
> Automated, nearly endlessly flying long-haul
air vehicles, optimised for long distances
> High degree of customisation flexibility for
fulfilment of diverse customer groups’ needs
> Flight check-in performable on seat, additional
flight requests bookable (such as
inflight entertainment or meals)
> Standardised travel cabin with customisable
interior
> Capacity of one up to 60 passengers
> Frame system supersedes former transfer
processes between modes and passenger
spends entire journey in cabin
> Modularity of cabin enables interconnection
of all transport modes into one global
network
> Age-appropriate manageability of transportation
solution
> Travel distance and preferred travel time
dictate choice of transportation mode
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 23

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Das Luftverkehrssystem im
Jahr 2050: Ein reibungsloses
Passagiererlebnis
The air transport system
in 2050: Towards a seamless
passenger experience
Die steigende Passagiernachfrage, eine zunehmende Urbanisierung
und breit gefächerte Passagierbedürfnisse erhöhen bereits
heute den Druck auf die Transportsysteme. Da deren Kapazität und
Infrastruktur jedoch nicht einfach erweitert werden können, analysierte
das Bauhaus Luftfahrt im Jahr 2013, wie bestehende Strukturen
effizienter genutzt werden können, um eine problemlose und
komfortable Reise für die Passagiere zu ermöglichen.
Diese sehen sich Unterbrechungen und Verspätungen besonders
häufig ausgesetzt, wenn sie zwischen verschiedenen Verkehrsmitteln
wechseln müssen. Um Passagieren stattdessen ein durchgängig
angenehmes Reiseerlebnis zu bieten, untersuchte das Bauhaus
Luftfahrt gezielt Schnittstellen und mögliche Kooperationen
zwischen verschiedenen Verkehrsträgern und analysierte die Auswirkungen
auf heutige Geschäftsmodelle. Erste Erkenntnisse deuten
bereits an, dass sich Effizienzgewinne für Reisende und andere
Interessengruppen im Transportsystem durchaus realisieren ließen,
indem modulare Transportprozesse angepasst und relevante Daten,
beispielsweise zu Passagierströmen und ­ präferenzen, über die gesamte
Transportkette hinweg verfügbar gemacht werden. Die involvierten
Parteien würden sich somit die Verantwortung für den
Transportprozess teilen und Passagiere hätten einen einzigen Bezugspunkt
über die ganze Reise hinweg. Da dieser Ansatz aber auch
bestehende Geschäftsmodelle der verschiedenen Anbieter obsolet
machen kann, will das Bauhaus Luftfahrt zukünftig weitere Studien
durchführen, um Anreize für eine proaktive Beteiligung der Verkehrsdienstleister
zu identifizieren und somit zu einem nahtlosen
zukünftigen Transportsystem beizutragen.
Growing demand, continued urbanisation and diversified personal
needs already put additional strain on existing transportation systems.
As capacity and infrastructure cannot easily be expanded,
Bauhaus Luftfahrt in 2013 investigated possibilities for efficiency
improvements in existing systems in order to enable a hassle­free
and comfortable journey for travellers.
Such travellers often face disruptions and delays particularly
when changing between different modes of transport. In order to
provide passengers with a seamless and enjoyable travel experience
instead, Bauhaus Luftfahrt analysed areas for possible cooperation
between different modes and identified the effects on today’s
business models. First results indicated that efficiency gains
could be achieved not only for the passenger but also for stakeholders
across the transport system if the modular transport process
was aligned and relevant data, for example on passenger
flows and preferences, shared across stakeholders. The latter
there fore would have to share responsibilities to a larger degree in
order to provide a single point of contact for passengers throughout
their entire journey. As such changes would also have the potential
to undermine current business models, Bauhaus Luftfahrt
plans to conduct additional studies in order to identify incentives
for the proactive engagement of stakeholders to create a truly interconnected
future transport system.
24
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
–
Uncoordinated responsibilities
Possible connection problems
Stressed passenger
Ground transportation
Stay at airport
Flight
Stay at
airport
Ground transportation
+
Responsibility of a single entity
Guarantee to reach the destination
Relaxed passenger
Beispielhafte Darstellungen eines Reisevorgangs mit mehreren Verkehrsträgern:
Die obere Grafik stellt den heutigen Status quo dar, bei dem der Passagier
sämtliche von ihm genutzten Reisemittel unabhängig voneinander bucht, was ihn
unkoordinierten Verantwortlichkeiten und möglichen Anschlussproblemen aussetzt.
Die untere Grafik zeigt eine stärkere Vernetzung der Verkehrsträger, wie sie vom Bauhaus
Luftfahrt untersucht wurde. Hier liegt die Verantwortung des gesamten Reiseverlaufs
bei einer einzelnen übergeordneten Instanz, die den Reisenden auch im
Falle von verpassten Anschlüssen an sein Ziel befördern muss.
Exemplary depiction of a one­stop journey with several different modes of
transport: The image on top depicts today’s status quo in which all means of transportation
have to be booked separately, leaving the passenger with uncoordinated
responsibilities and possible connection problems. The image at the bottom sketches
a stronger cooperation between different transport modes as analysed by Bauhaus
Luftfahrt. Therein, a single entity bears all responsibility for the entire jour ney
and hence has to guarantee that the passenger reaches his destination even when
a connection is missed.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 25

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Strahlungsabschirmung im
Luftverkehr: Nanomaterialien
und Synergieeffekte für
Wasserstoff-Flugzeuge
Radiation shielding in
air traffic: Nanomaterials
and synergy effects from
cryoplane technology
Seit 2011 stellt das Bauhaus Luftfahrt gegenwärtige Trends im
Flugverkehr, wie die zunehmende Nutzung von Polarrouten und
größere Flughöhen, der damit einhergehenden kosmischen Strahlenbelastung
gegenüber und forscht an Möglichkeiten zur Abschirmung
von Flugpersonal, Passagieren und Bordelektronik. Im Jahr
2013 befassten sich die Wissenschaftler speziell mit der Entwicklung
von Strahlenschutzkonzepten gegen kosmische Neutronen,
von denen die größte Gesundheitsbedrohung und Anfälligkeit für
Avionikausfälle ausgeht.
Zur Abschirmung gegen Neutronen kommen leichte Verbundwerkstoffe
auf Polymer-Basis in Frage, die Teilcheneinschlüsse mit
absorbierenden Eigenschaften aufweisen, üblicherweise mit Größen
im Mikrometer-Bereich. Das Bauhaus Luftfahrt hat jedoch gezeigt,
dass, in Relation zur Materialdichte, eine optimale Abschirmung
erst dann auftritt, sobald die Größe dieser Einschlüsse in den
Nanometerbereich fällt. Solche Nanoverbundwerkstoffe könnten
zum Beispiel als millimeterdicke Schichten oder Schäume auf die
Kabinendecke aufgetragen werden.
Darüber hinaus konnte das Bauhaus Luftfahrt zeigen, dass
flüs siger Wasserstoff als alternativer Langzeitkraftstoff den weiteren
Vorteil aufweist, durch seine Tieftemperaturtanks hindurchtretende
hochenergetische Neutronen stark abzubremsen, bevor sie ins Kabineninnere
gelangen. Die daraus resultierende Reduktion ihrer gesundheitsschädlichen
Wirkung, optimierbar durch den zusätzlichen
Einsatz von Nanomaterialien, ergäbe ein signifikantes Potenzial für
gleichzeitig strahlungsarmes und nachhaltiges Fliegen.
Since 2011, Bauhaus Luftfahrt confronts ongoing trends in air traffic,
such as growing polar route frequencies and flight altitudes
with risks arising from cosmic radiation, and searches for radiation
shielding solutions for air crew, passengers and avionics. In 2013,
the focus was placed on the development of radiation protection
concepts against cosmic neutrons, from which the dominant hazard
to humans and risk of avionic failures arises.
Candidate materials for lightweight neutron protection include
composite materials with a polymeric phase featuring neutron-absorbing
particle inclusions, traditionally of micrometre size.
Bauhaus Luftfahrt has, however, shown that optimised shielding at
minimal weight penalty emerges as soon as the size of the inclusions
reduces to the nanometre range. Such nanocomposites could
be applied as millimetre-thin films, foams or pastes to the ceiling of
an aircraft’s cabin interior.
Moreover, Bauhaus Luftfahrt could demonstrate that liquid
hydrogen as a long-term fuel alternative exhibits the co-benefit of
effectively slowing down highly energetic neutrons when they pass
through the cryogenic fuel tanks before entering the cabin interior.
The associated reduction of their harmful effect, optimised by the
combined use of nanomaterials, would result in a significant potential
for sustainable air traffic growth at low radiation levels.
26
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
X cm2
g
Mass attenuation coefficient
6
5
4
3
2
1
Der Massenabschwächungskoeffizient X eines
Materials als Metrik für das Abschirmvermögen
in Relation zum Gewicht: Anhand von
drei Polymerverbundwerkstoffen wird dargestellt,
dass ihre Fähigkeit, Neutronen abzuschwächen,
auf ein konstantes Maximum hinausläuft, sobald
die Größe ihrer absorbierenden Teilcheneinschlüsse
in den Nanometer-Bereich (nm) fällt
(Einschlussradius R < 10 3 nm). Außerdem steigt
die Abschwächungsfähigkeit mit der Konzentration
der Einschlüsse, in diesem Fall aus Bornitrid-
Teilchen (BN). Die rote Linie entspricht einer
dreiprozentigen und die orangefarbene Linie einer
fünfprozentigen BN-Konzentration. Die blaue
Linie zeigt eine fünfprozentige BN-Konzentration,
in der die Einschlüsse mit einem bestimmten
Bor-Isotop angereichert wurden.
10 0
10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6
Radius of absorbing particle inclusions R [nm]
The mass attenuation coefficient X of a material
as metric for the shielding efficiency in
relation to weight: For three polymer composites
the mass attenuation coefficient reaches a
constant maximum as soon as the radius of the
neutron-absorbing particle inclusions enters the
nanometre (nm) range (radius R

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Nachhaltige Leichtbaumate
rialien für die Luftfahrt:
Erneuerbare Faserverbundwerkstoffe
Sustainable lightweight
materials for aviation:
Renewable fibre composites
Leichtbau ist eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg eines
Flugzeugkonzeptes, da ein geringes Gewicht den Kraftstoffverbrauch
reduziert und sich somit positiv auf die Betriebskosten
auswirkt. Um den steigenden Bedarf an Leichtbaumaterialien aus
Faserverbundwerkstoffen zu decken, werden große Mengen von
Aus gangschemikalien wie Acrylnitril und Epoxid­Harzen benötigt,
die derzeit noch überwiegend aus fossilen Rohstoffen gewonnen
werden.
Auf der Suche nach einer nachhaltigen Alternative hat das
Bauhaus Luftfahrt im Jahr 2013 unter anderem Naturfasern sowie
Lignin­ und Zellulose­basierte Karbonfasern untersucht, wie sie im
Automobilbau diskutiert werden. Die Bewertung dieser Werkstoffe
hat jedoch gezeigt, dass ihre Anwendung in lasttragenden Strukturkomponenten
aufgrund mangelnder Zuverlässigkeit und geringer
mechanischer Belastbarkeit kaum in Frage kommt.
Um erneuerbare Faserverbundwerkstoffe mit uneingeschränkter
Tauglichkeit für die Luftfahrt identifizieren zu können,
hat das Bauhaus Luftfahrt die sogenannte „loom­in“­Fähigkeit als
neues Kriterium erkannt und definiert. Analog zu „drop­in“ ­fähigen
Kraftstoffen haben „loom­in“­fähige Fasern die gleichen Ei genschaften
wie ihre konventionell hergestellten Alternativen und
könnten somit identisch eingesetzt oder weiterverarbeitet werden.
Als ein erstes Beispiel dafür hat das Bauhaus Luftfahrt bereits Karbonfasern
aus nachhaltig hergestelltem Acrylnitril identifizieren
können. Weitere neuartige Produktionspfade sollen folgen, um
auch ihre Produkte hinsichtlich der Eignung für die Luftfahrt zu
bewerten.
Lightweight design is an essential requirement for the success of
an aircraft concept, as a lower weight reduces fuel burn and leads
to an improved operating cost base. To cope with the increasing
demand for lightweight fibre composite materials, large amounts
of required precursor chemicals like acrylonitrile and epoxy­resin
are required. Today, these are predominantly extracted from fossil
feedstock.
Looking for a renewable solution, Bauhaus Luftfahrt in 2013
conducted research on natural fibres as well as lignin­ and cellulose­based
carbon fibres, which are already discussed for automotive
applications. However, an assessment of these materials
showed that an application in load­bearing components barely
comes into consideration due to their lack of reliability and their
low mechanical resilience.
To identify renewable fibre composites with uncompromised
suitability for aeronautic applications, Bauhaus Luftfahrt has identified
and defined the so­called “loom­in”capability as a new attribute.
In analogy to the “drop­in” capability of alternative fuels,
“loom­in”­capable fibres have similar properties as their fossil predecessors
and could therefore be used or processed in an identical
way. As a first example of such a “loom­in” solution, the researchers
have identified a carbon fibre produced from sustainable acrylonitrile.
In order to assess even more alternative fibre composites in
regard to their suitability for aviation, Bauhaus Luftfahrt will conduct
analyses on further renewable production pathways in the
future.
28
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Biomass
CO 2
H 2
O
Biomass
Glycerine
Photosynthesis
Biomass Syngas Propene Acrylonitrile Polyacrylonitrile Carbon fibres
CO 2
H 2
O
Syngas Propene Acrylonitrile Polyacrylonitrile Carbon fibres
Thermochemistry
Mögliche Pfade zur Herstellung sogenannter „loom­in“­fähiger Karbonfasern
aus erneuerbaren Ressourcen: Im oberen Beispiel wird Biomasse über verschiedene
Pfade zu Ausgangschemikalien für erneuerbare Karbonfasern umgewandelt.
Im unteren Pfad wird die Möglichkeit dargestellt, Kohlendioxid (CO 2
) und Wasser
(H 2
O) in einem solar­thermochemischen Prozess zur Herstellung der Ausgangschemikalien
für Karbonfasern zu nutzen.
Possible pathways towards the production of so­called “loom­in”­capable
carbon fibres from renewable resources: In the example at the top, biomass is
processed via different pathways into precursor chemicals for renewable carbon
fibres. The second example depicts the possibility of directly using carbon dioxide
(CO 2
) and water (H 2
O) as resources in a solar thermochemical process for the production
of precursor chemicals.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 29

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Untersuchung einer
Strukturüberwachung für
formadaptive Systeme
Exploration of structural
health monitoring for active
compliant systems
Mit seiner Konzeptstudie Ce­Liner aus dem Jahr 2012 hat das Bauhaus
Luftfahrt gezeigt, dass ein vollelektrischer Antrieb auch drastische
Änderungen in der Flugzeugstrukturauslegung nach sich
zieht. Teile des C­Flügels der Studie beinhalten zum Beispiel Ideen
zur Nutzung stärker ausgeprägter Formadaptivität (Englisch: active
compliant systems, kurz: ACS), dem sogenannten „Morphing“. Im
Jahr 2013 hat das Bauhaus Luftfahrt in weiterführenden Forschungsarbeiten
erstmals mögliche Synergien zwischen dem formadaptiven
oberen Flügel des Ce­Liners und sogenannten Strukturüberwachungssystemen
(Englisch: structural health monitoring,
kurz: SHM) untersucht.
Die große Materialvielfalt eines „morphenden“ Flügelsystems
machte die Auswahl geeigneter Sensorik zur Überwachung
des Flügels nicht einfach. Die Flügelholme bestehen beispielsweise
aus Karbonfaser­verstärktem Kunststoff, die Rippen aus Alu minium
und die Flügelhaut aus verstärktem Elastomermaterial. Aus einem
umfangreichen Katalog an Kandidatentechnologien wählten die
Wissenschaftler deshalb für jede Komponente des ACS den aussichtsreichsten
Sensortyp aus, indem Auflösungsvermögen und
Ma terialeigenschaften miteinander abgeglichen wurden. Mit der
so erhaltenen Kombination moderner photonik­ und elektronikba ­
sier ter Sensoren soll nicht nur das korrekte Morphing­Verhalten sichergestellt
werden, sondern es sollen auch mögliche Beschädigungen
und Materialermüdung zuverlässig überwacht werden. Neben
einer be darfsgerechten Planung von Wartungsarbeiten kön ­
nen dank SHM bereits in der Entwurfsphase Verbesserungen der
Struktureffi zienz implementiert werden.
Bauhaus Luftfahrt’s 2012 pre­concept study Ce­Liner highlighted
that a fully electric propulsion system could incur dramatic changes
in aircraft structural design. Parts of the study’s characteristic C­wing
for example envisaged the application of active compliant systems
(ACS), often referred to as “morphing” devices. In a follow­up study
conducted in 2013, Bauhaus Luftfahrt for the first time explored the
potential for synergy between such “morphing” capabilities, installed
in the top part of the Ce­Liner’s wing, and so­called Structural Health
Monitoring (SHM).
The diversity of materials employed in the “morphing” system
posed challenges for the identification of suitable sensor technologies
to monitor the wing structure. The wing’s spars, for example,
are made of carbon­fibre­reinforced plastics, while trusses are made
of aluminium and the flexible skin consists of reinforced elastomeric
materials. From an extensive pool of candidate technologies, the
researchers then selected the most promising sensor type for each
component of the ACS by matching sensitivity ranges with material
properties. The resulting astute combination of modern photonic
and electronic sensor technologies is expected to not only ensure
the correct movement of the “morphing” system, but should also
reliably monitor structural integrity and possible material degradation.
Apart from a tailored maintenance planning during operation,
such a system could enable aircraft designers to implement further
improvements in structural efficiency already at the design stage.
30
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Carbon-fibre-reinforced plastic (CFRP) leading edge and spars
Optical fibre
“Smart skin”
Sensorsysteme für den „morphenden“ oberen Flügel des Ce­Liner­Konzeptes:
Optische Fasern (dunkelblau) messen Belastungen entlang der Holme des oberen
Flügels durch Veränderung ihrer lichtleitenden Eigenschaften. Die „Smart Skin“
(orange), eine flexible Haut mit verstärkenden, elektrisch leitfähigen Karbon­Nanoröhrchen,
kann Spannung und Druck an der Flügeloberfläche über Veränderungen
im elektrischen Widerstand feststellen.
Sensing systems for the Ce­Liner’s “morphing” top wing: Optical fibres (dark
blue) measure strain incurred in the top wing’s spars through changes in their refractive
properties. The elastomeric “smart skin” (orange) with embedded carbon
nanotubes can detect strain and pressure via the formation of parallel conductive
channels with variations in electrical resistance.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 31

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Quantifizierung des
globalen Bioenergiepotenzials:
Jatropha curcas und
Plantagenholz
Quantification of the
global bioenergy potential:
Jatropha curcas and
short-rotation coppices
Das Bauhaus Luftfahrt erforscht das weltweite Potenzial biogener
Kraftstoffe, unter anderem für den Luftverkehr. Dafür werden die
physikalischen Grenzen der Biomasseproduktivität auf Basis georeferenzierter,
also auf der Erdoberfläche eindeutig lokalisierter Informationen
in der höchsten Detailgenauigkeit und unter Berücksichtigung
strenger Nachhaltigkeitskriterien analysiert. Bereits im
Jahr 2012 wurde berechnet, dass weltweit 1,36 Milliarden Hektar
zur Kultivierung von Biomasse für die Kraftstoffproduktion verwendet
werden könnten.
Im Jahr 2013 wurde dieser einmalige Ansatz erstmals vollständig
zur Anwendung gebracht, und zwar für die strauchartige
Öl pflanze Jatropha curcas und für Plantagenholz. Dazu mussten
die Standortbedingungen der potenziell verfügbaren Oberflächen
mit den Anforderungen der ausgewählten Energiepflanzen abgeglichen
werden. Mit Hilfe einer Ertragsmodellierung ist es dem
Bauhaus Luftfahrt anschließend gelungen, hochaufgelöste Produktivitätskartierungen
zu erstellen und daraus das globale Biomasseund
Biokraftstoffpotenzial zu bestimmen.
Demnach könnten weltweit jährlich 295 Millionen Tonnen
(Mt) synthetischen Kerosins aus Jatrophaöl und 3.730 Mt aus Plantagenholz
generiert werden. Diese hohen theoretischen Potenziale
bilden jedoch keineswegs die reale Verfügbarkeit von Biokerosin
ab. Für deren Quantifizierung müssen auch realökonomische Aspekte,
wie Produktionsverluste, Konkurrenznutzung von Rohstoffen
oder schwankende Preise, berücksichtigt werden. Entsprechende
Arbeiten werden im Fokus weiterer Forschungsaktivitäten am Bauhaus
Luftfahrt stehen.
Bauhaus Luftfahrt is investigating the global potential of biogenic
fuels with special focus on air transport. Therefore, the physical
limits of biomass productivity are analysed on the basis of spatially
explicit data with the highest level of detail and under considera
tion of strict sustainability criteria. It was calculated in 2012 already
that globally 1.36 billion hectares could be used to culti vate
biomass for fuel production.
As of 2013, this unique approach was fully implemented for
the first time, namely for the perennial shrubby oil-bearing plant
Jatropha curcas and for short-rotation coppice (SRC). In order to
do that, the habitat conditions of the potentially available surfaces
had to be matched with the requirements of the selected energy
crops. Subsequently, Bauhaus Luftfahrt was able to compile
high-resolution productivity maps by means of crop-productivity
modeling and, on this basis, to quantify the global biomass and
biofuel potential.
Accordingly, 295 million tonnes (Mt) of synthetic jet fuel could
be produced globally and annually from Jatropha curcas and 3,730
Mt from SRC. However, these high theoretical potentials do not
reflect the real availability of aviation biofuel. For quantifying the
latter, additional real-economy aspects need to be taken into account,
such as production losses, competition for feedstock or impact
on price development. Corresponding efforts represent an
important part of ongoing and future research activities at Bauhaus
Luftfahrt.
32
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Globale Anbaugebiete der Ölpflanze Jatropha curcas (Ausschnitt): Das Bauhaus Luftfahrt hat ein wissenschaftliches
Energiepflanzen-Kompendium zusammengestellt, aus dem für insgesamt 25 global relevante Pflanzen
hochaufgelöste Ertragskartierungen (obere Grafik) erstellt werden können. Diese werden digital mit den in
den vergangenen Jahren am Bauhaus Luftfahrt ermittelten verfügbaren landwirtschaftlichen Flächen auf der
Erde abgeglichen. Das Resultat stellt eine Aussage darüber dar, welcher Pflanzenertrag auf einer bestimmten
potenziell verfügbaren Oberfläche erzielt werden könnte (untere Grafik).
Global production areas of the oil-bearing plant Jatropha curcas (map extract): Bauhaus Luftfahrt has
compiled a scientific compendium of energy plants from which high-resolution productivity maps (top image)
can be derived for 25 globally relevant energy crops. The productivity maps are digitally matched with the available
agricultural land on Earth, which Bauhaus Luftfahrt has already identified in recent years. The outcome
represents detailed information regarding the crop productivity that could be yielded on a certain potentially
available surface (bottom image).
Jatropha productivity in kilograms of seeds per hectare
and year (Source: Trabucco et al., 2010, ArcGIS 9,
GCS WGS 1984)
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
5,000
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 33

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Kerosin aus Algen:
Lebenszyklusanalyse und
wirtschaftliche Machbarkeit
Jet fuel from algae:
Life cycle analysis and
economic feasibility
Algen gehören zu den faszinierendsten Rohstoffen für alternative
Kraftstoffe, da sie im Vergleich zu Landpflanzen große Mengen Biomasse
in sehr kurzer Zeit produzieren können. In der Natur tritt
diese Eigenschaft bei Algenblüten eindrucksvoll zu Tage. Der hohen
Biomasseproduktivität steht jedoch ein hoher technischer Aufwand
bei der Kultivierung und Verarbeitung der Algen gegenüber.
In Analysen muss daher sowohl die ökologische als auch die ökonomische
Tragfähigkeit einer algenbasierten Kraftstoffproduktion
kritisch betrachtet werden.
Das Bauhaus Luftfahrt bestimmt die Nachhaltigkeit der Produktion
von Kraftstoff aus Algen mit Hilfe der Methode der Ökobilanzierung.
Ein Ergebnis dieser Methode ist der sogenannte
C O 2
­Fußabdruck. Dieser gibt Auskunft darüber, welche Menge
klima schädlicher Treibhausgase im Zuge von Kraftstoffproduktion
und ­verbrennung freigesetzt wird. Die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffs
wird von den Wissenschaftlern durch die Abschätzung der
Herstellungskosten ermittelt, zum Beispiel mit Hilfe statistischer
Kostenmodelle von Produktionsanlagen.
Durch den kombinierten Einsatz der ökologischen und ökonomischen
Bilanzierungsmethoden konnte das Bauhaus Luftfahrt
kritische Aspekte entlang der gesamten Prozesskette identifizieren.
Einen solchen Aspekt stellen die großen Wassermengen dar,
die während der Kultivierung und Verarbeitung der Algen bewegt
werden müssen. Ein intelligentes Wassermanagement ist daher
Voraussetzung, um die benötigte Pumpenergie zu minimieren und
die Kraftstoffproduktion aus Algen nachhaltig zu gestalten.
Algae belong to the most fascinating feedstock for alternative
fuels. One major advantage in comparison to land­based crops is
their ability to produce large amounts of biomass within a short
time frame, as naturally occurring algae blooms have impressively
demonstrated. However, besides the fact that algae show high biomass
productivity, their cultivation and processing is highly complex.
Therefore, both the economic and ecological viability of algaebased
fuel production requires critical analysis.
Bauhaus Luftfahrt evaluates the sustainability of algae fuel
production using the Life Cycle Assessment method. One important
result of this method is the so­called carbon footprint. This footprint
is an indicator for the amount of harmful greenhouse gases that are
released into the atmosphere during the production and subsequent
usage of the fuel. The economic viability of the fuel is determined
by its production costs. In order to quantify these costs along
the entire production chain, Bauhaus Luftfahrt applies for instance
statistic cost models of production facilities.
By combining both ecological and economic analyses Bauhaus
Luftfahrt identifies the critical aspects in the production chain.
One such aspect is related to the large quantities of water that have
to be moved through the cultivation system. Intelligent water management
is therefore a fundamental requirement in order to minimise
the energy input and to develop sustainable fuel production
from algae.
34
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Conventional energy
Carbon dioxide
Water
Nutrients
Algae cultivation Harvesting Conversion Jet fuel
Carbon dioxide
Water
By-products
Well-to-tank
Tank-to-wake
Well-to-wake
Vereinfachte Darstellung des Herstellungsprozesses und der Nutzung von
algenbasiertem Biokerosin unter Berücksichtigung der wesentlichen Stoffund
Energieströme: In seinen Analysen muss das Bauhaus Luftfahrt sowohl die
ökologische als auch die ökonomische Tragfähigkeit einer algenbasierten Kraftstoffproduktion
detailliert und kritisch betrachten. Im Hintergrund ist ein Satellitenbild
des Atlantiks zwischen Großbritannien und Frankreich zu sehen, auf dem die türkisfarbenen
Schlieren großflächige Algenteppiche darstellen. Aufgrund ihrer Eigenschaft,
sich unter bestimmten Bedingungen in kurzer Zeit rapide zu vermehren, sind
Algen auch für die Produktion von Biomasse zur Kraftstoffgewinnung interessant.
Illustration of the production process as well as the usage of algae­based
bio­kerosene under consideration of the most important mass and energy
flows: Within this complex system, Bauhaus Luftfahrt has to conduct critical analyses
of both the economic and ecological viability of algae­based fuel. In the background:
A satellite image showing the Atlantic Ocean between the United Kingdom
and France, in which the turquoise striations display an extremely large algae
bloom. Due to their ability to produce large amounts of biomass in a very short time
frame, algae have more and more come into the focus of fuel production.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 35

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Perspektiven für eine
umfangreiche Versorgung
mit „solaren“ Kraftstoffen
Perspectives for a
large­scale supply with
“solar” fuels
Solare Kraftstoffe versprechen durch effiziente Umwandlung von
Sonnenenergie eine beinahe unbegrenzte Kraftstoffversorgung.
Das Bauhaus Luftfahrt untersucht daher verschiedene solare
Kraftstoffpfade mit besonderem Schwerpunkt auf solar­thermochemischem
Kerosin.
Das Hauptargument für solare Kraftstoffe ist ihr enormes Ressourcenpotenzial.
Die Analyse des Bauhaus Luftfahrt bestätigte,
dass ein kleiner Anteil der weltweiten Wüstenfläche für die Versorgung
der Luftfahrt ausreichen würde. Für den solar­thermochemischen
Pfad ergibt sich ein moderater Wasserbedarf für Kraftstoffsynthese
und Reinigung des Spiegelfelds. Selbst wenn entsalztes
Meerwasser per Pipeline bezogen wird, bleibt der Einfluss auf das
Energie­ und Kostenbudget geringfügig. Deutlich aufwändiger ist
die Versorgung mit Kohlendioxid (CO 2
) zur Erzeugung „drop­in“­fähiger
Kohlenwasserstoffe. In den benötigten Mengen steht CO 2
nicht als Abfallprodukt zur Verfügung. Pilotanlagen zur CO 2
­Extraktion
aus der Luft deuten auf einen signifikanten Energie­ und Kostenaufwand
hin, der aber kein Ausschlusskriterium darstellt.
Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse identifizierte den solaren
Um wandlungswirkungsgrad sowie die Kosten einer nachhaltigen
CO 2
­Versorgung als Schlüsselfaktoren im Wettbewerb mit fossilen
und Biomasse­basierten Kraftstoffen. Um die erwarteten Investitionskosten
für das Spiegelfeld zu amortisieren, leitet das Bauhaus
Luftfahrt für den Umwandlungswirkungsgrad einen Zielwert von
etwas mehr als zehn Prozent ab, der aus thermodynamischer Sicht
mit solar­thermochemischen Prozessen erreichbar erscheint.
Solar fuels promise a virtually unlimited fuel supply enabled by efficient
conversion of sunlight. Bauhaus Luftfahrt investigates several
solar fuel options with a research focus on solar­thermochemical
kerosene.
The principal argument for solar fuels is the abundance of
the solar resource. Bauhaus Luftfahrt’s assessment confirmed that
a small fraction of the world’s desert area would be sufficient to
satisfy any reasonable aviation fuel demand. An analysis specific
to the solar­thermochemical fuel path reveals a manageable water
demand for fuel synthesis and cleaning of the mirror field; the
contribution to the energy and cost budget is insignificant even in
case of seawater desalination and subsequent pipeline transport.
More challenging is the supply with volume quantities of carbon
dioxide (CO 2
), which is required if sunlight is to be converted into
drop­in­capable hydrocarbon fuel. At large scale it seems implausible
to utilise waste CO 2
. Early demonstrations of carbon capture
from air indicate that future energy and cost penalties will be significant,
but not prohibitively large.
An economic analysis showed that high sunlight­to­fuel conversion
efficiency and the availability of sustainable CO 2
at mo d­
erate cost are key requirements to achieve competitive pricing in
comparison to fossil or biomass­based fuels. From its current cost
model Bauhaus Luftfahrt derives that conversion efficiencies
slight ly beyond ten per cent will be required to amortise the expect
ed cost of the mirror field, which is well within thermodynamic
limits for solar­thermochemical cycles.
36
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
1
EIA (2008), International energy annual 2006
2
FAO (2010), ResourceSTAT-Land 2005
3
BHL (2010), The Bauhaus Luftfahrt inventory of energy crops
Mha: Million hectares
DNI: Direct normal irradiation
20 Mha required area for 100 per cent jet fuel
substitution 1 BTL (woody biomass) 3
1.7 Mha required area for 100 per cent jet
fuel substitution 1 STL (DNI 2000 kWh/m 2 )
8 %
0.7 %
European agricultural area (2005) 2 : 250 Mha
Maßstabsgetreue Darstellung der benötigten Landfläche für eine vollständige
Deckung des europäischen Kerosinbedarfs über den Biomass­to­Liquid­Pfad
(BTL) beziehungsweise den Sunlight-to-Liquid-Pfad (STL): Mit dem vom Bauhaus
Luftfahrt abgeschätzten Wirkungsgrad ermöglicht der STL­Prozess eine effizientere
Umwandlung von Sonnenenergie in Kraftstoff und würde daher eine Fläche
benötigen, die nur 0,7 Prozent der europäischen Agrarfläche entspricht. Zudem ist
er für Standorte mit höchster Sonneneinstrahlung ausgelegt, an denen Landwirtschaft
kaum möglich ist. Der BTL­Prozess dagegen würde etwa acht Prozent der
Agrarflächen benötigen, um den europäischen Bedarf an Kerosin zu decken.
Depiction of area requirements for a 100 per cent substitution of the European
jet fuel demand via biomass-to-liquid (BTL) and sunlight-to-liquid (STL) processes
(drawn to scale): With the path efficiency assumed by Bauhaus Luftfahrt,
the STL process profits from a higher conversion efficiency of solar radiation into
fuel and would hence only require an area equivalent to 0.7 per cent of the European
agricultural area. Moreover, it is suitable for non­arable land areas with intense
solar irradiation. The BTL process would require up to eight per cent of Europe’s
agricultural area to cope with the demand for jet fuel.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 37

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Neue Wege für innovative Lösungsansätze
New ways for innovative solutions
38
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 39

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
40
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Visionäre Flugzeugkonzepte: Der ingenieurwissenschaftliche
Entwicklungspfad zu
ultra-emissionsarmen und emissionsfreien Flugzeugen
Visionary Aircraft Concepts: The engineering
pathway to ultra-low and zero-emission aircraft
Sehr geehrte Damen und Herren,
das Jahr 2013 stand für die Luftfahrt-Community und die Regierungsorganisationen
ganz im Zeichen des Starts der europäischen
Folgeinitiative Clean Sky 2 und des neuen Arbeitsprogramms
mit dem Namen Horizon 2020. Mit dem Ziel,
einen klaren Entwicklungspfad für das Erreichen der „Flightpath
2050“-Ziele abzustecken, werden diese Vorhaben erhebliche
Ressourcen und Fördermittel erfordern. Ich freue mich
daher, sagen zu können, dass sich das Bauhaus Luftfahrt auf
inge nieurwissenschaftlicher Ebene maßgeblich in die Vorbereitungen
einbringen konnte.
Ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeiten wurde erneut
auf die Detaillierung der Idee eines sogenannten Propulsive Fuselage
gelegt. Dieser neuartige Ansatz zur Antriebsintegration
beschäftigt sich mit der Zusammenführung eines Vortriebserzeugers
mit dem hinteren Teil des Flugzeugrumpfes. Vereinfacht
gesagt handelt es sich dabei um eine Überführung des in den
1970er-Jahren bekannten Ansatzes am Heck angebrachter oder
in das Leitwerk integrierter Triebwerke mit geradem oder S-förmigem
Lufteinlauf ins 21. Jahrhundert.
Die Untersuchung der Vorteile ummantelter und einzeln
rotierender Fans sowie gegenläufig rotierender Open-Rotor-Architekturen
unter der Verwendung elektrischer Antriebe wurden
ebenfalls fortgeführt. Durch den Einsatz universell anwendbarer
Metriken für die Effizienz sowohl auf Antriebs- als auch
auf Flugzeugebene konnten weitere Möglichkeiten zur Optimierung
der Leistungsfähigkeit erschlossen werden.
Ich hoffe, dass Ihnen diese und zahlreiche weitere technische
Forschungsarbeiten, unter anderem mit Einblicken in Kabinendesign,
Bodenabfertigung oder Lebenszykluskosten-Analyse,
eine interessante Lektüre der folgenden Seiten bieten.
Dear Sir or Madam,
In 2013 the aeronautical community and governmental organisations
found themselves gearing up for the launch of
the follow-on European Commission Clean Sky 2 Programme
and the next work programme entitled Horizon 2020. This effort
will require investing a significant amount of resources
and funding with the aim of crystallising a clear engineering
pathway in realising Flightpath 2050 goals. I am pleased to
report that Bauhaus Luftfahrt has been a noticeable participant
in such engineering-related preparations as well.
Continued focus has been placed upon detailing further
the so-called Propulsive Fuselage concept. The novel aspect of
this propulsion integration approach is to mount the propulsive
device directly onto the aft fuselage – in a simple sense
one could think of it as a 21st-century twist to the traditional
aft-fuselage pylon-mounted podded engines, or the S-duct
and straight-duct-on-empennage installations of the 1970s.
Another continuation study involved examining the relative
merits of a ducted single rotating fan and contra-rotating
open-rotor architectures when it concerns propulsion in the
context of electrically driven motors. By utilising special universally
applicable efficiency metrics for both the propulsion
system and at vehicle level, opportunities to optimise the performance
outcome were facilitated.
Together with investigations that provide insights into
future cabin design, ground handling and life-cycle cost assessment,
it is hoped you will find the engineering research
activities worthwhile reading.
Ihr / Your
Dr. Askin T. Isikveren
Leiter Visionäre Flugzeugkonzepte /
Head of Visionary Aircraft Concepts
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 41

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Untersuchung von Batterien
als Schlüsseltechnologien
des elektrischen Fliegens
Assessment of batteries
as key technologies for
electric flight
For quite some time, Bauhaus Luftfahrt has analysed the future
potential of electrically powered commercial air transport vehicles.
Their payload, range and flight time predominantly depend on batteries
as the most important key technology for electric flight. In
recent years, more than 35 fixed-wing or rotary-wing aircraft with
battery or hybrid-electric propulsion were developed in the ge neral
aviation sector. This increase has been fostered by impressive advancements
in lithium-ion battery technology, which hence form
an important field of future technology analysis at Bauhaus Luftfahrt.
The fast development of electric flight is furthermore well do c-
umented by the current speed record of 326 kilometres per hour,
an energy consumption per person equivalent to 0.7 litres per 100
kilometres, and flight times of up to three hours.
To a much greater extent than in automotive applications, an
aircraft must focus on the weight of its components, since the takeoff
weight directly impacts the required takeoff power and overall
energy demand during flight. This is an additional, aviation-specific
requirement for electric power trains and batteries that hence
dif fers from the energy storage capability, which is equally crucial
for a vehicle’s range in both ground and airborne applications. The
twofold challenge of high specific power and simultaneously high
specific energy is met by several developments in battery research,
of which Bauhaus Luftfahrt in 2013 analysed in detail the potential
for specific energy increase.
The maximum amount of stored energy is determined by the
choice of positive and negative electrode materials. Information on
chemical composition, equilibrium potential, reversible lithium-ion
insertion, material density and electric conductivity as documented
in the literature is used to calculate feasible specific energy
values for future lithium-ion batteries. Currently, around 30 electrode
materials are inventoried in Bauhaus Luftfahrt’s database,
hinting at possible specific energies in the range of 400 to 1000
watt-hours per kilogramme (Wh / kg) for a state-of-the-art battery
cell design. In comparison to commercially available batteries today,
this would represent a two- to five-fold increase in specific energies.
However, it should be noted that even by using batteries in
Das Bauhaus Luftfahrt untersucht bereits seit längerem die Zukunftsperspektive
für vollelektrisch betriebene Verkehrsflugzeuge
im kommerziellen Einsatz. Deren Nutzlast, Reichweite und Flugdauer
werden vor allem durch Batterien als die wichtigste Schlüsseltechnologie
des Elektrofluges bestimmt. So entstanden in den
letzten Jahren in der allgemeinen Luftfahrt mehr als 35 batterieoder
hybridelektrisch angetriebene Flugzeuge oder Helikopter. Dieser
Zuwachs ist vor allem der rasanten Technologieentwicklung
bei Lithium-Ionen-Batterien zu verdanken, die dementsprechend
auch im Fokus der Zukunftstechnologie-Analyse im Bauhaus Luftfahrt
steht. Deutliche Anzeichen für die schnelle Entwicklung des
Elektroflugs sind unter anderem der aktuelle Geschwindigkeitsrekord
von 326 Stundenkilometern, ein Verbrauch pro Passagier, der
0,7 Litern auf 100 Kilometern entspricht, und Flugzeiten von bis zu
drei Stunden.
Weit mehr als zum Beispiel im Automobilbereich steht beim
Flugzeug aber das Gewicht einzelner Komponenten im Mittelpunkt,
da das Abfluggewicht die benötigte Startleistung und den Gesamtenergieverbrauch
stark beeinflusst. Dies ist eine luftfahrtspezifische
Anforderung an elektrische Antriebssysteme, während sich
die Reich weite, wie auch im Straßenverkehr, aus der gespeicherten
Energiemenge ergibt. Für diese zweifache Herausforderung,
ein hohes Leistungs-Gewichts-Verhältnis bei möglichst großer spezifischer
Energie zur Verfügung zu stellen, bieten sich in der Batterieentwicklung
mehrere Ansatzpunkte, von denen das Bauhaus
Luftfahrt im Jahr 2013 die spezifische Energie im Rahmen einer
Potenzialanalyse detailliert aufgearbeitet hat.
Die maximale Menge an gespeicherter Energie wird durch die
in der Batterie verwendeten positiven und negativen Elektrodenmaterialien
bestimmt. Aus der Fachliteratur entnommene Informationen
wie chemische Zusammensetzung, Gleichgewichtsspannung,
re versible Lithium-Ionen-Einlagerung, Dichte des Materials und
elek trische Leitfähigkeit dienen als Berechnungsgrundlage für zukünftig
plausible spezifische Energien von Lithium-Ionen-Batterien.
Derzeit enthält die Datenbank des Bauhaus Luftfahrt insgesamt circa
30 Elektrodenmaterialien. Unter Beibehaltung des heutigen Designs
der Batteriezelle lassen einige dieser Kombinationen eine > the 1000 Wh / kg range, a medium-sized commercial aircraft >
42
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
6
5
Relative specific energy
4
3
2
Commercial highperformance
battery = 1
0
Li/Ni 0.4
Mn 0.4
Co 0.2
O 2
Li 2
/MnSiO 4
Li 21.25
/Cu 6
S
Li/MnPO 4
Li 0.6
WS 2
(macro)
Li 8.6
/WS 2
(nano)
Li/LiFeSiO 4
Li/TiO 2
Li/NiO 2
Li/MnO 2
Li/MoS 2
Li/NiVO 4
Li 3
/NbSe 3
Li/TiS 2
Li 2
/S
Li 2
/FePO 4
F
Li/FePO 4
Li/Mn 2
O 4
Li/CoO 2
Li/C 6
Li 3
/Li 4
Ti 5
O 12
Li metal
Li 4.4
/Si
Li 4.4
/Ge
Li 4.4
/Si-TiSi 2
Li 4.4
/Fe 3
O 4
-Fe-O
Li 4.4
/Sn
Energiedichte-Potenziale einer bestimmten Batteriebauform, der sogenannten
„Pouch-Zelle“, in Abhängigkeit von verschiedenen Kombinationen aus
Elektrodenmaterialien: Wissenschaftler des Bauhaus Luftfahrt konnten bereits
Materialkombinationen identifizieren, die Energiedichten von mehr als dem Fünffachen
heutiger kommerzieller Hoch-Energie-Batterien (transparente Ebene, Faktor
1) versprechen.
Potential storage capacity in specific energy for various combinations of electrode
materials in a so-called pouch-cell design: Researchers at Bauhaus Luftfahrt
have already identified material combinations that promise specific energy
densities up to five times higher than in commercially available high-performance
batteries (transparent surface, factor 1).
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 43

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
spezifische Energie zwischen 400 und 1000 Wattstunden pro Kilogramm
(Wh / kg) realistisch erscheinen. Dies käme einer Steigerung
um einen Faktor zwei bis fünf gegenüber den spezifischen Energien
in heute kommerziell erhältlichen Batterien gleich. Doch selbst unter
Verwendung von Batterien mit 1000 Wh / kg besäße ein mittelgroßes
Verkehrsflugzeug wie der Ce-Liner aus dem Bauhaus Luftfahrt
nur eine wenig konkurrenzfähige Reichweite von wenigen
Hundert Kilometern.
In ihrer Rolle als kombinierte Energiespeicher und -wandler,
die nicht wie in herkömmlichen Antrieben den Kraftstoffspeicher
und die Verbrennungsmaschine als völlig unabhängig skalierbare
Freiheitsgrade zulassen, ist für Batterien neben der Art der Materialien
auch ihre Struktur entscheidend. Darin sind vor allem die
Grenzflächen zwischen Elektroden und Elektrolyt entscheidend,
denn sie bestimmen die Diffusionswege und elektrochemischen
Reaktions- und Austauschraten, die in direktem Bezug zur erreichbaren
Leistungsdichte der Batterie stehen. So erschließt sich das
enorme Potenzial mancher Elektrodenmaterialien auch in Bezug
auf ihre Zyklenfestigkeit und Stabilität erst durch eine Nanobeschichtung
und -strukturierung. Forschung und Entwicklung im
Be reich der Nano strukturierung von Materialien sind daher ein
Schlüssel zur Realisierung der zukünftigen Perspektive elektrischer
Verkehrsflugzeuge und werden daher auch ein weiteres Schwerpunktthema
der Technologieanalyse am Bauhaus Luftfahrt sein.
such as Bauhaus Luftfahrt’s Ce-Liner would only have a non-competitive
range of no more than a few hundred kilometres.
The combined role of batteries as energy carriers and conversion
devices is very different from conventional propulsion systems,
where fuel tank and combustion engine are available as independently
scalable degrees of freedom. In contrast, the performance of
batteries is simultaneously influenced by the choice of electrode
materials and by their structure. In the latter, the surface properties
between electrodes and electrolyte determine ion diffusion paths
and electrochemical reaction rates, which are directly related to
the achievable level of battery-specific power. Nanocoat ings and
nano-structuring of electrode materials are seen as be neficial means
to successfully exploit the performance potentials as well as low
degradation and structural stability. Scientific prog ress with respect
to material nano-structuring will therefore be a key to the development
of electric transport aircraft. Hence, this research field
will provide a future focus area for technology analysis at Bauhaus
Luftfahrt.
44
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Relative specific power
100
10 C
5 C
2 C
10
1 C
Structure
0.5 C
1
0.2 C
Materials
0.1 C
0.1
0.7 0.8
0.9 1 1.1 1.2
Relative specific exergy
Laboratory results
Commercial high-performance battery
Einfluss der Materialwahl und -strukturierung auf die Leistungsfähigkeit
zukünftiger Batterien: Die jeweilige Lade- und Entladegeschwindigkeit einer
voll geladenen Batterie wird vom Bauhaus Luftfahrt durch die etablierte „C-Rate“
bestimmt, deren Kehrwert die Anzahl der für eine volle Ladung oder Entladung
benötigten Stunden angibt. Verglichen mit einer heute üblichen Ladezeit von fünf
Stunden (0,2 C, grünes Quadrat), könnten neue Elektrodenmaterialien und Strukturierungen
(blaue Kurve) die Lade- und Entladegeschwindigkeit auf wenige Minuten
verkürzen. Ziel solcher Analysen ist nicht nur eine Verringerung der Aufladezeit,
sondern vor allem die Fähigkeit, die für den Start eines vollelektrischen Flugzeugs
notwendige Energie ausreichend schnell bereitstellen zu können.
Impact of material selection and electrode structure on the performance
of future batteries: In the description of a battery’s charge and discharge rate,
Bauhaus Luftfahrt uses the well-established “C-rate”. The latter’s reciprocal value
specifies the hours needed for a complete charge or discharge according to the overall
capacity of the battery. Compared to state-of-the-art charging and discharg ing
times of an average five hours (0.2C, green square), novel electrode materials and
structures (blue curve) could shorten the required times to a few minutes. The idea
behind such analyses is not solely the reduction of charging times, but also an adequately
fast allocation of the energy required for a fully electric aircraft’s take-off.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 45

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Charakterisierung
hybrider Systemarchitekturen
für elektrische Flugzeuge
Characterisation of
hybrid system architectures
for electric aircraft
Studies at Bauhaus Luftfahrt have already shown that highly optimised
conventional gas turbines only offer limited remaining potential
for further improvement. Moreover, universally electric, battery-powered
aircraft for commercial aviation will remain restricted
to low-power segments, at least for the foreseeable future,
because they require too many compromises in range and payload
(see page 42). In this context, researchers at Bauhaus Luftfahrt
were able to show that hybrid propulsion concepts with two or
more energy storage and/or power conversion devices, of which at
least one is different from the conventional system of kerosene
and turbo-engine, may act as a technological stepping stone in the
electrification of commercial aviation.
Bauhaus Luftfahrt’s approach to studying hybrid systems is
twofold. On the one hand, relevant component technologies, their
sca ling properties and future development potentials have been
compiled into an extensive catalogue over several years, which
could again be significantly enlarged and updated in 2013. This
cata logue includes simple physics-based scaling models, among
others for high temperature superconducting as well as normal
conducting electric machines, power converters and cables. Using
these models, suitable power systems for selected mission segments
and their optimal combination for specific transport applications
can be identified. Moreover, Bauhaus Luftfahrt researchers
scrutinise hybrid concepts and development efforts from other industries
such as in the automotive sector with respect to a possible
transfer of knowledge and technology into the aviation context.
The analyses already document to what extent future electric components
such as fuel cells, batteries, electric motors and generators
will be smaller, lighter and better performing due to new materials
and developments. Based on these results, the researchers
were moreover able to start identifying hybrid concepts which, if
carefully designed, can achieve significant emission savings while
minimising reductions in performance.
On the other hand, Bauhaus Luftfahrt is seeking to establish
a transparent and comprehensive set of parameters to charac­
Studien des Bauhaus Luftfahrt haben bereits gezeigt, dass konventionelle
Gasturbinen bereits hochoptimiert sind und Verbesserungen
nur noch limitiert möglich sind. Zudem werden universellelektrische,
batteriebetriebene Luftfahrzeuge zumindest für die ab sehbare
Zukunft auf niedrige Leistungsklassen beschränkt bleiben,
weil sie für die kommerzielle Luftfahrt zu große Kompromisse bei
Reichweite und Nutzlast erfordern (siehe Seite 42). In diesem Zusammenhang
konnten Forscher des Bauhaus Luftfahrt zeigen,
dass hybride Antriebskonzepte mit zwei oder mehr Energiespeichern
und/oder -wandlern, von denen mindestens einer sich vom
konventionellen System aus Kerosin und Turbine unterscheidet,
die Rolle einer Brückentechnologie einnehmen können.
Bei der Analyse hybrider Systeme verfolgt das Bauhaus Luftfahrt
eine Doppelstrategie: Zum einen haben die Wissenschaftler
in den vergangenen Jahren einen ausführlichen Katalog relevanter
Komponententechnologien, ihres Skalierungsverhaltens sowie
ihres zukünftigen Entwicklungspotenzials erstellt, der auch 2013
wieder deutlich erweitert und aktualisiert wurde. Dieser beinhaltet
einfache physikalische Skalierungsmodelle, unter anderem für normal-
und supraleitende elektrische Maschinen, Leistungselektronik
und Kabel. Diese ermöglichen es, geeignete Antriebssysteme
für einzelne Missionsabschnitte sowie deren beste Kombination
für ganze Transportanwendungen zu finden. Weiterhin beobachten
die Wissenschaftler auch hybride Konzepte und Entwicklungsbemühungen
in anderen Sektoren, zum Beispiel in der Automobilbranche,
und untersuchen sie in Bezug auf einen möglichen Wissens-
und Technologietransfer in die Luftfahrt. In den Analysen
des Bauhaus Luftfahrt deutete sich bereits an, dass zukünftige
elektrische Komponenten wie beispielsweise Brennstoffzellen, Batterien,
elektrische Motoren und Generatoren dank neuer Materialien
und Entwicklungen noch leichter, kleiner und leistungsfähiger
werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse konnten die Wissenschaftler
auch bereits erste hybride Konzepte identifizieren, mit denen
bei sorgfältiger Auslegung deutliche Emissionsersparnisse bei minimierten
Leistungsnachteilen erzielt werden könnten. > >
46
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
1,000
Total installed traction or propulsion power P tot
[kW]
100
10
0 0.2 0.4 0.6 0.8
1
Degree of hybridisation H P
= P em
/P tot
Hybrid cars (Status: 2006 and earlier)
Hybrid cars (Status: 2013)
Plug-in hybrid cars (Status: 2013)
Electric cars (Status: 2013)
Hybrid-electric busses (Status: 2013, serial configuration)
Hybrid busses/Utility vehicles (Status: 2006 and earlier)
(Hybrid-) Electric utility vehicles (Status: 2013 and earlier)
(Hybrid-) Electric busses (Status: 2013 and earlier)
(Hybrid-) Electric aircraft (Status: 2013 and earlier)
Hybrid-electric aircraft (Status: 2013 and earlier,
serial configuration)
Der vom Bauhaus Luftfahrt erstellte Katalog umfasst zahlreiche bereits realisierte
hybride und elektrische Fahr- und Flugzeuge: Verschiedene Konzepte
werden dargestellt entsprechend ihrer insgesamt installierten Antriebsleistung
(P tot
) und ihrem Leistungshybridisierungsgrad (H P
), mit dem das Verhältnis installierter
elektrischer Motorleistung zur gesamten Antriebsleistung beschrieben wird: Bei
den Hybridkonzepten im Automobilbereich ist beispielsweise in den letzten Jahren
eine Konzentration hin zu einem Hybridisierungsgrad zwischen 15 und 25 Prozent
zu beobachten. Umgesetzte Hybridkonzepte für Luftfahrzeuge sind bisher selten,
es existieren jedoch circa 30 Leichtflugzeuge mit vollelektrischem Antrieb (H P
=1).
Deren Leistungsbereich liegt aber meist mehr als zwei Größenordnungen unter
demjenigen eines vollelektrischen Passagierflugzeuges wie dem Ce-Liner.
The catalogue compiled by Bauhaus Luftfahrt provides an overview of hybrid
and electric ground and air vehicle concepts realised to date: Different concepts
are distinguished using their total installed traction or propulsion power (P tot
)
and their power-specific degree of hybridisation (H P
), which represents the ratio of
installed electric motor power to the total power. With respect to hybrid concepts
for automotive applications, a clustering towards degrees of hybridisation between
0.15 and 0.25 can be observed in recent years. Realised hybrid concepts for aerial
vehicles are rare, but for H P
=1 (fully electric propulsion) around 30 ultralight aircraft
exist, although their power range is mostly more than two orders of magnitude
below the level required for fully electric passenger aircraft like the Ce-Liner.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 47

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Das zweite Augenmerk des Bauhaus Luftfahrt liegt auf dem Bestreben,
ein transparentes und umfassendes Parametersystem zur
Charakterisierung hybrider Antriebskonzepte zu erstellen. Damit
ließen sich deren missionsspezifische Vorteile in universell vergleichbarer
Weise bestimmen. Insbesondere erlauben es bestimmte
Parameter, spezifische Optimierungsprobleme zu lösen, zum
Beispiel hinsichtlich minimaler Kohlendioxid-Emissionen für eine
feste Transportaufgabe. Verschiedene Umsetzungen einer hybridelektrischen
Antriebskombination können beispielsweise erst dann
vollständig charakterisiert werden, wenn neben einer Angabe zur
Leistungsverteilung auf elektrische und konventionelle Leistungserzeuger
auch eine Festlegung zur Energiespeicherung, entweder
in Treibstoff oder in Batterien an Bord des Flugzeugs, existiert. Solche
„Hybridisierungsgrade“ können anschließend in Betrachtungen
auf der operationellen Ebene einfließen. Diese besitzen wiederum
eigene Parameter und unterscheiden sich beispielsweise durch
das Verhältnis von benötigter Dauer- zu Spitzenleistung während
einer Flugmission oder entsprechender zeitlicher Verläufe. Durch
die Einbeziehung von sowohl System- als auch Missionsparametern
kann das Bauhaus Luftfahrt missionsabhängige Vorteile hybrider
Systeme umfassend analysieren und Ergebnisse leichter verallgemeinern.
In Zukunft könnte der Hybridisierungsgrad des Systems
so direkt als Entwurfsparameter im Auslegungsprozess neuartiger
Luftfahrzeugkonzepte verwendet werden.
terise hybrid power systems. This may serve to quantify mis sionspecific
benefits in a universally comparable way. In particular,
these parameters are useful in solving specific optimisation
problems, such as minimal carbon-dioxide emissions for a given
transport task. Different realisations of a hybrid-electric power
train can only be characterised uniquely if the analysis is not
limited to the power split between electric and conventional
power conversion devices, but also considers the distribution of
the energy stored on-board in fuel or in batteries. Such a “degree
of hybridisation” may then be used in studies on the operational
level. They moreover rely on their own set of parameters,
such as the ratio of required cruise to take-off power for a given
mission, or the respective mission duration. Making use of both
system- and mission-dependent parameters, Bauhaus Luftfahrt
is able to identify mission-specific advantages of hybrid systems
and to generalise results in a straightforward way. In the future,
the “degree of hybridisation” could be used as an additional parameter
to open up new degrees-of-freedom in the sizing process
of novel aircraft concepts.
48
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Pure serial hybrid:
» Only electric power
at drive shaft
» Only conventional
energy refilled
1
Pure "plug-in" electric power
» Universally-electric propulsion
» Only battery energy storage
Power hybridisation, H P
= P em
/P tot
Electric motor power at drive shaft increases
(Unfeasible region)
Today‘s power trains:
» Purely conventional
power conversion
» Only fuel tank energy
storage
0
Carried amount of „plug-in“
electrical energy increases
0 1
Energy hybridisation, H E
= E el
/E tot
Der Parameterraum, der vom Bauhaus Luftfahrt zur Klassifizierung hybridelektrischer
Antriebssysteme vorgeschlagen wird: H P
bezeichnet das Verhältnis
installierter elektrischer Motorleistung zur gesamten Antriebsleistung, während
H E
die im Fahrzeug als Batterien mitgeführte elektrische Energie ins Verhältnis zur
insgesamt gespeicherten Energiemenge setzt. Folglich enthält der blaue Bereich
im Diagramm keine sinnvollen Hybridsysteme, da dort mehr Energie in elektrischer
Form mitgeführt wird, als entsprechend im Elektromotor umgewandelt werden
kann. Ein vollelektrisches, batteriebetriebenes Antriebskonzept, wie es in der Ce-
Liner Studie des Bauhaus Luftfahrt entwickelt wurde, entspräche dem maximalen
Hybridisierungsgrad (H E
=1,H P
=1).
The parameter space suggested by Bauhaus Luftfahrt for classifying hybridelectric
power trains: H P
denotes the ratio of installed electric motor power to the
total propulsive power, while H E
corresponds to the ratio between the amount of
externally rechargeable electrical energy stored in batteries and the total energy
storage aboard the vehicle. As a consequence, the blue region in the diagram does
not contain feasible hybrid systems because they would carry more energy in electrical
form than could be usefully exploited by the installed electric motor. On the
other hand, a fully electric, battery-powered propulsion concept, such as the one
developed for Bauhaus Luftfahrt’s Ce-Liner concept study, defines the maximum
degree of hybridisation (H E
=1,H P
=1).
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 49

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Vorkonzeptionelle Leistungsbetrachtungen
elektrisch
versorgter Flugantriebe
Pre-concept performance
investigation of electrically
powered aero propulsion
Übertrüge man die selbstgesteckten Emissionsreduktionsziele der
Luftfahrtbranche für das Jahr 2050 auf den Wirkungsgrad des Antriebssystems,
so müsste dieser gegenüber heutigen Flugtriebwerken
um bis zu 80 Prozent verbessert werden. Bislang konnten nur
elek trische Energie- und Antriebssysteme (Energy and Propulsion
Systems, EPS) als mögliche Lösung für derartig hohe Anforderungen
identifiziert werden. Die Suche nach technologischen Konzepten
für solche vollständig elektrischen Antriebe hat das Bauhaus
Luftfahrt daher auch im Jahr 2013 weiter vorangetrieben.
Im Hinblick auf das zuvor identifizierte Ziel, die installierte
Vortriebsleistung an Bord vollelektrischer Flugzeuge zu reduzieren,
wurden zwei verschiedene Antriebsarchitekturen mit alternativen
Vortriebserzeugern untersucht: ein ummantelter Getriebefan mit
ein fachem Rotor (Electric Fan, EF) und eine offene Bauweise mit
zwei gegenläufig rotierenden Propellern (Electric Open Rotor,
EOR). In multidisziplinären Auslegungs- und Leistungsbetrachtungen,
sowohl auf Antriebs- als auch auf der integrierten Flugzeugsystemebene,
wurden die optimalen Konstellationen für beide
Triebwerkstypen ermittelt. Dabei wurde auch das Einsparpotenzial
von EF und EOR untersucht und mit fortschrittlicher Turbofan-Technologie
verglichen. Als einheitliche Basis für Vergleichsstudien verschiedener
EPS wurde auf der Antriebssystemebene der sogenannte
„schubspezifische Energieverbrauch“ (TSPC) eingesetzt. Für Effizienzbetrachtungen
auf der Flugzeugsystemebene verwendet das
Bauhaus Luftfahrt die sogenannte „energiespezifische Flugreichweite“
(ESAR). Beide Metriken wurden bereits in den vorangegangenen
Jahrbüchern vorgestellt.
Bei typischen Strömungs-Auslegungsbedingungen zeigte das
EF-Konzept eine Verringerung des TSPC von bis zu 43 Prozent gegenüber
fortschrittlichen Turbofans. Vergleicht man diesen Wert
mit Referenztriebwerken aus dem Jahr 2000, so würde sich der
Ge samtwirkungsgrad des Antriebssystems mehr als verdoppeln.
Für das EOR-Konzept wurde eine weitere Verringerung des TSPC
ermittelt, die gegenüber dem EF-Konzept nochmals bis zu 16 Prozent
beträgt. In der Analyse auf Flugzeuggesamtebene zeichnete
sich ein ähnliches Bild ab: Die ESAR-Werte des EOR-Konzepts fielen
Translating the aviation environmental targets for the year 2050 to
propulsion system efficiency requirements, power plant overall efficiency
would need to be improved by up to 80 per cent relative to
today’s propulsion systems. Yet only electrically powered Energy
and Propulsion System (EPS) options have been identified as potential
solutions for such a scenario. In 2013, research at Bauhaus
Luftfahrt has continued to explore technological concepts for such
universally electric propulsion systems.
Motivated by the previously identified target of reducing the
installed propulsive power on board of a fully electric aircraft, the
performance potentials of two power plant architectures featuring
alternative propulsive devices was explored: a ducted geared single-rotating
fan, referred to as Electric Fan (EF), and an unducted
counter-rotating propeller arrangement, referred to as Electric
Open Rotor (EOR). In multidisciplinary sizing and performance studies
at the isolated propulsion system level and at the integrated
vehicular level, optimum power plant design constellations were
studied for both power plant types. Thereby, the efficiency potentials
of the EF and EOR power plant architectures were assessed
and compared to advanced turbofan technology. As a unified basis
for the comparative evaluation of the electrically powered EPS, the
Thrust Specific Power Consumption (TSPC) metric was employed at
the propulsion system level. The Energy Specific Air Range (ESAR),
formed the basis for efficiency evaluation at a vehicular level. Both
metrics were introduced in Bauhaus Luftfahrt’s previous yearbook.
At typical flow path sizing conditions, the EF concept showed
a TSPC improvement of up to 43 per cent over advanced turbofan
engines. Compared to year 2000 reference engines, the propulsion
system’s overall efficiency more than doubled. The EOR concept
was found to even further reduce TSPC by up to 16 per cent relative
to the EF concept. During the aircraft-integrated assessment, the
ESAR values obtained for the domain of EOR-powered aircraft exceeded
the maximum ESAR of the EF domain between eight and
15 per cent. Different from the integration of open rotor engines on
transport aircraft using conventional fuel, the application of the
EOR on the investigated universally electric aircraft design was
gegenüber dem EF-Konzept zwischen acht und 15 Prozent > almost neutral in terms of aircraft Maximum Take-Off Weight
>
50
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

+40%
+80%
2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
0.95
0.9
0.85
Advanced open rotor
50% hybrid-electric
turbofan study
(Schmitz & Hornung, 2013)
Fully electric fan study
(Seitz et. al., 2012)
Fully electric open rotor
(Seitz et. al., 2013)
0.8
0.75
State-of-the-art
technology
Intercooled
recuperated
turbofan
EU Flightpath 2050***
0.7
Reference
technology
+100%
ACARE SRIA** 2035
ACARE SRIA* 2020
0.65
+60%
–30%
–20%
–10%
Reference
+10%
+20%
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
* 20% less energy need by propulsion and power in the year 2020
** 30% less energy need by propulsion and power in the year 2035
*** based on propulsion system contribution to the year 2050
CO 2
goals proposed by Isikveren et al. (2012)
Konturlinien des konstanten Antriebswirkungsgrades n ov
bei Reiseflug bedingun
gen im Vergleich zum Jahr 2000: Die Ergebnisse mehrerer vom Bauhaus
Luftfahrt durchgeführter Effizienzbetrachtungen an hybriden und vollelektrischen
Antriebssystemen (blau, dunkelblau) verdeutlichen, dass bereits eine 50-prozentige
Elektrifizierung eines Turbofan-Antriebssystems das Potenzial hat, die n ov
­Ziele für
2035 zu erreichen. Betrachtet man die n ov
­Ziele für den Indienststellungs­Zeitraum
nach 2050, so versprechen vollelektrische Antriebsoptionen ein großes Potenzial für
emissionsarme oder sogar emissionsfreie Verkehrsflugzeuge.
Contours of constant propulsion system overall efficiency n ov
, at cruise conditions
and relative to a year 2000 reference: The results of several effi ciency
studies conducted by Bauhaus Luftfahrt on hybrid- and fully electrically powered
propulsion systems (blue, darkblue) show that a 50 per cent electrification of
turbofan propulsion systems clearly has the potential to deliver on the defined n ov
targets for 2035. In view of the n ov
goals derived for Entry-into-Service (EIS) years
beyond 2050, and as a possible means of ultra-low or zero in-flight emissions,
fully electric propulsion options may have great potential for transport aircraft.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 51

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
besser aus. Anders als bei der Integration von konventionellen,
kraftstoffbetriebenen Open-Rotor-Konzepten brachte die Integration
des EOR in ein universellelektrisches Flugzeugkonzept gegenüber
der ummantelten Bauweise zudem keine nennenswerten
Nachteile in Bezug auf das maximale Startgewicht (MTOW) mit
sich. Es zeigte sich, dass die bei der Installation großer Propeller zu
Tage tretenden Strukturgewichtsnachteile sowie die Kaskadeneffekte
bei der Auslegung eines Flugzeugs von den geringeren Massen
der elektrischen Systeme, beispielsweise des kryogenisch gekühlten
Motors und der Leistungselektronik, effektiv aufgewogen
wurden. Dies war eine Folge der gemäßigten Leistungsanforderung
im Startfall.
Für die gleiche Kurzstrecken-Transportaufgabe zeigten sich
bei EOR-Konzepten auch deutlich geringere Anforderungen an das
Batteriesystem als bei EF-angetriebenen Flugzeugen. Bezöge man
sinnvolle Lärmobergrenzen für offene Propeller mit ein, so ließe
sich die erforderliche Energiedichte der benötigten Batterien um
bis zu elf Prozent verringern, bei gleichzeitiger Verringerung der
Leistungsdichte um vier Prozent gegenüber einer ausgewogenen
EF-basierten Konstruktionslösung.
Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse und Erkenntnisse
seiner ersten Studien wird das Bauhaus Luftfahrt seine Arbeiten
an vollelektrischen Luftfahrtantrieben als mögliche Wegbereiter
für emissionsfreies Fliegen zukünftig auf weitere Detailbereiche
ausdehnen.
(MTOW) compared to the ducted propulsion system option. It was
found that the structural mass penalties caused by the installation
of large propeller-based power plants and cascade effects during
aircraft sizing were effectively counteracted by the reduced electrical
system masses, including the controlled, cryo-cooled motors as
well as the Power Management And Distribution (PMAD) system.
This was a result of the mitigated power requirements at take-off.
Relative to EF-powered aircraft, EOR-powered vehicles revealed
substantially relaxed battery system requirements for the
same short-range transport application. Under consideration of propeller
noise constraints, a potential reduction of up to eleven per
cent in required battery energy density at simultaneously reduced
power density requirements of four per cent were found relative to
a best and balanced EF-based design solution.
The promising results and findings obtained from the presented
studies will further encourage researchers at Bauhaus Luftfahrt
to expand their work on fully electric aero-propulsion systems
as a po tential enabler of zero in-flight emissions to higher levels of
detail.
52
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Turbo open rotor
2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Gas turbine
Propeller
and drive system
Electric motor
Electric open rotor
Control volumes:
Power supply system
Power transmission system
Jet/propeller flow field
Vereinheitlichte Definition der Kontrollvolumina für konventionell und elektrisch
betriebene Open-Rotor-Antriebe: Das vom Bauhaus Luftfahrt genutzte
Schema sichert die Vergleichbarkeit mit früheren Studien an ummantelten Antriebsarchitekturen
auf konventioneller oder elektrischer Basis.
Unified control volume definition standard applied to conventional and
electrically powered open rotor propulsion: The scheme used by Bauhaus
Luftfahrt ensures consistency with previous studies on ducted conventional and
electric fan concepts.
Required battery power density
(PD Batt, req
) [W/kg]
2,600
2,500
2,400
2,300
2,200
2,100
Study settings
Transport task: 189 Pax, 900 nm
Technology Status: EIS 2035
Cruise Conditions: ISA, FL330, MO.75
T/O Conditions: ISA, SL, M0.2
Max. Wing Loading 634 kg/m 2
Aircraft Thrust/Weight at T/O: 0.233 (AEO), 0.178 (OEI)
D prop
at Optimum for max. ESAR at TOC
V tip, des, Fan
at Optimum for max. ESAR at TOC
Max. Nozzle Area Extension for EF at T/O: 15%
Electric fan (EF)
powered aircraft
303 @ 2.50
290 @ 2.60
319 @ 2.40
337 @ 2.30
360 @ 2.20
Optimum V tip, des, Fan
[m/s]
@
D Fan
[m]
2,000
1,900
1,800
– 3.9%
4.66 @ 180
4.48 @ 200
Electric open rotor (EOR)
4.37 @ 220
powered aircraft
4.30 @ 240
Optimum D Prop
[m] @ V tip, Prop
[m/s]
278 @ 2.70
268 @ 2.80
259 @ 2.90
243 @ 3.10
250 @ 3.00
1,700
– 10.8%
1,750 1,800 1,850 1,900 1,950 2,000 2,050 2,100 2,150 2,200
Required battery energy density
(ED Batt, req
) [Wh/kg]
Anforderungen an die Batteriesysteme eines Elektrofans (EF) mit Getriebe und
eines elektrischen Open-Rotor-Antriebs (EOR): Untersuchungen des Bauhaus
Luftfahrt haben gezeigt, dass die benötigte Leistungsdichte der Batterien eines
EOR-Konzepts um etwa vier Prozent niedriger ausfallen würde als jene einer EF-
Architektur. Die benötigte Energiedichte der Batterien eines EOR-Konzepts würde
sogar um bis zu elf Prozent niedriger ausfallen als für die ummantelte Konstruktion.
Battery system requirements for a geared electric fan (EF) as well as a geared
electric open rotor (EOR): Studies conducted by Bauhaus Luftfahrt showed that
the required battery power density of an EOR architecture would be approximately
four per cent lower in comparison to the EF concept. The required energy density
of the batteries for an EOR application would even be roughly eleven per cent
lower than for the ducted architecture.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 53

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Abschätzung der Betriebskosten
von elektrisch angetriebenen
Verkehrsflugzeugen
Operating cost estimation
for electrically powered
transport aircraft
Im Rahmen der Forschung an vollelektrisch-angetriebenen Verkehrsflugzeugen
stellt sich den Wissenschaftlern auch die Frage
nach dem Einfluss der Elektrifizierung auf die Betriebskosten solcher
Flugzeuge. Speziell im Vergleich zu Weiterentwicklungen konventionell
angetriebener Luftfahrzeuge ist dies von besonderem
Interesse. Aus diesem Grund hat das Bauhaus Luftfahrt eine detaillierte
Projektion des zu erwartenden Kostenniveaus durchgeführt.
Ein erster Fokus der Untersuchung lag auf den Batterien, die
das heute verwendete Kerosin als Energiequelle ersetzen sollen.
Somit entstehen neue Kosten mit einer Einführung von Energiespeichern,
da diese sowohl beschafft und nach jedem Flug wieder
aufgeladen werden müssen. Somit fallen schon einmal Investitions-
und Energiekosten an. Aufgrund einer limitierten Lebensdauer
der Batterie während des Flugbetriebs entstehen weitere Abschreibungskosten,
die wiederum vom Anschaffungspreis und dem zu
erwartenden Restwert abhängig sein werden.
Die Anschaffungskosten der benötigten Batterien wurden auf
Basis verschiedener bereits veröffentlichter Studien bestimmt. Die
Abschreibungsdauer entspricht der Lebensdauer der Batterie, deren
Kapazität mit einer zunehmenden Anzahl von Ladezyklen immer
geringer wird, bis sie schließlich nicht mehr verwendet werden
kann. Was dann mit den Batterien geschehen kann, wurde vom
Bauhaus Luftfahrt ebenfalls untersucht und es stellte sich heraus,
dass ein Recycling zukünftiger Lithium-Ionen-Batterien keinen Kostenvorteil
bringen würde. Ihre Weiterverwendung in anderen Branchen
mit geringeren Anforderungen an die Kapazität erscheint daher
In line with analyses on fully electric aircraft, researchers often
face questions regarding a possible impact of electric flying on an
air craft’s operating costs, especially in comparison to conventionally
powered aircraft with the same technology standard. To address
these questions, Bauhaus Luftfahrt has conducted a detailed
projection of the expected cost levels.
An initial analysis focused on batteries, which will replace
to day’s jet fuel as energy source. With a replacement of fuel by
bat te ries, new costs will arise. First of all, batteries have to be purchased
and recharged, therefore E-Aviation will face battery investment
costs and cost for electric energy. Due to wear or expected
performance shortfalls of the batteries during operation,
usage of these will lead to additional depreciation costs, depending
on the acquisition cost and expected residual value at the end
of aeronautical usage.
The acquisition cost of the batteries was determined on the
basis of various already published studies. The depreciation period
equates to the lifetime of a battery and is limited due to a decrease
of capacity with an increasing number of recharging cycles. After
the initial aeronautical use of batteries, initial studies identified
that recycling of future lithium­ion batteries used for electrically
powered aircraft will not offer any cost benefit, so a second life in
other industries was proposed.
Regarding the impact on maintenance costs of an electrically
powered aircraft, Bauhaus Luftfahrt first had to develop initial cost
estimation methods for high-temperature superconducting (HTS)
motors and associated systems. Therein, the fuel system, hy draulic
empfehlenswert.
> power, pneumatics and auxiliary power unit no longer had to
>
54
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Equal cost of ownership, including depreciation, interest and insurance cost
Apart from the batteries, the Ce-Liner‘s cost of ownership roughly equals
that of a conventionally powered aircraft at a comparable technology level.
Additional cost of ownership (Batteries)
Acquisition, depreciation, insurance, interest
and maintenance of batteries cause significant
costs for Ce-Liner operators.
Additional environmental charges
The conventionally powered reference
aircraft is subject to environmental fees
that the Ce-Liner is expected to avoid due
to its locally emission-free operation.
Two per cent lower energy cost (500 nautical mile mission)
Projections of future electricity and kerosene prices hint at slightly
lower energy costs for Ce-Liner operations, but price volatility for
both energy carriers remains a critical factor.
Aircraft cost per block hour
Ce-Liner
Reference aircraft
Ce-Liner
(percentages of
cost categories)
19%
10%
2%
38%
Energy cost
US$ 2,561 US$ 2,613 (+2%)
Airport and navigation charges
US$ 1,783 (+21%) US$ 1,478
Direct maintenance cost
US$ 366 US$ 380 (+4%)
Crew cost
US$ 1,259 (+4%) US$ 1,205
38%
6%
10%
18%
Reference aircraft
(percentages of
cost categories)
5%
26%
Cost of ownership (excl. batteries)
US$ 694 US$ 694
Batteries Environm. charges
US$ 160
US$ 400
22%
6%
Summary
US$ 6,821 (+0.8%) US$ 6,770
Nearly equal DOC for the Ce-Liner
Higher airport and navigation charges (150 passengers, 75 per cent load factor)
Applying today‘s airport charges to electrically powered aircraft, their significantly higher
take-off and maximum landing weights would result in higher landing and navigation charges.
Lower direct maintenance cost (Engine and airframe)
On the one hand, superconducting motors require significantly less scheduled and unscheduled maintenance than conventional
turbofan engines. On the other hand, the Ce-Liner‘s airframe requires more maintenance due to the higher aircraft weight.
Higher crew cost (Short-haul, full-service carrier payment level)
As crews receive payments in regard to weight of operated aircraft (larger/heavier aircraft = more responsibility = higher wages),
the comparably heavy Ce-Liner would have disadvantages in terms of crew cost.
Direkter Kostenvergleich (Tabelle) und Anteile einzelner Kategorien an den
gesamten Betriebskosten des vollelektrischen Ce-Liner-Konzeptes aus dem
Bauhaus Luftfahrt (linkes Diagramm) und eines Referenzflugzeuges mit
weiterentwickeltem Turbofan-Antrieb (rechtes Diagramm): Aus den nur um
0,8 Prozent höheren Betriebskosten des Ce-Liners lässt sich erahnen, dass elektrisch
angetriebene Verkehrsflugzeuge auf einem vergleichbaren Kostenniveau betrieben
werden könnten wie ihre konventionell angetriebenen Gegenstücke.
Direct cost comparison (table) as well as specific cost breakdowns for the
fully electric Ce-Liner concept envisioned by Bauhaus Luftfahrt (left chart)
and a reference aircraft powered by advanced turbofan engines (right chart):
With its overall Direct Operating Cost (DOC) only 0.8 per cent higher than for a
conventionally powered reference aircraft, it becomes apparent that an electrically
powered transport aircraft could be operated at a neutral cost level.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 55

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Reference calculation case
0.8%
Direct maintenance cost of HTS motor 20% higher than expected from literature
1.1%
A price escalation of 1% per year stops after 2035
1.0 %
Threshold for battery removal from 80% to 70% maximum capacity
1.7%
1
/3 fewer flight cycles before battery removal
1.9%
10% higher battery price
1.1%
50% lower cost for CO 2
emission allowances
3.6%
Fuel cost 10% higher than in reference case
–2.9%
Electricity cost 10% lower compared to reference case
–3.0%
–4%
–2%
0%
2%
4%
Delta DOC to reference [%]
Sensitivitätsstudie: Die hier aufgelisteten Faktoren sind Beispiele für unterschiedlich
große Einflüsse auf die direkten Betriebskosten (DOC) des elektrisch betriebenen
Ce-Liner-Konzepts, die im vorhergehenden Vergleich mit dem konventionell
angetriebenen Referenzflugzeug nur um etwa 0,8 Prozent höher berechnet wurden.
Sinkt aber beispielsweise der Strompreis um zehn Prozent, so würde das elektrische
Flugzeug im Betriebskostenvergleich sogar um bis zu drei Prozent günstiger als die
Referenz. Würden sich auf der anderen Seite aber die hochtemperatursupraleitenden
Motoren (HTS) um 20 Prozent wartungsintensiver präsentieren, als in der
Literatur angegeben, so würde dies den Betriebskostennachteil des Ce-Liners auf
1,1 Prozent erhöhen.
Sensitivity study: The exemplary factors listed here highlight different influences
on the Ce-Liner’s Direct Operating Costs (DOC), which in Bauhaus Luftfahrt’s first
analysis have been calculated to be only 0.8 per cent higher than those of the
conventionally powered reference aircraft. On the one hand, a decrease of just ten
per cent in electric energy prices would alter the slight DOC disadvantage of the
Ce-Liner into a three per cent advantage. If the real maintenance cost for the Ce-
Liner’s high-temperature superconducting (HTS) motors, on the other hand, would
turn out to be 20 per cent higher than specified in literature, the DOC disadvantage
of the electric aircraft would further increase to 1.1 per cent.
56
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Bei der Abschätzung der Wartungskosten von Hochtemperatur-
Supraleitungs-Motoren (HTS) und den damit verbundenen Flugzeugsystemen
kamen erste vom Bauhaus Luftfahrt entwickelte
Methoden zum Einsatz, die den Wegfall von Kraftstoff- und Hy draulik
systemen oder die fehlende Hilfsgasturbine genauso berücksich
tigten wie die erforderliche Anpassung der elektrischen Bordsysteme.
Aufgrund des geringen Technologiereifegrades stellt sich
die Abschätzung der HTS-Wartungskosten allgemein als schwieriger
heraus als bei kerosinbasierten Antrieben. In der gängigen
Fachliteratur wird darauf verwiesen, dass HTS-Motoren zuverlässiger
als Gasturbinen arbeiten und weniger Wartung benötigen. Da
sich HTS-Motoren für Luftfahrtanwendungen aber derzeit noch im
Forschungsstadium befinden und ihre Wartungskosten daher unbekannt
sind, wurden jene von Onshore-Windkraftanlagen einer
ver gleichbaren Leistungsklasse herangezogen.
Wendete man zudem die Entgeltmodelle heutiger Flughäfen
an, verursachten elektrisch angetriebene Flugzeuge durch ihr größeres
Gewicht nicht nur signifikant höhere Lande- und Navigationsgebühren
sowie höhere Personalkosten für die Besatzung. Auch
die direkten Wartungskosten der Flugzeugzelle würden durch das
Mehrgewicht erhöht.
Die Analyse des Bauhaus Luftfahrt ergab, dass die laufenden
Batterieaufwendungen die Flugzeugfixkosten um bis zu 23 Prozent
erhöhen. Potenziell könnten die Wartungskosten der HTS-Motoren
zwar deutlich geringer ausfallen als die von konventionellen Turbofan-Triebwerken,
jedoch reduzierten die gewichtsbedingt hohen
In standhaltungsaufwendungen für die Flugzeugzelle den gesamten
Wartungskostenvorteil auf nur noch vier Prozent. Nach heu tigen
Durchschnittspreisen ergeben sich weitere zwei Prozent Ersparnis
bei den Energiekosten. Rechnet man auch die Kosten für
Besatzung, Umweltabgaben sowie Flughafen- und Navigationsgebühren
hinzu, zeichnet sich am Ende ab, dass im Vergleich zu weiterentwickelten
konventionellen Antrieben ein kostenneutraler Betrieb
vollelektrischer Flugzeuge möglich sein könnte. Unterschiedliche
Entwicklungen der volatilen Elektrizitäts- und Kerosinpreise
können dieses Ergebnis aber stark beeinflussen.
be considered. Instead, a further adjustment had to be effected for
the onboard electric power system. Developing an approach to determine
the engine maintenance costs for universally electric aircraft
proved to be more difficult compared to new kerosene-based
propulsion technology at given technology readiness levels. Especially
for the HTS motors, it is only stated in literature that superconducting
electric motors require less maintenance while having a
higher reliability than gas turbines. As HTS motors for aeronautical
use are still undergoing research, their maintenance costs are unknown
as of today. Therefore, Bauhaus Luftfahrt used average operation
and maintenance costs for on-shore wind turbines that
maintenance costs for motors and generators are similar for this
Megawatt power output class.
Applying today’s airport charges to electrically powered aircraft,
their significantly higher take-off and maximum landing
weights result in higher landing and navigation charges, flight crew
costs and airframe direct maintenance costs.
Bauhaus Luftfahrt’s assessment highlighted that the batteries
of an electric aircraft would raise the overall cost of ownership
by 23 per cent. Engine direct maintenance costs of HTS motors
show potential to be significantly lower in comparison to conventional
turbofan architectures, but higher airframe maintenance expenditures
due to the weight penalty of electric aircraft would
reduce the overall maintenance cost advantage to a mere four per
cent. A further two per cent reduction in required energy costs was
calculated based on current average fuel and electricity prices. As
soon as crew costs as well as environmental, airport and navigation
charges were also taken into account, it became apparent that
a cost-neutral operation of electrically-powered aircraft in comparison
to advanced combustion technologies could be pos sible.
However, it should be noted that opposing trends for electricity
and fuel costs would always be highly influential to the final cost
comparison.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 57

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Einfluss von elektrisch
an getriebenen Flugzeugen
auf den Batterie- und
Energie bedarf für Deutschland
Impact of electrically powered
transport aircraft on energy
and battery demand for
Germany
Mit einem Einzug der Elektromobilität in die kommerzielle Luftfahrt
würde zweifelsohne auch ein höherer Bedarf an elektrischer Energie
einhergehen. Setzte man zudem austauschbare Batteriecontainer
ein, würde zudem zusätzlicher Raum für deren Lagerung und
Aufladung an Flughäfen erforderlich. Um besser zu verstehen, welche
Auswirkungen der flächendeckende Einsatz von elektrischen
Luftfahrzeugen für die Flughäfen haben würde, hat das Bauhaus
Luft fahrt eine detaillierte Projektion des zukünftigen Strom- und
Bat teriebedarfs durchgeführt.
Mit dem Ce-Liner-Konzept als möglichem Ersatz der heutigen
Standardrumpfflugzeuge könnten 54 Prozent aller Flüge von und
nach Deutschland im Jahr 2012 ersetzt werden. Würden auch zukünftige
Regionalflugzeuge elektrifiziert, würde sich dieser Anteil
auf 81 Prozent erhöhen.
Im Jahr 2011 wurden in Deutschland 541.000 Gigawattstunden
(GWh) an elektrischer Energie verbraucht. Der Güter- und Personentransport
hatte daran nur einen Anteil von drei Prozent. Mit
Luftverkehrsdaten von 2012 hat das Bauhaus Luftfahrt die Auswirkungen
von elektrischer Luftfahrt auf den täglichen Energiebedarf
und die Anzahl der für den Betrieb benötigten Batterien an deutschen
Flughäfen abgeschätzt. Ersetzte man nur alle heutigen Flüge
mit Flugzeugen der Airbus A 320- und Boeing 737-Familien von und
nach Deutschland durch den Ce-Liner, würde die Luftfahrt deutschlandweit
einen jährlichen Bedarf von 9.750 GWh an elektrischer
Energie haben, gerade einmal zwei Prozent des jährlichen Gesamtbedarfs.
Wie viele einzelne Batterien für die Bereitstellung dieser En ergie
erforderlich würden, hängt stark von ihrer Aufladezeit ab. Für
seine Analyse hat das Bauhaus Luftfahrt Ladezeiten zwischen einer
und zwölf Stunden untersucht. An einem üblicherweise sehr
betrieb samen Freitag am Flughafen München müssten bei einer
mittleren Ladezeit von sechs Stunden ungefähr 1.230 Batteriecontainer
vorgehalten werden, um eine ausreichende Versorgung
sicherzu stellen.
>
The envisioned advent of electro mobility in commercial aviation
will undoubtedly result in a higher demand for electrical energy.
Pro viding this in interchangeable battery containers will more over
result in additional space requirements for container storage and
re charging at airports. To better understand the implications a
widespread implementation of electric aircraft would have for airports,
Bauhaus Luftfahrt has carried out a detailed projection of the
future electrical energy and battery demand.
Using the Ce-Liner as a possible replacement of today’s single
- aisle aircraft, a replacement potential of 54 per cent for all flights
to and from Germany was determined using scheduled air traffic
data from 2012. Assuming that future regional aircraft would also
use electric propulsion, the replacement potential of today’s fleet
increases to 81 per cent.
In Germany, 541,000 gigawatt-hours (GWh) of electric energy
were consumed in 2011. Transportation only has a share of three
per cent. Scheduled air traffic data from 2012 lead Bauhaus Luftfahrt
to a first estimation of how far E-Aviation would impact electric
energy demand and how many batteries would be required
during operational hours. Replacing all flights operated by Airbus
A320 and Boeing 737 family aircraft in 2012 to and from Germany
would lead to an annual electric energy demand of 9,750 GWh, a
mere two per cent of the overall electric energy consumed in Germany
every year.
A breakdown of the number of battery containers needed for
these flights strongly depends on the required recharging time. For
its analysis, Bauhaus Luftfahrt investigated recharging times between
one and twelve hours. Assuming a typically busy Friday of
operations at Munich Airport and a recharging time of six hours for
each battery container, roughly 1,230 batteries would be needed
on stock to avoid a shortfall in battery supply.
>
58
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
NRN
BRE
HAM
BER (TXL/SXF)
38%
25%
11%
88%
45%
64%
81%
DUS
HAJ
31%
39%
51%
50%
CGN
13%
NUE
73%
40%
51%
HHN
FRA
STR
MUC
18%
51 %
41%
76%
52%
40%
47%
100
Germany
Percentage of annual operations [%]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Regional aircraft
27%
Single-aisle aircraft
61%
Long-haul aircraft
12%
Regional aircraft
(Range ≤1078 nm)
27%
Single-aisle aircraft
(Range ≤1078 nm)
53%
Long-haul aircraft
12%
Single-aisle aircraft
(Range ≥ 1078 nm)
8%
27%
53%
Regional aircraft (Range ≤ 1078 nm)
Single-aisle aircraft (Range ≤1078 nm)
Operational range ≥1078 nm and long-haul aircraft
Flottenmix in Deutschland und an wichtigen deutschen Flughäfen: Die dunkelund
hellblauen Segmente verdeutlichen die Anteile von Standardrumpf- und Regionalflugzeugen.
Diese beiden Kategorien könnten in der Zukunft möglicherweise
durch elektrisch angetriebenes Fluggerät wie den Ce-Liner ersetzt werden. (Quelle:
OAG 2012)
Fleet mix in Germany and at major German airports: The dark and light blue
sections highlight the percentage of narrow-body and regional aircraft operated,
therein representing the percentage of aircraft that could be replaced by electric
airliners such as the Ce-Liner. (Source: OAG 2012)
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 59

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Mit der besagten Sechs-Stunden-Ladestrategie hätte der Flughafen
München allein für den morgendlichen Hochbetrieb zwi schen
neun und zehn Uhr einen Leistungsbedarf von fast 400 Megawatt
sowie einen täglichen elektrischen Energiebedarf von 5,8 GWh.
Die Studie des Bauhaus Luftfahrt konnte die Erwartung bestätigen,
dass längere Ladezeiten die Anzahl der am Flughafen benötigten
Batterien deutlich erhöhen würden, jedoch auch zei gen, dass sich
die maximale elektrische Leistung zugleich erheblich verringern
würde, was zu einem ausgeglichenen elektrischen Energiebedarf
mit niedrigeren Spitzenlasten führen würde.
Eine einstündige Ladestrategie würde die Spitzenlasten während
des Tages um bis zu sechs Prozent des heutigen Energieverbrauchs
erhöhen. Mit einer Zwölf-Stunden-Ladezeit würde sich der
Applying the aforementioned six-hour recharging strategy, Munich
Airport would need a maximum of nearly 400 megawatts of
electric energy for peak hours between 9am and 10am. The daily
electric energy demand would sum up to 5.8 GWh. Bauhaus Luftfahrt’s
study showed that, as expected, longer charging times
would significantly increase the number of required batteries at
the airport. However, the maximum electric capacity could be decreased
significantly by longer charging times, thus leading to a
more balanced electric energy demand with lower peak loads.
For the one-hour recharging strategy, E-Aviation would signi f-
icantly increase the peak loads during the day by up to six per cent
of actual energy consumption. With a recharging time of twelve
hours, overall electric demand would be increased by up to four
elektrische Gesamtbedarf um bis zu vier Prozent erhöhen. Eine > per cent. Another possibility is the recharging of batteries only >
60
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Case A
Case B
ONC
ONC
12h
12h
6h
6h
1h
1h
Maßstabsgetreue Darstellung der am Münchener Flughafen zur Lagerung
und zum Aufladen der Batterien benötigten Fläche in Abhängigkeit vom Lagerungstyp
(Fall A: ebenerdig, Fall B: Lagerung auf drei Ebenen) sowie für
eine Ladedauer von einer, sechs oder zwölf Stunden und für das Laden über
Nacht (Overnight Charging, kurz: ONC): Die Wissenschaftler sind zuversichtlich,
dass der zusätzliche Platzbedarf der Batterien keinen limitierenden Faktor
für die Einführung einer elektrisch betriebenen kommerziellen Luftfahrt darstellt.
Required base area for battery housing and storage in dependency on recharging
times of one, six or twelve hours or overnight charging (ONC) as
well as stacking type (Case A: One level, Case B: Three levels) for Munich
Airport in right scale to existing infrastructure: Researchers at Bauhaus Luft -
f ahrt are confident that the additional space required for battery containers
would not represent a show-stopper for the introduction of E-Aviation.
wei tere mögliche Lösung ist das Aufladen über Nacht, etwa zwischen
22 und sechs Uhr, wenn der allgemeine Energiebedarf niedrig
ist. Für den Flughafen München würde diese Praxis aber den
Bedarf auf bis zu 3.000 Batterien erhöhen, verglichen mit lediglich
290 Bat terien bei der einstündigen Ladestrategie.
Auch wenn größere Flughäfen schon heute kaum noch Flächen
zur Erweiterung haben, kann man davon ausgehen, dass der
zusätzliche Platzbedarf der Batterien keinen limitierenden Faktor
für die Einführung einer elektrischen Luftfahrt darstellt. Gemeinsam
mit der Energieindustrie und verschiedenen Energieforschungsinstituten
wird sich das Bauhaus Luftfahrt daher zukünftig noch detaillierter
mit optimalen Ladestrategien für eine synergetische Einführung
elektrischer Flugzeuge an zukünftigen Flughäfen auseinandersetzen.
at night, when the electrical energy load is low. For Munich Airport,
such an overnight charging option from 10pm to 6am would
increase the demand to nearly 3,000 batteries compared to a demand
of 290 batteries using the one-hour recharging strategy.
Although already today most major airports are constrained
in their operational area, it can be assumed that even the additional
space required for such higher numbers of battery containers
would not represent a show-stopper for the introduction of
E-Aviation. Supported by discussions with the energy industry and
various energy research institutes, further work at Bauhaus Luftfahrt
aims to determine the optimal recharging strategy for a synergetic
implementation of electric airliners at future airports.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 61

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Flightpath 2050:
Beiträge von Technologien
für die Flugzeugkabine
und den Betrieb am Boden
Flightpath 2050:
Contributions of cabin-related
and ground operation
technologies
Im Angesicht der ambitionierten „Flightpath 2050“-Ziele der Europäischen
Kommission rücken neben alternativen Antrieben oder einer
effizienteren Aerodynamik auch Verbesserungen der Flugzeugstruktur
und -kabine sowie Einsparungen durch verbesserte Bodenabfertigung
immer stärker in den Fokus der Wissenschaftler.
Um zu bewerten, welchen Einfluss verschiedene Verbesserungen in
den beiden letztgenannten Bereichen auf die Emission von Kohlendioxid
(CO 2
) haben können, hat das Bauhaus Luftfahrt mehrere
Sensitivitätsstudien mit einem Kurz- bis Mittelstreckenflugzeug
durchgeführt.
Die Passagiersitze machen mehr als 50 Prozent des Gesamtgewichts
einer Flugzeugkabine aus. Selbst durch die Umrüstung
auf moderne Leichtbausitze lassen sich lediglich CO 2
-Einsparungen
von etwa einem Prozent realisieren. Langfristig gesehen werden
solche marginalen Einsparungen aber von den stetig steigenden
Körpermaßen und -gewichten der Passagiere wieder mehr als
aufgezehrt. Im Jahr 2010 waren amerikanische Männer und Frauen
im Durchschnitt 18 beziehungsweise 19 Prozent schwerer als
im Jahr 1960. Diese Veränderung des menschlichen Körpers führt
demnach zu einem erhöhten Bedürfnis nach Freiraum, der von den
Fluggesellschaften mit breiteren Sitzen und mehr Beinfreiheit beantwortet
werden kann. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, würde
dies zu einer um 2,8 Prozent höheren CO 2
-Emission im Jahr 2050
führen.
Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten, geht der Trend
schon heute in Richtung größerer Rumpfquerschnitte, um Platz für
geräumigere Kabinen zu schaffen. Deren zusätzliches Volumen
kann nicht nur der Bein- und Ellbogenfreiheit der Passagiere zu
Gute kommen, sondern durch neuartige Kabinenkonzepte im Einklang
mit reduzierten Küchen- und Toilettenflächen auch dazu genutzt
werden, eine höhere Anzahl an Sitzplätzen einzubauen. Nur
so lässt sich der aerodynamisch und strukturell bedingte Nach- >
In view of the European Commission’s ambitious “Flightpath 2050”
emissions reduction targets, airframe-related contributions, such
as structural changes of the cabin and fuselage design, as well as
saving potentials in line with improved ground operation processes
are constantly gaining importance in research at Bauhaus Luftfahrt.
In order to estimate the impact improvements may have on
overall carbon dioxide (CO 2
) emissions, the researchers have carried
out several separate sensitivity studies for a short- to mediumhaul
aircraft.
Passenger seats account for over 50 per cent of the total cab
in outfitting weight. Even the installation of modern lightweight
seats provides CO 2
savings of just one per cent, a small advantage
that in the longer term could easily be outweighed by the constant
growth of the passengers’ average body height and weight. In
2010, an average American man was 18 per cent heavier and a
woman 19 per cent heavier compared to 1960. These changes in the
human body result in an increased demand for individual space,
which can be answered by airlines with wider seats and increased
legroom. If these trends continue, this would lead to 2.8 per cent
higher CO 2
emissions by the year 2050.
To keep up with this development, recent trends show increasing
cross-section sizes that allow more spacious cabins. The
additional volume however is rarely used to increase seat width or
legroom for passengers. Instead, new seating concepts aim at the
installation of additional seats, often in line with a reduced number
of lavatories and galleys or a reduced seat pitch. In this way, the
structural and aerodynamic penalties of larger fuselage diameters
of around 1.8 per cent can hence be turned into an advantage in
the CO 2
emission per passenger. In the analysis of Bauhaus Luftfahrt,
such a passenger packing density enhancement represents
the potential to reduce CO 2
emissions per passenger by up to six
per
>
cent.
62
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
CO 2
emissions reduction per passenger kilometre
on mission level, 500 nm off-design [%]
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10 15 20 25 30
Dispatch towing
Electric taxiing
Taxi-out time
[minutes]
Zwei Alternativen für einen emissionsärmeren Rollvorgang von und zur Startbeziehungsweise
Landebahn: Das Bauhaus Luftfahrt untersuchte die CO 2
-Einsparpotenziale
bei der Zuhilfenahme von Hochgeschwindigkeits-Flugzeugschleppern
und beim elektrischen Rollen mittels ins Fahrwerk integrierter Elektromotoren.
Abhängig von der Dauer des Rollvorgangs ließen sich mit beiden Strategien spürbare
CO 2
-Einsparungen realisieren.
Two alternatives for lower-emission aircraft taxiing to and from the runway:
Bauhaus Luftfahrt compared the CO 2
reduction potentials of procedures like dispatch
towing with high-speed tow trucks or electric taxiing using electric motors
integrated into the landing gear. Depending on the taxi time, both strategies could
lead to significant CO 2
reductions.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 63

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Cabin interior weight reduction
Future passenger weight
Fuselage diameter enlargement
Cabin concepts for higher density
Fuselage built of carbon-fibre
reinforced plastics
Cabin energy demand reduction
Total cabin and fuselage
On-block Auxiliary
Power Unit substitution
Turnaround time reduction
Electric taxi or dispatch towing
Air traffic management
efficiency improvements
CO 2
emissions reduction
per passenger kilometre [%]
Total operations
4
2
0
–2
–4
–6
–8
–0.96
2.80 1.80
–6.00 –4.00 –0.16 –6.52 –0.60 –0.001 –3.00 –2.60 –6.20
Airframe (cabin and fuselage)
Operations
Breites Spektrum an Verbesserungsmöglichkeiten: Die Analyse des Bauhaus
Luftfahrt konnte in und an der Flugzeugzelle (orange) und im operationellen Bereich
(blau) zahlreiche ungenutzte Potenziale zur Verringerung des CO 2
-Ausstoßes
aufzeigen.
Broad spectrum of possible improvements: The analysis carried out by Bauhaus
Luftfahrt highlighted numerous unutilised CO 2
reduction potentials in the range of
airframe (orange) and operations (blue).
64
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
teil der um bis zu 1,8 Prozent höheren CO 2
-Emissionen eines größeren
Rumpfes in der CO 2
-Bilanz pro Passagier in einen Vorteil umkehren.
Für eine solche Erhöhung der Passagierdichte ergab die
Analyse des Bauhaus Luftfahrt ein Potenzial zur Verringerung der
CO 2
-Emissionen um bis zu sechs Prozent.
Durch operationelle Verbesserungen ließen sich ebenfalls
Einsparungen erzielen. Schon auf dem Weg zwischen Start- oder
Landebahn und dem Gate können Verbesserungen realisiert werden,
wie die Wissenschaftler anhand eines Vergleichs von zwei unterschiedlichen
Ansätzen zeigen konnten: den Ein satz von schnellen
Schleppfahrzeugen, die das Flugzeug bis zum Erreichen der
Startbahn schleppen, und elektrisches Rollen mit im Fahrwerk installierten
Elektromotoren, die ein autarkes Vor- und Rückwärtsmanövrieren
des Flugzeugs ermöglichen. Damit könnten bei einer
Rollzeit von 15 Minuten, in die aber auch das Auf wärmen der Triebwerke
vor dem Start und der Abkühlprozess nach der Landung eingerechnet
werden, bis zu drei Prozent CO 2
eingespart werden.
Mit der Identifikation wichtiger Treiber und CO 2
-Einsparungspotenziale
stellt die Analyse des Bauhaus Luftfahrt eine wertvolle
Hilfe für die Entwicklung zukünftiger Technologie-Roadmaps zur
Erfüllung der „Flightpath 2050“-Ziele dar. Zudem konnte die Studie
aufzeigen, dass sich allein durch Verbesserungen in Flugzeugzelle
und -kabine sowie in der Bodenabfertigung insgesamt mehr als
zwölf Prozent der CO 2
-Emissionen einsparen ließen. Zur Erreichung
der ambitionierten Ziele sind jedoch noch weitaus größere Einsparungen
von Nöten.
In the analysis, operational aspects also yielded room for potential
improvements. Significant savings could even be achieved during
taxiing between runway and terminal, as the analysis on the basis
of two different approaches has proven: dispatch towing with a
high-speed tug until the aircraft reaches the runway and taxiing
with electric motors installed in the landing gear allowing the
aircraft an autarkic forward and backward manoeuvring on the
airfield. Both strategies highlighted a potential to reduce CO 2
emissions
by around three per cent assuming a 15-minute taxi time,
since the engines must be warmed up prior to departure and have
to cool down after landing.
With the identification of significant drivers and CO 2
reduction
potentials, Bauhaus Luftfahrt’s analysis aims to provide a valuable
aid for the development of technology roadmaps leading towards
the fulfilment of the “Flightpath 2050” requirements. Moreover,
the study highlighted that improvements to airframe and
operations could add up to CO 2
reductions of more than twelve per
cent. A fulfilment of the ambitious industry targets would however
require a much greater effort in CO 2
reduction.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 65

66
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.
2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Parametrische Entwurfsstudien
für Flugzeugkonzepte mit
„Propulsive Fuselage“
Parametric design studies for
“propulsive fuselage” aircraft
concepts
Das Auflösen der klassischen funktionalen Trennung zwischen
Flug zeugstruktur und -antrieb, beispielsweise durch die verteilte
Erzeugung von Schub entlang wichtiger Komponenten der Flugzeugzelle,
stellt einen Schwerpunkt der Forschung am Bauhaus
Luftfahrt dar. Als eines der vielversprechendsten Konzepte hierfür
wird die Installation eines umlaufenden Schuberzeugers am hinteren
Ende des Flugzeugrumpfes gesehen, wie er erstmals im Jahrbuch
2011 skizziert wurde. Ein solcher „Propulsive Fuselage“, der
die rumpfnahe Grenzschicht einsaugt und beschleunigt, könnte
den Widerstand des Flugzeugrumpfes signifikant senken. Im Jahr
2013 hat das Bauhaus Luftfahrt erstmals konkrete Entwurfsstudien
für diese neue Antriebskonfiguration durchgeführt.
Jeder umströmte Flugzeugkörper verursacht, bedingt durch
Reibungs- und Formeffekte, einen Impulsverlust im Strömungsnachlauf.
Dieser muss, ähnlich wie der restliche Schubbedarf eines
Flugzeuges, durch eine Übergeschwindigkeit im Antriebsstrahl
kompensiert werden. Je geringer diese von den Triebwerken erzeugte
Übergeschwindigkeit ist, desto besser gestaltet sich die
Energieeffizienz des Flugzeugs. Die konkreten Analysen des Bauhaus
Luftfahrt haben nun bestätigt, dass der Propulsive Fuselage
durch die Auffüllung der rumpfnahen Grenzschicht sehr effizient
dazu beitragen kann, diese Übergeschwindigkeit zu reduzieren.
Die technische Umsetzung dieser Idee unterliegt jedoch geometrischen
Einschränkungen, etwa durch die notwendige Bodenfreiheit
beim Abheben. Um diese zu umgehen und gleichzeitig die notwendige
Antriebsredundanz sicherzustellen, schlagen die Wissenschaftler
vor, den Propulsive Fuselage zunächst ausschließlich >
Breaking with the classical separation of airframe and power plant
system is one of the key research areas at Bauhaus Luftfahrt. Synergies
could, for example, be expected from the distribution of
thrust production along the main components of the airframe. One
of the most promising concepts is seen in the concept of a shrouded
propulsor encircling the aft fuselage that was first described in
the 2011 yearbook. A so-called “propulsive fuselage” is aimed at
significantly reducing fuselage drag by ingesting and accelerating
the fuselage boundary layer. In 2013, Bauhaus Luftfahrt conducted
first concrete parametric design studies of this novel propulsion
configuration.
Every aircraft body immersed in a flow field develops a momentum
deficit in the wake flow, mainly emanating from skin friction
and form effects. This deficit needs to be compensated by an
equivalent excess momentum generated by the propulsion system
via an excess velocity. Reducing this velocity would significantly
increase the energetic efficiency of the aircraft. Analyses by Bauhaus
Luftfahrt have confirmed that the principles of boundary layer
ingestion and wake filling could effectively contribute to such a
reduction of excess velocity. In practice, the said reduction is subject
to geometric limitations of the propulsive device such as
ground clearance during take-off rotation. To avoid such limitations
and moreover to ensure propulsion system redundancy, researchers
at Bauhaus Luftfahrt suggested using a fuselage fan
primarily designed to recover the occurring wake momentum deficit,
while all residual thrust required is delivered by conventional
podded power plants.
>
Schematische Darstellung des Prinzips der Grenzschichtauffüllung für ausgewählte
„Propulsive Fuselage“-Konfigurationen im Kontrast zur konventionellen
Triebwerksanordnung: Der Impulsverlust im Strömungsnachlauf des Rumpfes
muss wie auch der restliche Schubbedarf des Flugzeugs durch einen äquivalenten
Impulsüberschuss in Form einer Übergeschwindigkeit ΔV P
aus dem Antriebssystem
aufgewogen werden. Die Nutzung der Grenzschichtauffüllung stellt eine wirksame
Möglichkeit zur Reduktion von ΔV P
und somit zur Verbesserung der Energieeffizienz
des Flugzeugs dar („Propulsive Fuselage“-Fälle B bis D).
Schematic visualisation of the wake-filling principle in selected propulsive
fuselage configurations in contrast to conventional propulsion integration:
The momentum deficit in the wake flow of the fuselage as well as the residual aircraft
thrust requirement needs to be balanced by an equivalent excess momentum
generated by the propulsion system via an excess velocity ΔV p
. The utilisation of
wake filling is an effective means of reducing ΔV P
and thus to improving the overall
energetic efficiency of the aircraft (propulsive fuselage cases B through D).

Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 67
V ∞
V w
(X, Z)
V ∞
+ ΔV p
Z
X
Classic podded power plant arrangement without fuselage wake filling
Geometrically unconstrained propulsive fuselage device applied to overall
aircraft thrust requirements including ideal fuselage wake filling
Propulsive fuselage device applied to overall aircraft thrust requirements
including ideal fuselage wake filling under geometric constraints
Propulsive fuselage device applied to ideal fuselage wake filling only,
required residual aircraft thrust provided by podded power plants
Fuselage boundary layer
Propulsion system jet flow field
Jet momentum equivalent for ideal fuselage wake compensation
Jet momentum equivalent for aircraft residual thrust requirement

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Power saving coefficient (PSC) [%]
50
40
30
20
10
0
–10
–20
–30
–40
0 10 20 30 40 50
Ingested drag ratio (ß = D ing
/F N
) [%]
Schaubild des Leistungseinsparpotenzials (PSC) in Abhängigkeit vom Anteil
des relativen eingesaugten Flugzeugwiderstands (ß) und von der relativen
Ver änderung des Antriebswirkungsgrades (Δη rel
): Für die untersuchte „Propulsive
Fuselage“-Ausführung hat das Bauhaus Luftfahrt identifiziert, dass durch die
Grenzschichteinsaugung der Gesamtwiderstand des Flugzeugs um 20 bis 25 Prozent
abnimmt. Damit verbunden wurde abgeschätzt, dass die einhergehenden Verluste
im Antriebssystem eine etwa 15-prozentige Verringerung des Wirkungsgrads
verursachen würden. Beide Effekte zusammengenommen ergeben in der Analyse
für den Propulsive Fuselage ein Leistungseinsparpotenzial von bis zu zehn Prozent
gegenüber dem konventionellen Referenzflugzeug.
Chart of power-saving potentials (PSC) as function of ingested drag ratio (ß)
and relative change in propulsion system efficiency (Δη rel
): For the investigated
propulsive fuselage design, Bauhaus Luftfahrt identified a reduction of overall
aircraft drag between 20 and 25 per cent due to boundary layer ingestion. The corresponding
losses in the propulsion system were estimated to be of the order of 15
per cent efficiency reduction. Taking both effects into account, the analysis yielded
power-saving potentials (PSC) of up to ten per cent for the propulsive fuselage compared
to a conventional reference aircraft.
68 Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
zum Zweck der Grenzschichtauffüllung zu nutzen. Der restliche
Schubbedarf würde dann durch konventionell installierte Triebwerke
bedient.
Um bei dieser und anderen Auslegungen des Propulsive Fuselage
zu analysieren, welche Effizienzverbesserungen die Grenzschichtauffüllung
mit sich bringt, nutzt das Bauhaus Luftfahrt
den sogenannten „Leistungseinsparkoeffizienten“ (englisch: Power
Saving Coefficient, kurz: PSC), der vom Triebwerkshersteller General
Electric entwickelt wurde. Damit lässt sich die Verringerung der
erforderlichen Antriebsleistung direkt mit einer konventionellen
Antriebsanordnung vergleichen. Erste Untersuchungen mit dieser
Metrik haben den Forschern verdeutlicht, dass mit einem steigenden
Anteil des eingesaugten Rumpfwiderstands auch das Einsparpotenzial
größer wird. Zudem ermöglicht diese Metrik, die durch
die Einsaugung der Rumpfgrenzschicht zusätzlich im Antriebssystem
auftretenden Verluste mit zu berücksichtigen.
Trotz dieser Verluste konnte das Bauhaus Luftfahrt für das
„Propulsive Fuselage“-Konzept ein Leistungseinsparpotential von
bis zu zehn Prozent gegenüber einer konventionellen Triebwerkinstallation
identifizieren. Unter Berücksichtigung flugzeugseitiger
Kaskadeneffekte konnte dieses Potenzial in Form einer 11,7-prozentigen
Verbesserung der energiespezifischen Reichweite (ESAR)
bestätigt werden. Als Referenz hierfür diente ein technologisch
vergleichbares Referenzflugzeug mit konventionell installierten
Getriebefans und einem Nebenstromverhältnis von 18.
Zukünftige Arbeiten des Bauhaus Luftfahrt werden sich auf
eine präzisere Bestimmung der zuvor identifizierten aerodynamischen
Verluste innerhalb der Antriebssystemgrenze konzentrieren.
Ferner werden die Wissenschaftler geeignete Lösungen für die
Integration des „Propulsive Fuselage“-Antriebsstrangs untersuchen,
beispielsweise auf Basis neuartiger, hybridelektrischer Optionen
der Energieübertragung.
To conveniently measure the efficiency improvement due to wake
filling for any propulsive fuselage design, Bauhaus Luftfahrt uses
the so-called “Power-saving coefficient” (PSC) proposed by General
Electric Aircraft Engines. With this metric, the reduction of
the instantaneous power required to operate the aircraft can be
directly compared to conventional propulsion architectures. First
analyses have highlighted that by increasing the relative share of
ingested aircraft drag, the saving potentials improve accordingly.
Moreover, this metric allows researchers to also account for additional
losses in the propulsion stream tube and the associated
reduction of propulsion system efficiency.
Despite the internally incurring losses, Bauhaus Luftfahrt’s
first parametric sizing studies of the propulsive fuselage power
plant system highlighted up to ten per cent power-saving potential
in comparison to conventional podded power plants. The powersaving
and efficiency potentials were found echoed in terms of
vehicular efficiency. Capturing the aircraft-level cascade effects of
reduced propulsive power demand, the aircraft’s Energy Specific
Air Range (ESAR) improved by 11.7 per cent relative to a technologically
similar reference aircraft equipped with under-wing podded
geared turbofans featuring a bypass ratio of 18.
Future work at Bauhaus Luftfahrt will focus on the improved
prediction of aerodynamic losses in the propulsion system stream
tube control volume. Also, suitable solutions for the design integration
of the propulsive fuselage power supply will be explored.
This includes novel ways of power transmission to the large fuselage
propulsor such as hybrid-electric power train options.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 69

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Langfristige Perspektiven
jenseits von Biokraftstoffen
erster und zweiter Generation
Long-term perspectives
beyond first- and secondgeneration
biofuels
Die Verwendung „klassischer“ Energiepflanzen wie Raps oder Mais
zur Kraftstoffproduktion birgt das Risiko einer Konkurrenz zwischen
der energetischen Nutzung und der Produktion von Nahrungs- und
Futtermitteln. Ein weiteres Problem von Biokraftstoffen besteht in
der geringen Effizienz entlang ihrer Produktionsketten. Hierfür ist
zum einen die photosynthetische Umwandlung von Sonnenenergie
in Biomasse mit einer Effizienz von höchstens zwei Prozent und
zum anderen die aufwändige und verlustreiche Konversion der Biomasse
in flüssige Kraftstoffe verantwortlich. Aufgrund dieser Limitierungen
sind Kraftstoffe auf Basis klassischer Biomasseformen
vermutlich nicht geeignet, um die ökologischen Herausforderungen
und Versorgungsprobleme der Luftfahrt langfristig und nachhaltig
zu lösen.
Eine mögliche Lösung besteht daher in der Entwicklung von
Pro duktionswegen, die über die Nutzung herkömmlicher Biomassetypen
hinausgehen oder gänzlich unabhängig von biogenen Rohstoffen
sind. Daher hat das Bauhaus Luftfahrt Optionen wie Mikroalgen
als unkonventionelle Biomassequelle (Seite 34) oder die solarthermisch
getriebene Kraftstoffproduktion (Seite 36) betrachtet.
Weitere interessante Ansätze basieren auf der Nutzung elektrischer
Energie. Hierbei werden, analog zum natürlichen Prozess der Photosynthese,
die anorganischen Verbrennungsprodukte Kohlendioxid
(CO 2
) und Wasser (H 2
O) unter Bildung reduzierter Kohlenstoffverbindungen
„energetisiert“, allerdings durch Zufuhr elektrischer Energie
und ohne Bildung von Biomasse als Energiezwischenspeicher.
Die elektrisch getriebene Reduktion von CO 2
kann auf verschiedene
Arten erfolgen: Auf technischem Wege wird die Elektrizität
direkt zur Elektrolyse von Wasser genutzt. Der gebildete Wasserstoff
(H 2
) wird anschließend mit CO 2
in einer sogenannten „inversen
Wassergas-Shift-Reaktion“ unter Bildung von Kohlenmonoxid (CO)
umgesetzt. Das resultierende Synthesegas, ein Gemisch aus H 2
und
CO, kann in einem Fischer-Tropsch-Prozess zu Kohlenwasserstoffverbindungen
reagieren, die mit etablierten Verfahren auch zu Kerosin
weiterverarbeitet werden können. Obwohl diese Prozesskette noch
nicht kommerziell eingesetzt wird, sind alle Teilschritte für eine mittelfristige
industrielle Implementierung bereits ausreichend entwickelt.
>
Utilisation of “classic” energy plants like rapeseed or maize for fuel
production involves the risk of negative competition between the
energetic use on the one hand and the production of food and fodder
on the other. Another problem associated with biofuels lies in
the low overall efficiency of their production chains. This problem
is primarily caused by the photosynthetic conversion of solar energy
to biomass with its generally low efficiency of two per cent at
most and secondarily by the subsequent complex and loss-making
procedure of converting the biomass into fuels. Due to these limitations,
fuels based on “conventional” biomass are probably not
suit ed for sustainably meeting the long­term challenges of commercial
aviation, namely securing fuel supply and reducing the
ecological footprint.
The development of production pathways that go beyond utilising
conventional biomass or are even independent of biogenic
feedstock represents a conceivable solution. Therefore, Bauhaus
Luft fahrt analyses options like microalgae as an unconventional
bio mass source (page 34) or solar-thermally driven fuel production
(page 36). Other interesting approaches make use of electric energy
to energise the inorganic combustion products carbon dioxide (CO 2
)
and water (H 2
O), converting them, analogous to the natural process
of photosynthesis, into reduced carbon compounds. In contrast to
photosynthesis, electricity is used instead of solar energy and the
formation of biomass as temporary storage is avoided.
There are different ways for the electricity-driven reduc tion of
CO 2
. In a technical approach electricity is used to electrolyse water.
A part of the formed hydrogen (H 2
) is subsequently reacted with CO 2
in a so-called water-gas shift reaction, yielding reactive car bon monoxide
(CO). The resulting mixture of H 2
and CO, often re ferred to as
synthesis gas, is then converted into a complex blend of hydrocarbon
compounds in a Fischer-Tropsch process. These hydrocarbon
compounds can be processed into kerosene and other fuels through
conventional refining techniques. Despite the fact that this process
chain has not been realised at commercial scale yet, the technical
maturity of all individual process steps is suf ficiently far advanced
for a mid-term industrial implementation.
>
70
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Renewable electricity
(electrons)
Electrolysis of water H 2
O + Energy
H 2
+
Reverse water-gas shift
CO 2
+
H 2
CO
+
H 2
O
Fischer-Tropsch synthesis
CO
+
2H 2
„CH 2
“
+
H 2
O
Renewable jet fuel
Die vom Bauhaus Luftfahrt betrachtete technische Nutzung von Elektrizität
zur Kraftstoffproduktion sieht drei verschiedene Reaktionsschritte vor:
Zuerst wird Wasserstoff (H 2
) durch die Elektrolyse von Wasser (H 2
O) gewonnen.
Dieser wird anschließend in einer sogenannten „inversen Wassergas-Shift-Reaktion“
genutzt, in der Kohlenmonoxid (CO) entsteht. Ein Gemisch aus H 2
und CO,
auch Synthesegas genannt, lässt sich anschließend in einem Fischer-Tropsch-
Prozess zu Kohlenwasserstoffverbindungen umsetzen, die hier allgemein als
„CH 2
“ ausgedrückt werden. Daraus kann durch konventionelle Raffination auch
Kerosin gewonnen werden.
Bauhaus Luftfahrt considered a technical utilisation of electricity for fuel production
which would consist of three reaction steps: Electrolysis of water (H 2
O)
represents the first step. The formed hydrogen (H 2
) is then reacted with carbon
dioxide (CO 2
) in a so-called water-gas shift reaction, resulting in carbon monoxide
(CO). A mixture of H 2
and CO, often referred to as synthesis gas, is subsequently
converted to a blend of hydrocarbon compounds, generally expressed as “CH 2
”
here, in a Fischer-Tropsch process. The yielded hydrocarbon compounds can be
processed into jet fuel and other fuels through conventional refining techniques.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 71

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Technologisch weit weniger entwickelt ist ein neuartiger Ansatz
zur mikrobiellen Produktion sogenannter „Electrofuels“. Dabei wird
die Fähigkeit bestimmter Mikroorganismen ausgenutzt, mit Hil fe
elektrischer Energie aus CO 2
reduzierte Kohlenstoffverbindun gen
aufzubauen und abzugeben. Die Reaktion kann auf direktem oder
indirektem Wege ablaufen. Auf letzterem erfolgt die Elektronenaufnahme
nicht durch die Mikroorganismen, sondern indirekt über
eine elektrolytische Reduktion anorganischer Verbindungen an
der Elektrode, hier unter Bildung von H 2
. Bestimmte Mikroben können
diese Reduktionsprodukte metabolisieren und mit Hilfe der so
ge wonnenen Energie aus CO 2
und H 2
O Kohlenwasserstoffverbindungen
synthetisieren. Diese Verbindungen sind nach dem derzeitigen
Stand der Forschung noch nicht unmittelbar als Kraftstoff einsetzbar,
zukünftige Entwicklungen könnten jedoch eine elektrisch
getriebene, direkte mikrobielle Kerosinproduktion ermöglichen.
Mit seiner Methodenkompetenz in der Ökobilanzierung und
Zukunftstechnologieanalyse wird das Bauhaus Luftfahrt die Po tenziale
und Risiken dieser und anderer Konzepte zukünftig de taillierter
untersuchen. Die Prozesse werden dabei auf Basis der ihnen zugrundeliegenden
Technologien und physikalisch-chemischen Prinzipien
analysiert und in einem Multi-Kriterien-Ansatz bewertet.
Far less technologically mature is a novel approach for microbial
production of so-called “electrofuels”. This approach takes ad vantage
of the capability of certain microbes to utilise electric energy
for the formation of reduced carbon compounds from CO 2
. The reduced
molecules are subsequently excreted into the surrounding
medium. The reaction can proceed via a direct and an indir ect pathway.
In case of the latter, the electron uptake occurs not through
the microbes, but via electrolytic reduction of inorganic compounds
at the electrode, forming hydrogen in the illustrated example. Certain
microorganisms are capable of metabolising such reduction
products and channel the thus gained energy into the synthesis of
hydrocarbon compounds from CO 2
and H 2
O. Even though, at the
current stage of research, these reduced compounds are not yet
suitable as blendstock for fuels, future devel opments might enable
an electrically driven direct microbial jet fuel production.
At Bauhaus Luftfahrt, the potential of these and other technologies
is evaluated in detail with a special focus on life-cycle and
future technology analysis. The latter is based on the underlying
technologies, physical and chemical principles as well as a comprehensive
set of criteria.
72
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Direct pathway
Indirect pathway
Renewable electricity
(electrons)
CO 2
H 2
O
H 2
H +
H 2
O
Renewable electricity
(electrons)
CO 2
Renewable jet fuel
Renewable jet fuel
Der mikrobielle Ansatz zur elektrisch getriebenen Kraftstoffproduktion, der
vom Bauhaus Luftfahrt ebenfalls betrachtet wird, eröffnet zwei mögliche
Verfahrenswege: Die elektrische Energie kann zum einen direkt durch die Mikroorganismen
zur Kraftstoffsynthese mittels Reduktion von CO 2
genutzt werden.
Alternativ kann die Elektrizität den Prozess auch indirekt durch eine vorgelagerte
elektrolytische Reduktion antreiben. Die Mikroorganismen metabolisieren dann
die so gebildeten reduzierten Verbindungen, hier: Wasserstoff. Die so gewonnene
Energie wird dann zur Kraftstoffsynthese genutzt.
The electricity-driven microbial fuel production also considered by Bauhaus
Luftfahrt offers two different pathways: In the first pathway, the electric
energy can be utilised directly by the microbes for fuel production via reduction
of CO 2
. Alternatively, the process can be driven indirectly by electricity via an
upstream electrolytic reaction. The microorganisms metabolise the thus formed
reduced species, here hydrogen. The resulting energy is used for fuel synthesis.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 73

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
QuaNaBioL: Untersuchung der
Nach haltig keit entlang der
Lieferkette von Biokerosin
QuaNaBioL: Assessment of
sustainability along the
aviation biofuel supply chain
Eine der größten Herausforderungen bei der Suche nach zukünfti
gen Alternativen zu fossilen Luftfahrtkraftstoffen liegt in der
Si cher stellung einer ökologisch, ökonomisch sowie sozial nachhaltigen
Produktion. Das Bauhaus Luftfahrt hat sich dieser Herausforderung
im Rahmen eines breiten Engagements in diversen
Gremien sowie anhand des vom Bund geförderten Forschungsprojektes
„Qualität und Nachhaltigkeit bei der Bereitstellung von Biokraftstoff
für die Luftfahrt“ (QuaNaBioL) angenommen.
Im Gegensatz zum Biokraftstoff für den Straßenverkehr wird
Biokerosin bisher nur in kleinen Mengen produziert. Dabei hätten
vor allem die Fluglinien durchaus Interesse daran, es einzusetzen.
Zum einen, um Ihren Beitrag zur Senkung der Kohlendioxid-Emissionen
zu leisten, zum anderen, um ihr Image zu verbessern und um
sich außerdem im Wettbewerb durch ein entsprechendes Angebot
zu differenzieren. Das Bauhaus Luftfahrt hat im Jahr 2013 untersucht,
wo Hindernisse für die Produktion und Nutzung von Biokerosin
liegen und wie diese beseitigt werden könnten. Im Fokus steht
dabei die Nachhaltigkeit der Produktionsweise. Sie muss wirtschaftlich
sein und darf keine negativen ökologischen und sozialen
Auswirkungen mit sich bringen. Im Gegensatz zu chemisch nachweisbaren
qualitativen Eigenschaften lässt sich die Einhaltung der
Nachhaltigkeitskriterien im Endprodukt jedoch nicht prüfen. Da es
noch keine etablierten Marktstrukturen oder -mechanismen gibt,
wird derzeit ein Zertifizierungssystem herangezogen, das die Einhaltung
der Nachhaltigkeitskriterien über eine mehrstufige globale
Lieferkette hinweg überwacht. Den derzeit vorhandenen Zertifizierern
gelingt dies bisher allerdings nur unzureichend, da sie die
Vielzahl der beteiligten Erzeuger und Verarbeiter von Biomasse nicht
direkt kontrollieren können und meist auf deren Selbstauskünfte
an gewiesen sind.
>
Safeguarding ecologically, economically and socially sustainable
production is a major challenge in the search for sustainable future
alternatives to fossil jet fuel. Bauhaus Luftfahrt is actively tackling
this challenge in numerous notable advisory boards as well as the
research project ”Securing Quality and Sustainability of Aviation
Biofuels” (QuaNaBioL), which is funded by the German federal government.
In contrast to the road sector, biofuels for aviation have so far
been produced only in small quantities. Nonetheless, many airlines
actively seek to use biofuels in order to reduce their carbon emissions,
to enhance their public image and to differentiate themselves
from their competitors in the highly competitive aviation
market. Bauhaus Luftfahrt has examined the barriers for the production
and use of aviation biofuels as well as possible solutions,
with special emphasis on sustainable production. The key challenge
is seen in the enhancement of biofuel production which is
economically feasible without creating negative ecological and social
impacts. However, the compliance with sustainability criteria
is physically not observable as it is the case with fuel quality issues
which are based on chemically verifiable contents. As there are
neither market structures nor established market mechanisms, certification
schemes are the only measures to audit adherence to
sustainability criteria along the global and multi­tiered biofuel supply
chain. The current system of certification schemes is considered
in sufficient as there are many processes in the feedstock production
or conversion which are not directly observable or in which the
auditors are mostly dependent on a disclosure of corporate information
of the respective supply chain actor.
>
74
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
(1) Supply chain management for risk avoidance
» Supplier evaluation
» Environmental and social standards as minimum requirements
Suppliers
(multi-tier)
Focal companies
(such as airlines)
» Supplier development and support
» Increased communication and proactive engagement
(2) Supply chain management for sustainable products
Zwei Teilbereiche für ein nachhaltiges Lieferkettenmanagement, die vom
Bauhaus Luftfahrt untersucht wurden: Die Vermeidung von Risiken ist eine
bereits etablierte Managementmethode in umweltschutzrelevanten Bereichen
(orangefarbene Pfeile). Hier gibt ein Unternehmen Mindestkriterien zur Einhaltung
gewisser Nachhaltigkeitsstandards an seine Lieferanten weiter, um sich
gegen das Risiko der Nichteinhaltung dieser Kriterien vertraglich und juristisch
abzusichern. Ein proaktives Management (blaue Pfeile) geht dagegen einen
Schritt weiter, indem es mit seinen Lieferanten in noch engerem Kontakt steht
und bei der Umsetzung der Nachhaltigkeitsstandards mit ihnen kooperiert. In der
Analyse des Bauhaus Luftfahrt gestaltete sich die proaktive Form des Lieferkettenmanagements
besonders effektiv und sinnvoll, wenn tragfähige Strukturen
und Verfahrensabläufe noch nicht etabliert sind.
Two subdomains for sustainable supply chain management analysed at Bauhaus
Luftfahrt: Risk avoidance (orange arrows) is a well-established method in
the management of environmental concerns. A company passes though minimum
requirements for environmental and social standards to its suppliers in order to
avoid risks of non-compliance and to protect itself against legal action. In contrast,
a proactive supply chain management (blue arrows) takes risk avoidance one step
further by getting in close contact with suppliers to support them in implementing
sustainability standards. In the analyses of Bauhaus Luftfahrt, the proactive form of
sustainable supply chain management proved especially effective and valuable if
viable structures and procedures have not yet been established.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 75

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Price negotiation Price negotiation Price negotiation
Conventional
Market-based
Feedstock
production
Processing
and logistics
Biofuel
production
End user
Initial phase
Patriarchal
cooperation
(mid-term)
Feedstock
production
Negotiation + Command and control
End user Processing
Biofuel
and logistics
End user production
End user
Price negotiation, Command and control
Command and control
Price negotiation
Global coordination:
Determination of supply
chain structure
Bilateral coordination:
Directives / instructions
for supply chain actors
Co-ordination
Advanced phase
Cooperative
market
(long-term)
Feedstock
production
Processing
and logistics
Biofuel
production
End user
Price negotiation
Vom Bauhaus Luftfahrt untersuchte Möglichkeiten zur Einflussnahme eines
Endnutzers (beispielsweise einer Fluggesellschaft) auf die Sicherstellung
von Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette alternativer
Kraftstoffe: Konventionell entscheidet der Marktpreis über Menge und Qualität
des Zwischen- oder Endproduktes entlang von Lieferketten. Zur Etablierung tragfähiger
Strukturen und Verfahrensabläufe in einer Anfangsphase kann der Endnutzer
mit allen Lieferanten in engen Kontakt treten und sie bei der Umsetzung von
Nachhaltigkeitsstandards unterstützen und kontrollieren. In einer fortgeschrittenen
Phase kann sich der Endnutzer aus dieser sehr aktiven Rolle wieder zurückziehen,
sollte jedoch weiterhin über Verhandlungen mit allen Lieferanten entlang der
Wertschöpfungskette in engem Kontakt bleiben und so einen kooperativen Markt
aufrechterhalten.
Bauhaus Luftfahrt analysed to what extent end users (such as airlines) can
influence sustainability performance along the entire supply chain of alternative
fuels: In a conventional approach, market prices and price negotiations are
used to define quantity and quality of intermediate and final products. In order to
establish reliable structures and procedures in an initial phase, end users can get in
close contact with all suppliers of the supply chain to support and supervise them
in the implementation of sustainability standards. In an advanced phase, end users
can withdraw gradually from these intense support and control activities and confine
themselves to a coordinating role of the upstream process steps for the purpose
of maintaining a cooperative biofuel market.
76
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Da die Fluglinien sich somit nicht darauf verlassen können, dass die
derzeit verfügbaren Biokraftstoffe tatsächlich nachhaltig pro duziert
wurden, bleiben sie im Zweifel bei konventionellen Kraft stoffen zumal
eine falsche Deklarierung die Gefahr eines erheblichen Imageschadens
für sie birgt. Das Bauhaus Luftfahrt untersuchte daher
Möglichkeiten, wie die Airlines selbst Verantwortung für die Lieferkette
übernehmen können. Zum einen könnten sie die bestehenden
Zertifizierungssysteme weiterentwickeln, bei spielsweise durch die
Schaffung einheitlicher Standards und Auswahlverfahren. Pa r allel
dazu müssten die Zwischenlieferanten durch Schulungsmaßnahmen,
Best Practices und Pilot-Projekte in ih rer Entwicklung unterstützt
werden. Sobald tragfähige Strukturen und Verfahrens abläufe
entstanden sind, könnten die Fluglinien sich dann wieder schrittweise
zurückziehen und sich auf eine koordinie rende Rolle beschränken.
Auch der Einfluss der Politik wurde vom Bauhaus Luftfahrt untersucht.
Sie könnte die Verbesserung der Prozesse unterstützen,
indem sie einheitliche Anreiz- und Kontrollmechanismen für die
nachhaltige Produktion definiert und in bi- beziehungsweise multilaterale
Handelsabkommen integriert. Eine Stabilisierung der Rahmenbedingungen
für den Import von Biomasse würde zur Ausweitung
der Produktion beitragen. Somit könnte eine privatwirtschaftliche
Initiative mit staatlicher Flankierung die Entwicklung eines
ökonomisch, ökologisch und sozial nachhaltigen Biokerosinmarktes
effektiv vorantreiben. In einem nächsten Schritt soll dieses Konzept
am Beispiel weniger Länder detailliert untersucht werden.
Hence, airlines eager to make use of biofuels currently cannot rely
on the fact that available biofuels have been produced in a sustainable
way. As a consequence, they might continue using conventional
fuels in order to avoid incorrect certification, which could
cause severe damage to an airline’s public image. Thus, Bauhaus
Luftfahrt has analysed different approaches in which airlines could
take responsibility for the entire supply chain. On the one hand,
they could contribute to further developing certification schemes ,
especially by implementing common standards and selection criteria.
On the other hand, they could assist supply chain actors by
offering support and training measures, establishing best prac tices
and conducting pilot projects. As soon as stable structu res and
procedures are established and working well, airlines could withdraw
gradually from these upstream process steps and confine
themselves to a coordinating role.
Influences by government policy have also been part of Bauhaus
Luftfahrt’s analysis. Policy-makers could support the process
by defining common incentive and control mechanisms for sustainable
production and by ensuring that these are aligned with bilateral
or multilateral trade agreements. A stable environment for the
import of biofuels would play an important role for the expansion
of production. In sum, a private initiative supported by appropriate
government policy can effectively spur the development of an economically,
ecologically and socially sustainable biofuel market. As
a next step, Bauhaus Luftfahrt aims to focus analyses of such concepts
on a small sample of countries.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 77

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Fliegende Kommunikationsnetzwerke:
Analyse der Netzabdeckung
und zukünftiger
Kapazitätsanforderungen
Airborne communication
networks: Analysis of
network coverage and
future capacity demands
Der wachsende Luftverkehr und neuartige Datendienste ziehen einen
stetig steigenden Bedarf an aeronautischer Telekommunikationsbandbreite
nach sich. Bereits in seinem Jahrbuch 2012 hat das
Bauhaus Luftfahrt diese wesentlichen Treiber identifiziert, evaluiert
und in diesem Zusammenhang ein neuartiges Netzwerkkonzept vorgestellt.
Darin bauen Flugzeuge ein lasergestütztes Basisnetz hoher
Bandbreite nach einem Ad -hoc-Prinzip auf, um Flugpassagieren
den Zugang zum Breitband-Internet bereitzustellen. Um die
Ausfallsicherheit aufgrund von atmosphärischen Einflüssen wie
Wol ken und starken Turbulenzen zu verbessern und die Dienstzugänglichkeit
zu maximieren, würde das Basisnetz lokal durch komple
mentäre Funksysteme erweitert.
Im Jahr 2013 hat das Bauhaus Luftfahrt in Zusammenarbeit
mit dem Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme an der Technischen Universität
München erstmals ein solches Kommunikationsnetzwerk von
Linienmaschinen am Computer simulieren können, um die Machbarkeit
zu verifizieren und zukünftige Potenziale abzuleiten. Die
Si mu lation bildete den Nordatlantischen Flugkorridor ab, wobei
reale Flug routen und Flugleistungsdaten berücksichtigt worden
sind. Die maximale Übertragungsreichweite der in den Flugzeugen
verbauten Telekommunikationssysteme wurde anhand verschiedener
Betrachtungen fest gelegt, wobei sowohl geometrische Begrenzungen
durch die Erdkrümmung und Bewölkung als auch fundamentale
Abschätzungen zum Potenzial der Daten-Übertragung mit
Laserlicht berücksichtigt wurden.
Die Simulation zeigte, dass sich über dem Nordatlantik schon
heute eine ausreichende Anzahl an Flugzeugen in der Luft befindet,
um mit den angenommenen Übertragungsreichweiten eine kontinuierlich
hohe Netzabdeckung von über 97 Prozent zu gewährleisten.
Darüber hinaus konnte das Bauhaus Luftfahrt aus der Simulation
Sta tistiken generieren, die zeigen, dass der durchschnittliche
Abstand zwischen den Flugzeugen die verfügbare Laser-Reichweite
deut lich unterschreitet.
Um zu ermitteln, welche Bandbreiten mit dieser Technik im
Jahr 2035 nötig wären, haben die Wissenschaftler kontinuierlich
stei gende Passagiervolumina in ihre Simulation einbezogen. Damit
gehen ein Anstieg der Flugzeugdichte und eine wachsende
The demand for aeronautical telecommunication capacity is rising
due to increasing air traffic and novel data services. In its 2012
yearbook Bauhaus Luftfahrt reported about the identification and
evaluation of these main drivers and presented a novel network
concept. In this concept aircraft are connected in an ad hoc fashion
via a high­capacity photonic backbone link in order to pro vide
broadband Internet access to passengers. Furthermore, a hy brid
concept is pursued in which complementary radio-frequency technology
is utilised in order to achieve robustness under atmospheric
influences such as clouds and turbulences, and to maximise accessibility.
In 2013, Bauhaus Luftfahrt in cooperation with the Institute
of Aircraft Design at Technische Universität München for the first
time simulated such a communication network of commercial aircraft
for feasibility testing of the concept and to quantify future
bandwidth potentials. The simulation was confined to the North
Atlantic corridor, based on a routing scheme along North Atlantic
Tracks and using real flight schedule databases and aircraft performance
data. The maximum communication distance of the simula t-
ed telecommunication systems considered limitations originating
from line-of-sight transmission, including the geometric range
limit due to earth curvature and cloud density, and by fundamental
assessments of laser­based free­space transmission system performance.
It was found that already the present number of aircraft in
the North Atlantic Corridor has reached a level that enables network
coverage of over 97 per cent. Furthermore, Bauhaus Luftfahrt
obtained simulation results that show that the average aircraft-toaircraft
distance in the communication network clearly lies within
the available range of laser-based communication.
The evaluation of bandwidth demand of such a network in a
2035 scenario included growing passenger numbers, increasing
aircraft densities and expanding use of in-flight Internet services.
In addition, bandwidth demand per user is expected to rise due to
services and content that require larger data volumes, such as
high-resolution video streaming. Based on these assumptions, Bauhaus
Luftfahrt derived individual transmission capacities on > >
78
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Access point to
terrestrial Internet
Aircraft density
Communication
connection
Data traffic
Aircraft density
25
20
15
10
To watch the simulation as
an animated sequence on
your smartphone, please
scan the QR code below.
5
Simulation eines fliegenden Datennetzwerks über dem nordatlantischen
Korridor: Die Flugzeugdichte ist in der unteren Grafik dargestellt. Die obere Grafik
verdeutlicht das voraussichtlich im Jahr 2035 entstehende Datenaufkommen durch
die Leuchtintensität der einzelnen Kommunikationsverbindungen, während Zugangspunkte
zum terrestrischen Internet entlang der Küsten und Inseln als rote
Punkte dargestellt werden.
Simulation of an airborne data-transport network over the North Atlantic Corridor:
Aircraft density is represented in the bottom image. In the top image, the
generated traffic loads for the year 2035 are indicated by the illumination intensity
of individual communication links. The red dots represent access points to ground
Internet along continental coasts and islands.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 79

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Nutzung des Internets an Bord einher. Zudem steigt der Kapazitätsbedarf
pro Nutzer durch eine stärkere Verbreitung datenintensiver
Dienste wie beispielsweise hochauflösendes Video-Streaming. Aus
diesen Rahmenbedingungen konnte das Bauhaus Luftfahrt eine
zukünftige Anforderung an die Datenübertragungskapazitäten im
Basisnetz von Hunderten von Gigabits pro Sekunde (Gbits / s) ableiten.
Theoretische Betrachtungen unter realistischen Annahmen
legen nahe, dass die Entfernungen, wie sie im simulierten fliegenden
Netzwerk auftreten, diesen Anforderungen nicht im Wege
stehen würden. Über kürzere Entfernungen werden entsprechende
Bitraten bereits heute mit Laserkommunikationssystemen übertroffen.
Die zukünftige Forschung am Bauhaus Luftfahrt wird unter
anderem die Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf das beschriebene
Ad-hoc-Netzwerk stärker untersuchen. Zudem müssen Faktoren
wie das Wetter kritisch betrachtet werden, um Einflüsse auf
die technologische Umsetzung und auf die Notwendigkeit von
Redundanzen im Konzept zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck
und zur Auslastungsoptimierung werden die Wissenschaftler auch
das Daten-Routing im fliegenden Netzwerk detaillierter betrachten,
um ein besseres Verständnis für das realistische Potenzial dieses
Ansatzes zu erhalten.
the order of hundreds of Gigabits per second (Gbits / s) for such a
network in the photonic backbone. Fundamental analysis shows
that the observed aircraft­to­aircraft spacings do not inhibit achieving
such capacities using laser-based data transmission.
Future research at Bauhaus Luftfahrt will evaluate the transferability
of these results to the dynamic, ad hoc networking environment.
The impact of weather must be critically assessed in order
to derive special technology requirements for implementation and
to develop suitable mitigation strategies, such as built-in redundancies
and safety margins. To this end, and in order to improve network
load distribution, the ad hoc routing algorithm can be optimised
in order to generate a profound understanding of the technological
potential of the concept.
80
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

2
Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Bitrate [Gbps]
250
Observed occurrence
(Communication demand)
1,001 – 10,000
200
101 – 1,000
11 – 100
150
1 – 10
100
50
Laser link, wavelength 1.67
Radio frequency, 30 GHz
Radio frequency, 5 GHz
m
0
0 200
400 600
Distance [km]
Verbindungsstatistik, die aus der vom Bauhaus
Luftfahrt durchgeführten Simulation berechnet
wurde: Die farblich abgestuften Kästen verdeutlichen
die Häufigkeit, mit der bestimmte Übertragungsanforderungen
über bestimmte Entfernungen
auftreten. Die Kurven zeigen die mit drei verschiedenen
Technologien erreichbare Datenübertragungska
pazität in Abhängigkeit von der Entfernung. Die
Über lagerung beider Darstellungen zeigt, dass die
zukünftige Anforderung für 2035 mit den Möglichkeiten
einer Infrarot-Laserverbindung erfüllt werden
kann. Durch Verfahren zur Signalbündelung könnte
die Kapazität der Laserverbindung sogar noch weiter
gesteigert werden.
Communication-link statistics from the simulation
conducted by Bauhaus Luftfahrt: The coloured
boxes represent the frequency of different communication
demands over certain distances. The graphs
depict the available bitrates of three different communication
technologies in regard to distance. The
combined plot shows that the future demand of 2035
is well within the bitrate-distance capability of an
infrared laser link. Its capacity could even be further
increased by using multiplexing techniques.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 81

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Neue Wege in Methoden und Prozessen
New ways in methods and processes
Ecological awareness
Currency exchange rates
Ways of living and orientation
towards leisure time
Population development
and structures
Population growth
Ageing society
Urbanisation
Emerging megacities
82
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Air travel
Resources
3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Climate change
Technology
Supply
Economic developments
GDP growth
Available income
Global middle class
Costs
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 83

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
84
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Innovationspotenziale erkennen: Eine wesentliche
Orientierungskompetenz für die Zukunft
Identifying innovation potentials: An essential skill
for navigating the future
Sehr geehrte Damen und Herren,
„Technologische Innovation ist bekanntermaßen ein riskantes
und hart umkämpftes Geschäft”, schreibt F. P. Boer, Autor
von „Technology Valuation Solutions”, und ergänzt, dass die
Schaffung von Wohlstand durch technologische Innovation eines
der wichtigsten wirtschaftlichen Phänomene der modernen
Welt ist. Offensichtlich haben führende Innovatoren einzigartige
Navigationsfähigkeiten für dieses riskante Umfeld.
Die Aufgabe des Teams „Zukunftstechnologien, Ökologie
der Luftfahrt und Wissensmanagement” ist es, ergänzende Orientierungshilfen
für die ferne Zukunft der Luftfahrt und Mobilität
insgesamt zu liefern, indem zukünftige Innovationspotenziale,
Zukunftstechnologien, nachhaltige Lösungen und wissensba
sierte Prozesse identifiziert werden.
Unser einzigartiger Ansatz ist, neben der nötigen Kompetenzvielfalt,
der vorrangige Nachweis jener Potenziale, die eine
vielversprechende Richtung vorgeben – damit anschließend die
beste Vorgehensweise für die Erschließung dieses Potenzials
verfolgt werden kann. Zum Beispiel sind wir in der Forschung an
solaren Flugkraftstoffen mit wissenschaftlicher Gründlichkeit
und außerhalb der traditionellen Luftfahrtforschung unterwegs
und haben dabei ein akademisch-industrielles Netzwerk von
Weltrang gewonnen.
In diesem Jahrbuch finden Sie Fortschritte in Energie-,
Material- und Informationstechnologien wie die Analyse von
Innovationspotenzialen von Kommunikationstechnologien. Als
etablierte Forschungseinrichtung arbeiten wir weiterhin an der
Entwicklung unserer speziellen Fähigkeiten zur Navigation mit
Weitsicht in diesem riskanten und umkämpften Terrain der
technologischen Innovation.
Dear Sir or Madam,
“Technological innovation is a notoriously risky and competitive
business”, writes F. P. Boer, author of “Technology Valuation
Solutions”, and adds that creation of wealth through technological
innovation is one of the most important economic
phenomena of the modern world. Obviously, innovation leaders
have unique skills in navigating this risky territory.
The task of the team “Future Technologies, Ecology of
Aviation and Knowledge Management” is to provide complementary
navigation skills on a long-term scale by identifying
future innovation potentials, future technologies, sustainability
solutions and knowledge-based processes for aviation and
mobility as a whole.
The uniqueness of our approach, besides the combination
of diverse competences, is that we establish those potentials
that show a promising direction – for later resource allocation
to find promising ways how to exploit this potential. For
example, in solar aviation fuels research we identified those
innovation potentials with scientific scrutiny and capabilities
from outside the field of aviation, and attracted a world-class
academic and industrial network in the process.
As you browse this yearbook for recent advances you will
also find new insights in the future of energy, materials and
information technologies, such as the analysis of innovation
potentials for communication technologies. As a well-established
research entity we further develop our unique strengths
in our special role as navigators with a far-sighted vision in the
risky and competitive terrain of technological innovation.
Ihr / Your
Dr. Andreas Sizmann
Leiter Zukunftstechnologien und Ökologie der Luftfahrt /
Head of Future Technologies and Ecology of Aviation
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 85

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Szenario-basierte Bewertung
der Lebenszykluskosten
zukünftiger Flugzeugkonzepte
Scenario-based life-cycle
cost assessment of future air
transport concepts
Die Luftfahrtbranche stellt ein volatiles Marktumfeld dar. Aufgrund
der langen Lebenszyklen von Flugzeugen ist eine frühzeitige Analyse
ihrer Lebenszykluskosten (LCC) entscheidend für ihre Bewertung.
Bei aktuellen LCC-Modellen variiert eine Vielzahl von Annahmen
über die zukünftige Entwicklung die Ergebnisse. Um den da mit
verbundenen Unsicherheiten methodisch entgegenzuwirken, verbindet
das Bauhaus Luftfahrt die LCC-Analyse mit der Szenariomethodik,
die ein etabliertes Werkzeug für die Beschreibung möglicher
zukünftiger Entwicklungen darstellt.
Um diese Verbindung herzustellen, wurden Beziehungen zwischen
den Schlüsselfaktoren mehrerer Szenarien und ergänzenden
LCC-Parametern im Rahmen eines Experten-Workshops identifiziert.
Jede Beziehung innerhalb des so entstandenen Netzwerks
aus Faktoren und Parametern wurde individuell untersucht, wobei
Regressionsgleichungen auf Basis historischer Werte die Abhängigkeiten
quantifizierten. Das daraus resultierende Modell erlaubt
die Bewertung von Flugzeugkonzepten für zukünftige Szenarien.
Die Methode wurde vom Bauhaus Luftfahrt zunächst für ein
Kurzstreckenflugzeug angewendet, um seine Wirtschaftlichkeit mit
neuen Antriebsvarianten in drei Zukunftsszenarien zu beurteilen.
Letztere umfassten Einflüsse wie Wachstum, Klimawandel oder
Re ssourcenmangel und offenbarten signifikante Auswirkungen auf
die direkten Betriebskosten. Mit der Identifizierung von Kos ten treibern
ist es möglich, alternative und quantitative Ergebnisse über
die LCC zu erhalten, die einen frühzeitigen Ausblick auf die spätere
Wirtschaftlichkeit eines zukünftigen Flugzeugs schon während der
Konzeptphase ermöglicht.
Aviation industry stakeholders operate in a volatile environment.
Because of long life cycles, consideration of future developments
is vital for the life-cycle cost (LCC) assessment of aircraft concepts.
Using current LCC models, a multiplicity of assumptions about the
future development manipulates the results to a varying degree. In
order to methodically address the current uncertainties, Bauhaus
Luftfahrt has linked LCC models to the well-established scenario
method for describing possible future developments.
In order to establish this link, the relations between key scenario
factors and scenario-driven LCC input were mapped out during
an expert workshop. Each relation of the resulting network was
investigated individually and regression equations based on historical
values described the dependencies. The resulting model allows
the evaluation of aircraft concepts for a variety of future scenarios.
Bauhaus Luftfahrt first applied this method to a short-haul
aircraft to assess the economic efficiency and new engine options
in three future scenarios. Focusing on the influences of steady
growth, climate change and lack of resources, significant differences
in direct operating costs could be revealed. By identifying cost
drivers for future environments, it is possible to provide more alternative
and quantitative results about future costs of operations.
The established linkage is therefore a major step in determining
future net present values of new aircraft concepts already during
the conceptual design phase.
86
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
++
Navigation charges
+
Stage length
Air traffic development
+
Fuel price
+
+
– –
Aircraft technology
development
–
++
Globalisation
++
Depreciation
++
Gross domestic product
emerging markets
–
Credit availability
++
Political instability
Scenario factor
Life-cycle cost parameter
New factor
Beispielhaftes Netzwerk von verbundenen Szenario-Faktoren und Parametern
für Lebenszykluskosten (LCC): In der Untersuchung der LCC zukünftiger Flugzeugkonzepte
verbindet das Bauhaus Luftfahrt die Standardparameter mit ergänzenden
Faktoren aus der bewährten Szenariomethodik. Deren Einfluss variiert von
stark (++) und moderat (+) positiv bis hin zu moderat (–) und stark (– –) negativ.
Gemeinsam mit neu identifizierten Faktoren aus einem Experten-Workshop hilft die
Verknüpfung verschiedenster Faktoren den Wissenschaftlern, die zu erwartenden
Lebenszykluskosten zuverlässiger zu bestimmen.
Exemplary network of connected scenario factors and life-cycle cost (LCC)
parameters: In its analyses on the LCC of future aircraft concepts, Bauhaus Luftfahrt
linked standard LCC parameters to factors based on well-established scenario
methods. Their influence varies from strongly (++) and moderately (+) positive to
moderately (–) and strongly (– –) negative. Together with newly identified factors
derived from an expert workshop, this linkage of different influence factors helps
researchers in the achievement of higher reliability in their analyses of future LCCs.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 87

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Kombination verschiedener
Szenariostudien zu
Meta-Szenarien
Aggregation of numerous
scenario studies to
form meta-scenarios
Die Luftfahrtindustrie sieht sich in Zukunft vielen Unsicherheiten
ausgesetzt, beispielsweise der Entwicklung des Treibstoffpreises
und des Luftverkehrsvolumens. Es ist deshalb wichtig, Geschäftsmodelle
oder technische Konzepte frühzeitig im Hinblick auf diese
Entwicklungen bewerten zu können. Heutige Ansätze konzentrieren
sich häufig auf die Analyse einzelner Szenariostudien, um Auswirkungen
für verschiedene Interessengruppen abzuleiten. Die Ar -
beiten am Bauhaus Luftfahrt gehen darüber hinaus, indem sie meh -
rere Szenariostudien kombinieren, um damit einen fundierten Ausblick
auf mögliche Ausprägungen zukünftiger Entwicklungen zu
gewinnen.
Als Erstes wählen die Wissenschaftler aus bekannten, qualitativ
hochwertigen Studien nur diejenigen aus, die einen identischen
Zeithorizont haben. Zudem müssen alle Einzelszenarien ein
breites Spektrum an möglichen zukünftigen Entwicklungen abbilden
und einen speziellen Mobilitätsfokus aufweisen. Um die Studien
vergleichen zu können, zerlegt das Bauhaus Luftfahrt ihre Inhalte
zunächst in Einzelbestandteile und überführt sie anschließend
in eine gemeinsame Struktur. Darin werden die Informationen nach
sozialen, technologischen, ökonomischen, ökologischen, politischen
und Mobilitäts-Faktoren (STEEP-M-Schema) unterteilt. In Be zug auf
zukünftige Investitionen in Forschung und Entwicklung zeigt diese
Agglomeration beispielsweise in mehr als 25 Szenarien einen Anstieg,
während nur fünf eine Reduzierung oder Stag nation erwarten.
Auf dieser Grundlage entstehen sogenannte Meta-Szenarien,
welche für die Analyse der Auswirkungen zukünftiger Entwicklungen
auf technische Konzepte oder Geschäftsmodelle herangezogen
werden.
Stakeholders in the aviation industry face a high level of future uncertainty
regarding for example fuel price development, or the direction
and volume of global traffic flows. It is hence important to
evaluate future technical concepts and business opportunities in
light of these changing conditions. Current approaches often only
focus on a specific development, or consult a single scenario study,
to assess the effects for various stakeholders. To attain a more comprehensive
and thorough picture of possible future environments,
Bauhaus Luftfahrt developed a methodology that aggregates a variety
of scenario studies.
First, researchers select high-quality studies with the same
time horizon, a wide range of possible future paths and a specific
mobility focus. To be able to compare the different studies Bauhaus
Luftfahrt first disaggregates them into single pieces and then
re-aggregates them in a uniform structure. A well-known scheme
representing Social, Technological, Economic, Environmental and
Political factors complemented by Mobility aspects (STEEP-M) was
identified to effectively cluster the gathered information. In regard
to future investment in research and development, for example, the
aggregation shows that more than 25 scenarios expect this as pect
to grow compared to less than five scenarios considering decreasing
or stagnating future investments. Drawing on this data base,
researchers derived a number of possible future environments –
the so-called meta-scenarios. These serve as a robust basis for the
evaluation of effects on possible future operational parameters,
technical concepts and business environments.
Übersicht beispielhafter Faktoren, die vom Bauhaus Luftfahrt in einem sogenannten
Meta-Szenario genutzt werden: Die Länge des Balkens repräsentiert
die Anzahl der Studien, die von einer Zunahme, Abnahme oder Konstanz des
jeweiligen Faktors ausgehen. Sind die Balken für Zu- und Abnahme etwa gleich
groß, spricht dies für eine hohe Unsicherheit. Dagegen herrscht ein relativ starker
Konsens, dass die Investitionen in Forschung und Entwicklung weiter zunehmen
werden. Die Kombination vieler Einzelszenarien hilft dem Bauhaus Luftfahrt daher,
die Untersuchung zukunftsweisender Konzepte oder Geschäftsmodelle zuverlässiger
zu gestalten.
Overview of key factors used by Bauhaus Luftfahrt in a meta-scenario: The size
of the bars indicates the number of studies in which factors have been estimated as
increasing, decreasing or stable. If a given factor is seen as increasing or decreasing
by a similar number of studies, the future seems to be uncertain. On the other hand
there is a lot of consensus that research and development investments are likely
to increase in the future. Hence, the aggregation of multiple scenario studies helps
Bauhaus Luftfahrt to further improve the evaluation of future technical concepts
and business opportunities.
88
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Number of scenario studies
0
5 10 15 20 25
30
Environmental awareness
Population
Aging population
Individualisation and lifestyle
Investment in technology (R&D)
New innovations
Green technology
Global interest / collaboration
Gross domestic product (GDP)
Demand
Productivity
Strong competition
Emissions
Energy demand
Climate change
Changing values
Green policies
International cooperations
Safety and security problems
Global conflicts
Infrastructural quality
Infrastructural quantity
Transport demand
Global urbanisation
Increasing factor
Decreasing factor
Status quo
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 89

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Einsatz von
semantischen Technologien
im Flugzeugentwurf
Application of
semantic technologies
in aircraft design
Der integrierte Flugzeugentwurf erfordert die Zusammenarbeit von
Experten aus unterschiedlichen Fachbereichen. Dabei werden Entwurfsmodelle
aus unterschiedlichen Disziplinen integriert, ausgetauscht
und konsolidiert. Dieser Vorgang ist heute bestenfalls teilweise
automatisiert und somit aufwändig und fehleranfällig. Eine
verbesserte Automatisierung erfordert, dass die Bedeutung und
der Kontext der zu integrierenden Modelldaten formal und maschinenlesbar
repräsentiert sind. In der Informatik werden daher
„Ontologie“ genannte Datenstrukturen genutzt, um Wissen über
verschiedenste Konzepte durch logische Verknüpfungen zwischen
diesen formal zu erfassen und auszuwerten.
Das Bauhaus Luftfahrt nutzt diesen Ansatz für den Flugzeugentwurf
und entwickelte im Jahr 2013 eine entsprechende Ontologie,
die für Modelldaten in unterschiedlichen Formaten eine semantische
Referenz zur Verfügung stellt. Die Wissenschaftler konnten
dazu bereits ein entsprechendes Vorgehensmodell evalu ieren
und Erfahrung mit Entwurfsprinzipien und -werkzeugen sammeln,
die speziell für Ontologien entwickelt wurden. Die enge Zusammenarbeit
von Experten aus Flugzeugentwurf und Informatik, wie
sie am Bauhaus Luftfahrt möglich ist, hat sich dabei als vorteilhaft
erwiesen.
Mit den bisherigen Arbeiten hat das Bauhaus Luftfahrt eine
solide Basis für die Anwendung von semantischen Technologien
im Flugzeugentwurf gelegt. Zukünftig werden die Wissenschaftler
weiter daran arbeiten, diese direkt in vorhandene Software-Werkzeuge
zu integrieren, um die Effizienz im Flugzeugentwurf durch
wissensbasierte Verfahren zu verbessern.
An integrated aircraft design process requires the collaboration of
experts from numerous different disciplines in which data models
need to be integrated, consolidated and exchanged frequently.
This process is, however, currently at best only partly automated,
resulting in a time-consuming and error-prone process. To further
improve the automation of model integration, a formal and machine-readable
representation of model data is required. In computer
science, ontologies are used to formally capture knowledge
about concepts by logical links between them, enabling automated
evaluation.
Bauhaus Luftfahrt has adopted this approach for aircraft design
and in 2013 developed an ontology in order to provide a semantic
reference for existing aircraft models in different data formats.
The researchers evaluated a process model as well as design
principles and tools specifically developed for ontologies. The close
collaboration between aircraft designers and computer scientists
at Bauhaus Luftfahrt turned out to be beneficial for the success of
the ontology development project.
With these efforts Bauhaus Luftfahrt laid a solid basis for the
application of semantic technologies in aircraft design. In the future,
researchers will continue to integrate them into existing software
tools in order to improve the practice of aircraft design towards
efficient, truly knowledge-based techniques.
90
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Aircraft
Aircraft
has fuselage
has fuselage
has wing
has wing
has engine
has engine
is connected to
is connected to
Engine
Engine
is connected to
is connected to
Fuselage
Fuselage
Wing
Wing
is an
is an
is an
is an
is an
is an
Aircraft
Aircraft
subcomponent
subcomponent
Vereinfachter Auszug aus der Flugzeug-Ontologie:
Verschiedene Konzepte, wie sie im Flugzeugentwurf
am Bauhaus Luftfahrt verwendet werden, sind
hier durch logisch-semantisch definierte Eigenschaften
miteinander verknüpft. Die vollständige am Bauhaus
Luftfahrt entwickelte Ontologie wurde unter
https://github.com/astbhltum/Aircraft-Ontology
veröffentlicht und steht somit anderen Entwicklern
unter einer Open-Source-Lizenz zur Verfügung.
Simplified excerpt of the aircraft ontology: Various
concepts used by aircraft designers at Bauhaus
Luftfahrt are linked by semantically-defined properties.
Bauhaus Luftfahrt released the entire ontology
at https://github.com/astbhltum/Aircraft-Ontology.
Thus, other developers can re-use it under an Open-
Source license.
Model owner Model owner B
Knowledge matching
Knowledge matching
Reference
Reference
ontology
ontology
Model owner Model owner A
Knowledge matching
Knowledge matching
Ontology
Ontology A
Knowledge
Knowledge
extraction
extraction
Model
Model A
Model transformation
Model transformation
Ontology-based
Ontology-based
model
model
integration
integration
Model transformation
Model transformation
Ontology
Ontology B
Knowledge
Knowledge
extraction
extraction
Model
Model
B
Anwendung der Referenzontologie bei der wissensbasierten
Modellintegration: Aus zwei unterschiedlichen
Modellen wird das darin enthaltene
Wissen automatisch extrahiert und durch die je weiligen
Modellautoren mit Konzepten der Referenz ontologie
verknüpft. Ausgehend von diesen Ver knüpfungen
können die Inhalte der Modelle getreu ihrer
Bedeutung konsolidiert und ausgetauscht werden.
Application of a reference ontology in knowledgebased
model integration: The knowledge of two
models is automatically extracted and matched with
the reference ontology by the respective model
owner. By exploiting these matchings, contents of
the models can be con solidated and ex changed true
to their meanings.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 91

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
92
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

3
Methoden und Prozesse
Methods and processes
Podiumsdiskussion anlässlich des 1. Bauhaus Luftfahrt Symposiums im Juni
2013: Vor etwa 200 internationalen Gästen diskutierte Professor Mirko Hornung (1.
von rechts) gemeinsam mit Vertretern aller Mitglieder des Bauhaus Luftfahrt über
wichtige Weichenstellungen für die kommenden Herausforderungen der Luftfahrtindustrie.
Panel discussion during the first Bauhaus Luftfahrt Symposium in June 2013:
In front of around 200 international guests, Professor Mirko Hornung (right) together
with representatives of Bauhaus Luftfahrt’s partners actively discussed important
strategic decisions for future challenges of the aviation industry.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 93

Munich Aerospace: Bauhaus Luftfahrt wieder
aktiv an Meilensteinen der Entwicklung beteiligt
Munich Aerospace: Bauhaus Luftfahrt again
actively engaged in recent development milestones
Im Jahr 2013 konnte Munich Aerospace seine Position in der bayerischen
Luftfahrtlandschaft weiter stärken. Am 22. Juli fand die
Un terzeichnung einer Absichtserklärung statt, welche die Kooperation
zwischen Munich Aerospace e.V. und der neu gegründeten
Ludwig Bölkow Campus GmbH regelt. Die beiden Partner bilden
damit die Säulen des neuen Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn,
der bisher als Bavarian International Campus Aerospace and Security
(BICAS) firmierte.
Im Rahmen der 4. Mitgliederversammlung wurde am 15. November
ein neuer Vorstand berufen. Als Nachfolger für Dr. Anita
Linseisen vertritt nun Dr. Thomas Röhm, Leiter Ökonomie und Verkehr,
das Bauhaus Luftfahrt in diesem Gremium.
Auch in der wissenschaftlichen Arbeit konnten wichtige Fortschritte
erzielt werden. Bereits im Januar trafen sich Stipendiaten,
Forschergruppenmitglieder und -leiter im Universitätszentrum Obergurgl
in Österreich zur ersten „Munich Aerospace Winter School“.
Hier stellten die Teilnehmer ihre Forschungsgebiete vor und diskutierten
angewendete Methoden und erzielte Ergebnisse.
Die Forschergruppe „Operationelle Modellierung, Simulation
und Optimierung intermodaler Knoten im Luftverkehr“ hat im Juni
an der „17. Air Transport Research Society World Conference“ im
italienischen Bergamo teilgenommen. An der Forschergruppe beteiligte
Wissenschaftler des Bauhaus Luftfahrt präsentierten aktuelle
Forschungsergebnisse in Fachvorträgen und diskutierten ihre
Ergebnisse mit internationalen Luftfahrtexperten.
In 2013 Munich Aerospace further strengthened its position in the
aerospace community in Bavaria. On July 22 a Memorandum of
Understanding outlining the co operation between Munich Aerospace
e.V. and the newly founded Ludwig Bölkow Campus GmbH
was signed. Based on this document, these two partners will form
the pillars of the new Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn, formerly
known as Bavarian Internati onal Campus Aerospace and
Security (BICAS).
During the organisation’s fourth general meeting on November
15 a new Executive Board was elected: Dr Thomas Röhm, Head
of Economics and Transportation, now acts as representative of
Bau haus Luftfahrt, succeeding Dr Anita Linseisen.
Great progress was also made in terms of research activities.
In January the first Munich Aerospace Winter School took place at
the University Center in Obergurgl, Austria. Scholarship holders,
re search group fellows and leaders took part in the event, presenting
their areas of research to one another and discussing applied
meth ods as well as achieved results.
In June, members of the research group “Modeling, simulation
and optimization of the operational aspects of intermodal
nodes in air transportation” successfully participated in the 17th Air
Trans port Research Society World Conference in Bergamo, Italy.
Re searchers of Bauhaus Luftfahrt presented recent findings at this
conference and actively engaged in discussion with international
aviation experts.
94
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Alte und neue Vorstände von Munich Aerospace:
Bei der Vorstandswahl am 15. November
übernahm Dr. Thomas Röhm (3. v. l.) die Vertretung
des Bauhaus Luftfahrt im obersten Gremium
der „Fakultät für Luft- und Raumfahrt“. Er trat damit
die Nachfolge von Dr. Anita Linseisen (4. v. l.)
an, die nach zwei Amtszeiten aus dem Vorstand
ausgeschieden ist.
Former and current members of Munich Aerospace’s
Executive Board: As a result of the
elections on November 15, Dr Thomas Röhm
(third from the left) took over as representative
of Bauhaus Luftfahrt in the supreme committee
of the “Faculty for Aerospace”. In this position
he succeeds Dr Anita Linseisen (fourth from the
left), who withdrew from her position as Executive
Board Member after two terms in office.
Übergabe der Förderbescheide als Startschuss
für die ersten drei Verbundforschungsvorhaben
am Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn:
An zwei dieser Projekte ist auch das Bauhaus
Luftfahrt aktiv beteiligt. Zum einen ist dies das
Projekt „AlgenFlugKraft“, das die Gewinnung von
Flugkraftstoffen aus Mikroalgen erforscht, zum
anderen das Projekt „PowerLab“, das sich mit hybriden
und vollelektrischen Antrieben für zukünftige
Luftfahrzeuge befasst.
Handover of the grant notification documents
for the first three research projects to be conducted
at the Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn:
Bauhaus Luftfahrt actively engages in
two of these projects, namely “AlgenFlugKraft”,
which looks for a sustainable production of jet
fuel from micro-algae, and “PowerLab”, which
deals with hybrid and fully electric propulsion
archi tectures for future aircraft.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 95

Bauhaus Luftfahrt treibt Nachhaltigkeitsthemen
bei aireg und ihren Partnern voran
Bauhaus Luftfahrt spurs sustainability issues
at aireg and its partner initiatives
Als Mitgründer der „Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany
e.V.“ (aireg), als Mitglied in sämtlichen Arbeitskreisen sowie
in der Rolle als Vorsitzender des Arbeitskreises „Nachhaltigkeit“
hat sich das Bauhaus Luftfahrt auch im Jahr 2013 wieder aktiv in
die Entwicklung von aireg eingebracht.
Die Experten im Arbeitskreis „Nachhaltigkeit“ untersuchen
schwerpunktmäßig die Wertschöpfungskette für alternative Flugkraftstoffe
und erarbeiten Vorschläge zur Förderung der Produkti -
on und Verbreitung von Biokraftstoffen. Im abgelaufenen Jahr hat
aireg erfolgreich eine fundierte Stellungnahme zur kontroversen
Frage indirekter Landnutzungsrechte in die öffentliche Diskussion
eingebracht. Außerdem unterstützt das Bauhaus Luftfahrt aireg in
einem Forschungsprojekt, in dem der Einsatz von Biokraftstoffen
untersucht und ihr Beitrag zur Senkung der Kohlendioxid-Emissionen
im Luftverkehr abgeschätzt wird. Dieses Forschungsprojekt
wird seit Ende 2012 durch das Bundesministerium für Verkehr und
digitale Infrastruktur (BMVI) gefördert.
Mehrfach vertrat das Bauhaus Luftfahrt im Jahr 2013 die Interessen
von aireg auch bei der US-amerikanischen Schwesterinitiative
Commercial Aviation Alternative Fuels Initiative (CAAFI),
mit dem Ziel, den transatlantischen Wissenstransfer zu alternativen
Flugkraftstoffen weiter voranzutreiben und gemeinsam nach
globalen Lösungen zu suchen. In den nächsten Jahren sollen Forschungseinrichtungen
und Partner aus weiteren wichtigen Ländern
in den Dialog miteinbezogen werden.
As a founding member represented in all five working groups and
as leader of the “Sustainability” group, Bauhaus Luftfahrt again
played an active part in the development of the “Aviation Initiative
for Renewable Energy in Germany e.V.” (aireg) in 2013.
Experts in the working group “Sustainability” focus their analyses
on the value creation chain for alternative aviation fuels and
develop proposals for the advancement of production and dissemination
of biofuels. In the past year, aireg successfully contributed
to the controversial discussion of indirect land use change (iLUC)
with a substantiated statement.
Additionally, Bauhaus Luftfahrt is supporting aireg in a research
project aiming to estimate the impact of biofuels to carbon
emissions reductions in aviation. This project is funded by the Federal
Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI) since
the end of 2012.
On several occasions, Bauhaus Luftfahrt represented aireg’s
views towards its US counterpart “Commercial Aviation Alternative
Fuels Initiative” (CAAFI), aiming to spur a transatlantic transfer of
knowledge in the field of alternative aviation fuels and to collaboratively
search for global solutions to a global market. The aim is to
extend this dialogue to additional research institutions and partners
from certain focus countries in the coming years.
96
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Food production
Food production
Food production
Biofuel production
Biofuel production
Food production
No bioenergy
dLUC
(direct land use change)
iLUC
(indirect land use change)
Schematische Darstellung der Umwandlung von Waldfläche für den Anbau
von Biomasse zur Kraftstoffherstellung: Im Fall einer direkten Landnutzungsänderung
(dLUC) wird die für den Biokraftstoffanbau benötigte zusätzliche Ackerfläche
aus der verfügbaren Waldfläche direkt umgewandelt. Bei einer indirekten
Land nutzungsänderung (iLUC) wird Anbaufläche von Nahrungsmitteln für den Biokraftstoffanbau
umgewandelt. Um den Flächenverlust für den Nahrungsmittelanbau
zu kompensieren, weicht dieser auf verfügbare Waldfläche aus. Deren Umwandlung
ist demnach nicht direkt auf den Anbau von Biomasse für Kraftstoffe zu rückzuführen,
jedoch indirekt dafür verantwortlich. Inwieweit iLUC die Lebenszyklusanalyse
eines Kraftstoffes beeinflusst, ist derzeit Gegenstand der Forschung, unter
anderem am Bauhaus Luftfahrt.
Schematic illustration of land use change from forest area to arable land
in order to grow biomass for fuel production: In the case of direct land use
change (dLUC) available forests are directly converted into arable land. In contrast,
indirect land use change (iLUC) means that biomass for biofuels is cultivated
on arable land which had been used to grow foods. To compensate the loss of
ar able land for food production, the latter will fall back on available forest area.
Thus, this land use change cannot be directly credited to biomass production
even though it is indirectly liable. The impact of iLUC on the life-cycle analysis of
certain fuel production pathways is subject to current research activities, including
at Bauhaus Luftfahrt.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 97

98
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 99

Zahlen und Fakten
Facts and figures
100
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 101

Finanzen
Financial figures
Das Bauhaus Luftfahrt konnte im Geschäftsjahr 2013 seine Umsatzerlöse
um 777.000 Euro steigern, ein Plus von 19,4 Prozent.
Dabei sind die Erträge aus Aufträgen und Kooperationen mit den
Industriepartnern um 287.000 auf 1,77 Mio. Euro angestiegen.
Vor allem bei Drittmittelförderprojekten konnten die Erträge von
149.000 auf 639.000 Euro entscheidend gesteigert werden. Dieser
Anstieg ist besonders auf neue Projekte innerhalb des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms
und zwei neue Forschungsvorhaben
zurückzuführen, die aus der Zusammenarbeit der Ludwig Bölkow
Campus GmbH und Munich Aerospace e.V. entstanden sind.
Für das Jahr 2014 plant das Bauhaus Luftfahrt mit einer weiteren
Zunahme bei den Drittmitteleinnahmen aus Förderprojekten
auf rund 861.000 sowie mit konstanten Industrie-, Kooperationsund
Verbundforschungsprojekten von rund 1,75 Mio. Euro.
In its fiscal year 2013, Bauhaus Luftfahrt could raise its revenue by
777,000 euros, or 19.4 per cent. Earnings from research cooperations
with industry partners rose to 1.77 million euros, an in crease
of 287,000 euros. Moreover, funding from third-party projects
climbed significantly from 149,000 to 639,000 euros. This gain is
mainly linked to new projects within the European Union’s seventh
research framework programme as well as two research undertakings
from the cooperation with Ludwig-Bölkow-Campus GmbH and
Munich Aerospace e.V.
For the year 2014, Bauhaus Luftfahrt plans another increase
in third-party funds to around 861,000 euros. Funding from industry
and integrated research projects is expected to remain constant
at around 1.75 million euros.
Finanzmittel / Funds
5.000.000
4.500.000
4.000.000
3.500.000
3.000.000
2011
2012
2013
2.500.000
2.000.000
1.500.000
1.000.000
Forschungsaufträge
Research contracts (€)
Bund/EU
Federal/European funds (€)
Mitgliedsbeiträge
Membership fees (€)
1.436.420
338.202
750.600
1.480.204
148.956
875.600
1.767.070
638.987
875.600
500.000
0
2011
2012
2013
Zuschüsse Freistaat Bayern
Grants from the
Free State of Bavaria (€)
1.500.000
1.500.000
1.500.000
102
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Personal
Personnel
Die stabile finanzielle Entwicklung ermöglichte es dem Bauhaus
Luftfahrt, die Zahl der beschäftigten Wissenschaftler im Jahr 2013
erneut leicht zu erhöhen. Durch diesen personellen Aufwuchs waren
im Jahresdurchschnitt 45 Mitarbeiter bei der Institution beschäftigt.
Der Anteil der Wissenschaftlerinnen stieg dabei auf rund
23 Prozent. Hinzu kamen insgesamt 26 Studenten, die als wissenschaftliche
Hilfskräfte beschäftigt waren oder ihre Semester-, Bachelor-,
Master- oder Diplomarbeit in Zusammenarbeit mit dem
Bauhaus Luftfahrt verfassten. Erstmals verstärkte zudem ein Doktorand
aus dem Promo tionsstipendien-Programm von Munich Aerospace
das interdiszipli näre Team, dessen Kompetenzspektrum
damit abermals erweitert wurde. In Abhängigkeit von der finanziellen
Entwicklung des Bauhaus Luftfahrt soll auch im Jahr 2014 ein
moderater Personalaufbau vorangetrieben, sprich es sollen selektiv
wissenschaftliche Nachwuchskräfte und weitere Stipendiaten
gewonnen werden.
The solid financial development allowed Bauhaus Luftfahrt to moderately
increase the number of researchers in 2013. Taking this recent
growth into account, a total of 45 staff members were employed
by the institution on average over the year. The percentage
of female scientists saw a slight increase to around 23 per cent.
Moreover, a total of 26 students worked as student assistants or
completed their term papers or bachelor, master or diploma theses
in cooperation with Bauhaus Luftfahrt. In addition, the first doctoral
student from Munich Aerospace’s PhD scholarship programme
reinforced the interdisciplinary team, helping to further expand its
spectrum of competences. De pending on the funding situation,
Bauhaus Luftfahrt is planning another moderate growth in personnel
fig ures due to a selective acquisition of junior researchers and
scholars in 2014.
Mitarbeiter (Jahresdurchschnitt) / Employees (annual average)
2011 2012
Vorstand
Executives 2 2
Verwaltung
Administration 6 9
Wissenschaftler
Scientists 21 29
2013
2
11
31
Munich Aerospace Stipendiaten
Munich Aerospace scholarship-holders
Studenten (Kopfzahl)
Students (head count)
0 0
29 25
1
26
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 103

Wissenschaftliche Veröffentlichungen / Patente 2013
Scientific publications / Patents 2013
Zeitschriftenaufsätze / Journal articles
03.2013 International Journal of Aviation Management | Vol. 2, No. 1/2
Identification of Key Aircraft and Operational Parameters Affecting Airport Charges
K. O. Plötner, P. Wesseler, P. Phleps
04.2013 Zeitschrift für Verkehrswissenschaft | 84. Jahrgang, 2013, Heft 1, S. 78–80
Buchrezension: R. Conrady, F. Fichert und R. Sterzenbach (2013), Luftverkehr – Betriebswirtschaftliches
Lehr- und Handbuch, 5., vollständig überarbeitete Auflage 2013
A. Paul
07.2013 Journal of Intelligent Material Systems and Structures | DOI: 10.1177/1045389X13502869
An Integrated Conceptual Design Study Using Span Morphing Technology
R. M. Ajaj, M. I. Friswell, A. T. Isikveren, W. G. Dettmer, G. Allegri
08.2013 International Journal of Nanoscience | Vol. 12, No. 3, 1350015-22
Size Effects on the Efficiency of Neutron Shielding in Nanocomposites – a Full Range Analysis
L. Koops (L.Schrempp)
09.2013 Journal of Engineering for Gas Turbines and Power | DOI: 10.1115/1.4025066
Unified Applicable Propulsion System Performance Metrics
O. Schmitz, M. Hornung
Konferenzbeiträge / Conference contributions
04.2013 AIAA Structures, Structural Dynamics, and Materials and Co-located Conferences | Boston
Variable Wing Span Using the Compliant Spar Concept
R. Ajaj, M. Friswell, E. I. Saavedra Flores, A. T. Isikveren, H. Chaouk
06.2013 ASME Turbo Expo | San Antonio
Unified Applicable Propulsion System Performance Metrics
O. Schmitz, M. Hornung
06.2013 First Bauhaus Luftfahrt Symposium “Future of Aviation – Perspectives for 2050” | Munich
Global Bioenergy Potential – A Geographical Assessment
F. Riegel
New Pathways for the Production of Renewable Jet Fuel
A. Roth
Ce-Liner: From Market to the Concept
M. Hornung, A. Sizmann, A. T. Isikveren
eAviation Energy and Power Systems
H. Kuhn
Relative Merits of Advanced Gas-Turbine and Hybrid-Cycle Propulsion
A. Seitz
104
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Collaborative Design Process
D. Seider, S. Ziemer
The Passenger’s View – The Air Transport System in 2050
A. Paul
Setting the Scene: Future Transport Processes
M. Cole
06.2013 SAE 2013 Aerospace Alternative Fuels and Associated Impacts Symposium | Brussels
Solar Thermochemical Fuels – Economic Impact and Perspectives
V. Batteiger, C. Falter, C. Jeßberger, A. Sizmann
06.2013 17th Air Transport Research Society World Conference | Bergamo
Scenario-Based Life-Cycle Cost Assessment of Future Air Transport Concepts
M. Schmidt, K. O. Plötner, G. Öttl, A. T. Isikveren, M. Hornung
Air Traffic Growth, Energy and the Environment 2040: Drivers, Challenges and Opportunities for Aviation
N. Randt, C. Jeßberger, K. O. Plötner, A. Becker
Tackling the Future – Opportunities and Challenges in the Air Cargo System
A. Paul, M. Cole
European Hub Airport Development in the Face of Increasing Competition
A. Paul
07.2013 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference | San Jose
Pre-Concept Performance Investigation of Electrically Powered Aero-Propulsion Systems
A. Seitz, A. T. Isikveren, M. Hornung
08.2013 2013 Aviation Technology, Integration, and Operations Conference | Los Angeles
Operating Cost Estimation for Electric-Powered Transport Aircraft
K. O. Plötner, M. Schmidt, D. Baranowski, A. T. Isikveren, M. Hornung
Methodology for Sizing and Performance of Hybrid Energy Aircraft
C. Pornet, C. Gologan, P. Vratny, A. Seitz, O. Schmitz, A. T. Isikveren, M. Hornung
Ce-Liner – Case Study for eMobility in Air Transportation
M. Hornung, A. T. Isikveren, M. Cole, A. Sizmann
09.2013 9th International Workshop on Structural Health Monitoring | Stanford
Structural Health Monitoring and an Enabling Technology for Active Compliant Systems
L. Lorenz, K.-D. Büchter, O. Boegler, U. Kling, A. T. Isikveren
09.2013 62. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress | Stuttgart
Impact of Electrically Powered Transport Aircraft on Energy and Battery Demand for Germany
K. O. Plötner, P. C. Vratny, M. Schmidt, A. T. Isikveren, M. Hornung
Aeroelastic Investigations of a Self-Trimming Non-Planar Wing
U. Kling, C. Gologan, A. T. Isikveren, M. Hornung
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 105

Wissenschaftliche Veröffentlichungen / Patente 2013
Scientific publications / Patents 2013
Contributions of Cabin-Related and Ground Operation Technologies Towards Flightpath 2050
M. Schmidt, K. O. Plötner, C. Pornet, A. T. Isikveren, M. Hornung
Methods for Simulation and Analysis of Hybrid Energy Propulsion Systems
O. Schmitz, M. Hornung
Comparative Assessment of Transient Characteristics of Conventional and Hybrid Gas Turbine Engines
G. Wortmann, O. Schmitz, M. Hornung
Biofuels for Aviation: Incentives for a Sustainable Supply Chain
C. Jeßberger, S. Wolf
Assessment Framework for Sustainable Lightweight Materials in Aviation
O. Boegler, A. Roth, L. Lorenz, A. Sizmann
Capacity Scaling in Airborne Communication Networks Based on Air Traffic Scenario Modeling
K.-D. Büchter, N. Randt, A. Sizmann
Hybrid Power Systems for Radical Emission Reduction in Aviation
H. Kuhn, A. Sizmann
Hybrid Power Trains for Future Mobility
L. Lorenz, A. Seitz, H. Kuhn, A. Sizmann
Creating an Ontology for Aircraft Design
M. Ast, M. Glas, T. Röhm
Facilitating Knowledge Sharing in an Aircraft Design Project
S. Ziemer, M. Glas, P. Schurk
09.2013 4th CEAS Air & Space Conference | Linköping
Battery Pack Modeling Methods for Universally Electric Aircraft
P. C. Vratny, C. Gologan, C. Pornet, A. T. Isikveren, M. Hornung
Parametric Design Studies for Propulsive Fuselage Aircraft Concepts
A. Seitz, C. Gologan
Sustainable Alternative Fuels for Aviation: International Emission Targets vs.
Corporate Sustainability Aspirations
C. Jeßberger, S. Wolf
10.2013 Avionics, Fiber-Optics and Photonics (AVFOP) Conference | San Diego
Feasibility of High-Speed Transparent Photonic Links in Airborne Free-Space Optical Communication
K.-D. Büchter, A. Sizmann
11.2013 Workshop on Human Computation and Machine Learning in Games at HComp 2013 | Palm Springs
Gameful Markets for Collaboration and Learning
S. Leutenmayr, F. Kneissl, S. Ziemer, F. Bry
11.2013 3rd International Conference on Social Eco-Informatics SOTICS | Lisbon
Decision Markets for Continuously Reflected Collective Decisions
S. Leutenmayr, S. Ziemer, F. Bry
106
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Studienarbeiten / Diploma or bachelor theses and term papers
Dissertationen / Dissertations
> Bachelorarbeit / Bachelor thesis (Hochschule Pforzheim)
Airport Service Vehicles for 2035
J. Wolko / 2.2013
> Diplomarbeit / Diploma thesis (Technische Universität München)
Development of an Operating Cost Model for Electric-Powered Transport Aircraft
D. Baranowski / 2.2013
> Masterarbeit / Master thesis (Technische Universität München)
Development of a Tool for Landing Gear Kinematics and Actuation Power Estimation
U. Kling / 3.2013
> Bachelorarbeit / Bachelor thesis (Technische Universität München)
Elastic Instability Analysis and Integration for a Non-Linear Structural Design Tool
D. Eisenbarth / 5.2013
> Semesterarbeit / Term paper (Technische Universität München)
Development of a method to cover several aircraft layouts through the same fuselage to cabin interfaces
P. Bosch / 07.2013
> Bachelorarbeit / Bachelor thesis (Technische Universität München)
Advanced Engine Direct Maintenance Cost Models for Future Aircraft Concepts
P. Osterrieder / 8.2013
> Semesterarbeit / Term paper (Technische Universität München)
Development of a Finite Element Tool Box in MATLAB for Landing Gear Structural Analysis
M. Götz / 9.2013
> Diplomarbeit / Diploma thesis (Technische Universität München)
Flight Technique Optimization for Conventional and Hybrid-Energy Aircraft
C. Hargitai / 9.2013
> Semesterarbeit / Term paper (Technische Universität München)
Case Study at Munich Airport: Impact of electrical powered transport aircraft on airport infrastructure and
ground operations
P. Zimmerhakl / 10.2013
> Bachelorarbeit / Bachelor thesis (Technische Universität München)
Development of Object-Oriented Methods for Visualization of Aero Engines
A. Heilmann / 12.2013
Technische Universität München
Ontology-based Model Integration for the Conceptual Design of Aircraft
M. Glas / 5.2013
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 107

Wissenschaftliche Veröffentlichungen / Patente 2013
Scientific publications / Patents 2013
Patente / Patents
EP 1964774 A2
> Europäisches Patentamt, München
> „Fluggerät mit rotierenden Zylindern zur Erzeugung von Auftrieb und / oder Vortrieb“
> Erfinder / Inventor: J. Seifert
DE 102007009951 B3 > Deutsches Patent- und Markenamt, München
> „Fluggerät mit rotierenden Zylindern zur Erzeugung von Auftrieb und / oder Vortrieb“
> Erfinder / Inventor: J. Seifert
DE 102008022452 A1 > Deutsches Patent- und Markenamt, München
> „Flugzeug mit aktiv steuerbaren Hilfsflügeln“
> Erfinder / Inventor: J. Wittmann
DE 102008024463 B4
DE 102012015104.7
> Deutsches Patent- und Markenamt, München
> „Flugzeugantriebssystem“
> Erfinder / Inventor: A. Seitz
> Deutsches Patent- und Markenamt, München
> „Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb dieses
Fahrzeugtriebwerkes“
> Erfinder / Inventor: O. Schmitz
108
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Medien / Vorträge
Media / Lectures
Medienberichterstattung / Media coverage
Pressemitteilungen des Bauhaus Luftfahrt
Press releases issued by Bauhaus Luftfahrt
Medienberichte über das Bauhaus Luftfahrt
Media reports on Bauhaus Luftfahrt
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
2011
2012
2013
Printmedien
Print media
Online-Medien
Online media
Audiovisuelle Medien
Audiovisual media
0 10 20 30 40 50 60
2011
2012
2013
Expertenvorträge (exkl. Konferenzen) / Expert lectures (excl. conferences)
National
International
0 2 4 6 8 10 12
2011
2012
2013
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 109

110
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

Impressum
Imprint
Bauhaus Luftfahrt
Jahrbuch 2013
Herausgeber / Publisher
Bauhaus Luftfahrt e.V.
Lyonel-Feininger-Straße 28
80807 München
www.bauhaus-luftfahrt.net
Redaktion / Editor
Michael Lagemann
Autoren / Authors
Dr. Valentin Batteiger
Oliver Boegler
Dr. Kai-Daniel Büchter
Mara Cole
Christian Endres
Christoph Falter
Dr. Martin Glas
Dr. Askin T. Isikveren
Dr. Christoph Jeßberger
Dr. Lily Koops
Dr. Holger Kuhn
Dr. Larissa Lorenz
Annika Paul
Dr. Kay Plötner
Florian Riegel
Dr. Thomas Röhm
Dr. Arne Roth
Michael Schmidt
Dr. Arne Seitz
Dr. Andreas Sizmann
Marcia Urban
Dr. Sven Ziemer
Bildnachweise / Picture Credits
Seiten 6, 9, 12 / 13, 41, 98 / 99, 110: Romy Bonitz, München
Seite 10: Andreas Heddergott, München
Seite 19, 92 / 93: Petra Rödl, Ingolstadt
Seite 35 (Hintergrund): Jacques Descloitres / MODIS Rapid
Response Team, NASA, GSFC
Seite 63 (oben): Eric Drouin / SAFRAN
Seite 63 (unten): Gregor Schläger / Lufthansa Technik AG
Seite 85: Kubinska & Hofmann, München
Seite 95 (oben): Petra Rödl / Munich Aerospace
Seite 95 (unten): Jürgen Dannenberg / Bilfinger HSG FM AS GmbH
Gestaltung / Layout / Grafiken
ediundsepp Gestaltungsgesellschaft mbh, München
Lektorat / Lectorate
Deutsches Lektorat / Korrektorat: Textpur
Englisches Lektorat / Korrektorat: Verbalis
Druck / Print
Druckerei Joh. Walch GmbH & Co., Augsburg
Auflage / Circulation
500 Exemplare / 500 copies
Wir bitten um Verständnis, dass wir aus Gründen der Lesefreundlichkeit
in diesem Jahrbuch auf die explizite Nennung der weiblichen
Form verzichtet haben. Wenn zum Beispiel von Mitarbeitern
die Rede ist, sind selbstverständlich auch die Mitarbeiterinnen
gemeint.
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege. 111

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Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.

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