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Innovative Lösungsansätze
Innovative solutions
Systemauslegung für
ein vollelektrisches
Kurzstreckenflugzeug
System concepts for
an all-electric
short-range airliner
Nach Abschluss der Untersuchung von Marktanforderungen (Aircraft
Top Level Requirements, kurz: ATLeRs) eines ökonomisch
sinnvollen Flugzeugkonzepts für das Jahr 2035 mussten in einem
nächsten Schritt Schlüsseltechnologien, die Systemkonfiguration
und das Grundkonzept abgeleitet werden. Das Ziel, ein
voll -elektrisches Antriebssystem für ein Flugzeug für 190 Passagiere
und 900 nm Reichweite auszulegen, erwies sich dabei als
hochgesteckt, da es sich klar von aktuell bekannten Entwürfen
differenzierte. Für den Betrieb eines lokal emissionsfreien Luftfahrzeugs
kamen statt Brennstoffzellen oder Hybridsystemen für
die Energieversorgung nur Batterien in Frage. Vor allem deren
Leistungs- und Energiedichten stellten aber größte Herausforderungen
an die Machbarkeit. Eine deutliche Verbesserung der Batterietechnologie
wie in den letzten Jahren (mit einer Zunahme
der Energiedichte von sieben Prozent pro Jahr) ist Voraussetzung
für eine mögliche Realisierung im Jahr 2035.
Auf der einen Seite bietet der vollelektrische Ansatz neue
Freiheitsgrade bei der Auslegung und Integration von Systemen
innerhalb des Flugzeugs. Andererseits ergeben sich aber auch
neue Einschränkungen durch die in den ATLeRs festgeschriebene
Abfertigungszeit am Flughafen: Das Schnellladen der Batterien
stellt extreme Anforderungen, weshalb ein Austausch der Batterien
nach jedem Flug angenommen wird.
Inspiriert von der Selbstverpflichtung des Bauhaus Luftfahrt,
nur gleichermaßen innovative wie wissenschaftlich fundierte Ansätze
zu verfolgen, wurde bei der Auswahl der Technologien und
der darauf basierenden Flugzeugkonfiguration eine zweiteilige
Strategie gewählt. In einem ersten Schritt wurden daher verschiedene
Flugzeugauslegungen in einem Ideenwettbewerb gesammelt.
Diese deckten einen großen Bereich zwischen visionären
und konventionellen Ansätzen ab und variierten auch sehr stark in
ihrem Detailgrad. Alle im Wettbewerb stehenden Konfigurationen
wurden anschließend systematisch analysiert und in einer zweidimensionalen
Vergleichsansicht in puncto Radikalität und Detailtiefe
gegenübergestellt, in der ein vollelektrisches Flugzeug in der
heutigen Standardauslegung die höchstmögliche Konventionalität
With an economically viable transport application for an entry
into service (EIS) in the year 2035 identified and the Aircraft Top
Level Requirements (ATLeRs) fixed, the aircraft’s key technologies,
system configuration and overall layout had to be selected.
Setting up an electromotive power system for the targeted 190
passenger and 900 nm design was a challenging task, going far
beyond current concepts of full-electric flight. To ensure a locally
emission-free operation, fuel cells or hybrid systems had to be neglected
from the beginning in favour of an entirely battery-based
energy supply. Energy and power density of the latter impose
tight constraints; continuous significant improvements in battery
performance of an average seven percent increase per year in
energy density, as observed in recent years, are required for the
targeted EIS.
On the one hand, a full-electric approach including electromotive
power offers new degrees of freedom with respect to
system integration on board the aircraft. On the other hand, the
ground handling characteristics established in the ATLeRs, especially
turnaround times similar to contemporary ground operations,
require easy access to the battery packs. Recharging the
batteries during turnaround is postulated to remain challenging;
hence the researchers assumed an exchange after each flight.
Inspired by the Bauhaus Luftfahrt commitment to pursuing
a both innovative and scientifically sound approach, a two-fold
strategy was adopted for technological and configuration downselection:
in response to an open “call for ideas”, researchers at
Bauhaus Luftfahrt submitted a plethora of conceptual designs,
spanning the entire configuration space from radical to conventional,
and ranging from coarse to fine in their degree of detail.
These competing entries were then assessed systematically and
assigned tentative positions on a two-dimensional plot of “conventionality
of design versus level of descriptive detail”. In this
plot, a future universally electric version of a standard aircraft defines
the maximum conventionality at the highest level of detail.
In a subsequent step, the ATLeRs were used to perform a
first selection among the suggested configurations: for example,
bei gleichzeitig dem größten Detailreichtum darstellte. > “blended wing body” layouts were not retained because >
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Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.