BHL-Jahrbuch-2016

BauhausLuftfahrt

2016

JahrbuchYearbook


04 foreword chairman of the board

-

-

Dr. Rainer Martens

Beiratsvorsitzender

Chairman of the Board

Sehr geehrte Damen und Herren

Die Luftfahrtbranche unterliegt höchsten Qualitätsstandards,

deren Einhaltung regelmäßig durch Behörden und

Audits überprüft wird.

Auch eine Forschungseinrichtung wie das Bauhaus

Luftfahrt muss sich in regelmäßigen Abständen einer

Qualitätsprüfung stellen. Im akademischen Umfeld ist

die wissenschaftliche Evaluierung die dazu übliche

Methode. Dabei untersuchen externe und unabhängige

Gutachterkommissionen unter anderem Strategie,

wissenschaftliches Profil, interne Strukturen und Prozesse

sowie Forschungsleistungen des Prüflings.

Im Juli 2016 hat das Bauhaus Luftfahrt seine Evaluierung

durch eine Kommission aus hochrangigen Vertretern

anderer Forschungseinrichtungen, aber auch seitens der

Wirtschaft mit sehr gutem Erfolg abgeschlossen. So hob

die Kommission neben der allgemeinen Bedeutung des

Bauhaus Luftfahrt für die Luftfahrtforschung besonders

die Qualität seiner Forschungsarbeit zur Mobilität der

Zukunft und Entwicklung des Luftverkehrs sowie die Verbreitung

der erzielten Forschungsergebnisse mit dem Ziel

der Bewusstseinsbildung in Forschung, Industrie, Politik

und Gesellschaft hervor.

Es freut mich als Beiratsvorsitzender, gemeinsam mit

meinen Beiratskollegen und dem Vorstand des Bauhaus


05

Luftfahrt, ein Maßnahmenpaket umzusetzen, das vor

allem darauf abzielt, die Sichtbarkeit des Bauhaus Luftfahrt

zu erhöhen und seine Eingliederung in die nationale

Forschungslandschaft noch stärker zu betonen.

Ich bin überzeugt, dass dieser in Europa einzigartige

Thinktank so seine Bedeutung für die deutsche Luftfahrtforschung

noch besser unter Beweis stellen kann.

Da hervorragende Ergebnisse nur durch engagierte

Arbeit von hochqualifizierten und motivierten Mitarbeitern

hervorgebracht werden, möchte ich mich im Namen

des Beirats an dieser Stelle nicht nur für das Ergebnis der

wissenschaftlichen Evaluierung, sondern allgemein für

die geleistete Arbeit bei Vorstand und Mitarbeitern des

Bauhaus Luftfahrt bedanken. Für die Zukunft wünsche ich

dem Bauhaus Luftfahrt weiterhin alles Gute und viel

Erfolg!

Ihr

Dr. Rainer Martens

Dear Ladies and Gentlemen

The aviation industry is subject to the highest quality

standards, which are regularly checked by authorities

and audits.

Also a research institution such as Bauhaus Luftfahrt

must undergo a quality check at regular intervals. In

the academic world, scientific evaluation is the usual

method. External and independent expert committees

examine for example strategy, scientific profile, internal

structures and processes as well as research activities of

the examinee.

In July 2016, Bauhaus Luftfahrt concluded its evaluation

by a commission of high-ranking representatives

from other research institutions as well as from the business

community with very good success. In addition to

the overall importance of Bauhaus Luftfahrt for aviation

research, the commission emphasised in particular the

quality of its research on the mobility of the future and

development of air transport as well as the dissemination

of the research results achieved with the aim of raising

awareness in research, industry, politics and society.

As Chairman of the Advisory Board, I am pleased to

work with my advisory councillors and the Bauhaus Luftfahrt

Management Board to implement a package of

measures aimed above all at increasing the visibility of

Bauhaus Luftfahrt and further emphasising its integration

into the national research landscape.

I am convinced that this think tank, unique in Europe,

is even better able to prove its importance for German

aviation research.

As excellent results are achieved only by committed

work of highly qualified and motivated employees, I would

like to thank the Executive Directors and the employees

of Bauhaus Luftfahrt in the name of the Advisory Board

for their contribution to the results of the scientific evaluation.

For the future, I would like to wish Bauhaus Luftfahrt

all the best and much success!

Your

Dr. Rainer Martens


06 foreword directors

Prof. Dr. Mirko Hornung

Vorstand Wissenschaft und Technik

Executive Director Research

and Technology

Insa Ottensmann

Vorstand Finanzen und Organisation

Max Mustermann Executive Director Finance

Fachbereich

and Organisation

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07

Sehr geehrte Damen und Herren

Dear Ladies and Gentlemen

Eines der wichtigsten Ziele einer interdisziplinären Forschungseinrichtung

wie das Bauhaus Luftfahrt ist es, Impulse für Ideenaustausch

und Diskussionen für wesentliche Akteure und

Entscheidungsträger in der Luftfahrt zu geben. Eine passende

Plattform für diesen Zweck war die letztjährige Internationale

Luft- und Raumfahrtausstellung (ILA) in Berlin-Schönefeld.

Das Konzept eines neuen Innenstadtflughafens „Cent-

AirStation“ und des entsprechenden Regionalflugzeugs „City-

Bird“ war das zentrale Thema des ILA-Auftritts des Bauhaus

Luftfahrt im Jahr 2016. Dieses neuartige Flughafenkonzept ist

in Kooperation mit der Glasgow School of Art entwickelt worden

und widmet sich dem Flightpath-2050-Ziel der Europäischen

Kommission, die Reisezeit für 90 % aller innereuropäischen

Reisenden auf vier Stunden von Tür zu Tür zu verkürzen. Ergebnis

der Konzeptstudie ist, dass durch die vertikale Anordnung

des Flughafenbetriebs Passagierprozesse auf 15 Minuten von

der Ankunft an der „CentAirStation“ bis zum Abflug und auf

10 Minuten von der Landung bis zum Verlassen des Gebäudes

vermindert werden können.

Doch auch in anderen Forschungsbereichen haben neue

Ansätze ein großes Interesse in Forschung und Industrie ausgelöst.

So wurde eine Veröffentlichung zu den Combined-Cycle-

Triebwerken mit dem „Best Paper Award“ der AIAA ausgezeichnet,

und das Konzept des Propulsive Fuselage hat, nicht zuletzt

aufgrund der geplanten Arbeiten der NASA an einem solchen

„verteilten“ Antrieb, starkes Interesse hervorgerufen.

Diese Themen zeigen den Erfolg der bewährten interdisziplinären

Forschungsarbeit, die mit wissenschaftlich fundierten

Ergebnissen wichtige Impulse für wesentliche Trends und

Entwicklungen in der Luftfahrt gibt. Das Team leistet so einen

wertvollen Beitrag zur Lösung der Herausforderungen des Luftverkehrs

im Jahr 2040 und darüber hinaus.

Ihnen, liebe Leserin, lieber Leser, wünschen wir viel Spaß

bei der Lektüre unserer Forschungsergebnisse zu diesen und

anderen spannenden Themen des Jahres 2016.

Ihre/Ihr

Insa Ottensmann/Prof. Dr. Mirko Hornung

As an interdisciplinary research think tank, one of the

main objectives of Bauhaus Luftfahrt is to give food for

thought and discussion to key aviation stakeholders and

policy-makers. One suitable platform for this purpose

was last year’s International Aerospace Exhibition (ILA),

held at Schönefeld Airport. The concept of a new innercity

airport “CentAirStation” and the corresponding

regional aircraft “CityBird” was the central theme of

Bauhaus Luftfahrt’s appearance at ILA Berlin Air Show

2016.

This novel airport concept has been developed in

collaboration with the Glasgow School of Art and

addresses the European Commission’s Flightpath 2050

goal of shortening the travel time to four hours doorto-door

for 90 % of all inner-European travellers. The

result of the concept study is that through the vertical

arrangement of the airport operation passenger processes

can be reduced to 15 minutes from arrival at the

“CentAirStation” through to take-off and to 10 minutes

from landing to exiting the building.

However, also in other research areas, new

approaches have generated a high interest in academia

and industry. One publication of the Combined Cycle

engines was awarded the Best Paper Award of the

AIAA, and the concept of the Propulsive Fuselage has

generated a strong interest, not at least because of the

planned work of NASA on this “distributed propulsion”.

These topics show the success of the proven interdisciplinary

research work that provides important

impulses for key trends and developments in aviation

with scientifically founded results. The team is thus

making an important contribution to addressing the

challenges of air transport in 2040 and beyond.

We wish you, dear reader, a lot of fun reading our

research results on these and other exciting topics of

the year 2016.

Your

Insa Ottensmann/Prof. Dr. Mirko Hornung


08 contents

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels

technology

radar

systems

& aircraft

technologies

operations

Vorwort Beiratsvorsitzender

Vorwort Vorstände

Mission

editorial

04

06

10

Foreword Chairman of the Board

Foreword Directors

Mission

Statistiken

62 Facts & figures

Impressum 73 Imprint

Zukünftiger regionaler Luftverkehr

zwischen Städten

CentAirStation – ein zentrales,

multimodales Verkehrsknotenkonzept

CityBird – ein Flugzeug für den

innerstädtischen Betrieb

centairstation & citybird

14

16

18

Future regional air transport between

cities

CentAirStation – an inner-city, multimodal

transport hub concept

CityBird – an aircraft for inner-city airport

operation


09

Zukunftstechnologien für Zustandsüberwachung

und Health Monitoring

Zukunftstrends: Hyperschallmissionen

und kosmische Strahlenbelastung

Bewertung fliegender Kommunikationsnetzwerke

mit Wolkeneinfluss und Integration von Satelliten

technology radar

22

24

26

Future technologies for condition and

health monitoring

Future trends: Hypersonic missions and

cosmic radiation exposure

Airborne network assessment with cloud

impact and satellite integration

Wer wartet da am Gate?

Eine Analyse europäischer Passagiere

Analyse von Reisezeiten zu und

von europäischen Flughäfen

Untersuchung von Passagiereinstiegszeiten

mit agentenbasierten Simulationen

operations

30

32

34

Who is waiting at the gate?

An analysis of European passengers

Analysis of European airports’ access

and egress travel times

Boarding process investigations using

agent-based simulations

CORE-JetFuel: Empfehlungen für zukünftige

F&E in erneuerbaren Flugkraftstoffen

Effizienzpotenziale solarthermochemischer

Kraftstoffproduktion

Potenziale von Power-to-Liquid-Kraftstoffen

in der Luftfahrt

Die Ökobilanz des elektrischen

Fliegens

alternative fuels

38

40

42

44

CORE-JetFuel: Recommendations for future

R&D in renewable aviation fuels

Efficiency potential of solarthermochemical

fuel production

Potentials of Power-to-Liquid fuels

in aviation

Environmental life-cycle assessment of

universally electric aircraft

energy technologies & power systems

Einheitliche thermodynamische Bewertung

von Composite-Cycle-Triebwerken

Hybridelektrischer Antrieb – Situation und

Herausforderungen

Auswertung von Flugzeugkonzepten mit

synergetischer Antriebsintegration

48

50

52

Unified thermodynamic evaluation of

Composite Cycle Engines

Hybrid-electric propulsion – situation and

challenges

A review of synergistic propulsionairframe

integration

systems & aircraft technologies

Nahtlose Daten- und Modellintegration

im Flugzeugentwurf

Flugzeuge in Drachenkonfiguration

für das Jahr 2050

Operationelle und konzeptionelle

Maßnahmen zur Fluglärmreduktion

56

58

60

Seamless data and model integration

for aircraft design

Tube-and-wing aircraft for the

year 2050 timeframe

Operational and conceptual measures

for aircraft noise reduction


10 mission

Über das

Bauhaus Luftfahrt

Was treibt die Mobilität von morgen? Welche alternativen

Energieoptionen werden langfristig für die Luftfahrt zur

Verfügung stehen? Welche Antriebs- und Systemtechnologien

werden die Effizienz zukünftiger Flugzeugentwürfe

weiter verbessern, und werden diese zu vollständig

neuen Designs führen? Welchen Einfluss werden

Informationstechnologien auf zukünftige Produkte und

deren Entwicklungsprozesse haben? Entlang dieser

und weiterer Fragestellungen analysiert das Bauhaus

Luftfahrt als Forschungseinrichtung wesentliche Treiber,

neue technologische Ansätze sowie innovative Ideen

und integriert diese in ganzheitliche Lösungen für die

Luftfahrt.

Seit mehr als zehn Jahren betrachtet das Bauhaus

Luftfahrt im Sinne eines Thinktanks Themen aus sehr

unterschiedlichen Blickwinkeln: Die 31 Wissenschaftler

mit fachlicher Expertise aus Sozialwissenschaft und

Ökonomie, Natur- und Ingenieurwissenschaft sowie Informatik

identifizieren und bewerten erfolgversprechende

Ansätze und entwickeln diese, häufig in Zusammenarbeit

mit nationalen und internationalen Partnern, als Grundlage

für neue Produktideen und -konzepte weiter. Damit

nimmt das Bauhaus Luftfahrt eine wichtige Vorreiterrolle

ein – als Ideenschmiede, Forschungseinrichtung und

Impulsgenerator für Fachwelt, Öffentlichkeit und Politik.

Die Luftverkehrsflotte wird sich allen Prognosen nach

bis 2050 verdreifachen. Die Ziele 75 % weniger CO 2 -

Ausstoß, deutlich geringere NO X - und Lärmemissionen

gegenüber dem Jahr 2000 sind im Flightpath 2050 formuliert.

Aus dem Luftverkehrswachstum, den Flightpath-

2050-Zielen und den langen Produktlebenszyklen von

Flugzeugen von bis zu 60 Jahren leitet das Bauhaus

Luftfahrt seinen Auftrag ab, über die Grenzen herkömmlicher

Technologien und Materialien weit hinauszublicken

und neue Aspekte zu betrachten. Dabei sollen und

können keine Voraussagen getroffen werden, welches

das nächste Produkt sein wird. Die Wissenschaftler

erforschen vielmehr neue Technologien und Materialien,

zeigen deren Relevanz für zukünftige Entwicklungen und

schaffen ein Bewusstsein, worin die Potenziale für die

Luftfahrt liegen. Die so gewonnenen Erkenntnisse liefern

zahlreiche Denk- und Diskussionsanstöße – und das

außerhalb der vorhandenen konventionellen Forschungsund

Entwicklungslandschaft. Die Herangehensweise,

zunächst eine Idee in einem interdisziplinären kreativen

Prozess entstehen zu lassen und diese anschließend auf

ihre Anwendbarkeit wissenschaftlich zu überprüfen,

macht das Bauhaus Luftfahrt als Forschungseinrichtung

einzigartig in Deutschland und Europa.

Gegründet wurde der Bauhaus Luftfahrt e. V. im

November 2005 von den drei Luft- und Raumfahrtunternehmen

Airbus, Liebherr-Aerospace und MTU Aero

Engines sowie dem Bayerischen Staatsministerium für

Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie.

Namensgebend war das Staatliche Bauhaus, die

fachübergreifende Kunst-, Design- und Architekturschule

von Walter Gropius im Weimar und Dessau der 1920er-

Jahre. Seit 2012 ergänzt die IABG Industrieanlagen-

Betriebsgesellschaft den Kreis namhafter Industriepartner.

Das Bauhaus Luftfahrt ist seit 2015 auf dem Ludwig

Bölkow Campus in Taufkirchen bei München angesiedelt,

dessen Gründungspartner es ist.


11

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels

technology

radar

systems

& aircraft

technologies

About

Bauhaus Luftfahrt

operations

What drives the mobility of tomorrow? What alternative

energy options will be available for aviation in the long

term? Which power and system technologies will further

improve the efficiency of future aircraft concepts, and

will these lead to completely new designs? What impact

will information technologies have on future products

and their development processes? In light of these and

other questions, as a research institution, Bauhaus

Luftfahrt analyses major driving forces, new technological

approaches, and innovative ideas and integrates

them into holistic solutions for aviation.

For more than a decade, Bauhaus Luftfahrt is

studying topics from very different perspectives in the

sense of a think tank: The 31 scientists with professional

expertise in their field areas of social sciences and

economics, nature and engineering sciences as well as

informatics identify and assess promising approaches

and develop them, frequently in collaboration with

national and international partners, as a basis for new

product ideas and concepts. Bauhaus Luftfahrt is thereby

playing a key pioneering role – as a think tank, a research

institution, and an impulse generator for experts, the

public, and politicians.

According to all forecasts, the civil aviation fleet will

triple by 2050. The goals of 75 % less CO 2 emissions,

considerably reduced NO x emissions and noise compared

to 2000 are expressed in Flightpath 2050. From the

growth in air traffic, the Flightpath 2050 goals, and the

long product life cycles of aircraft of up to 60 years,

Bauhaus Luftfahrt derives its task of going far beyond

the boundaries of conventional technologies and

materials and of studying new aspects. Here, no predictions

can or should be made on what the next product

will be. Instead, scientists are searching for new technologies

and materials, showing their relevance for

future developments, and raising awareness of wherein

the potential for aviation lies. The knowledge gained in

this way offers numerous incentives to think differently

and participate in discussions – and all of that is outside

the existing conventional research and development

landscape. The approach, to first let an idea arise in an

interdisciplinary creative process and then check it in

a scientifically sound manner for its applicability, makes

Bauhaus Luftfahrt unique as a research institution in

Germany and Europe.

Bauhaus Luftfahrt e. V. was founded in November

2005 by the three aerospace companies Airbus,

Liebherr-Aerospace and MTU Aero Engines as well

as the Bavarian State Ministry for Economic Affairs and

Media, Energy and Technology. The source of the name

was Staatliches Bauhaus, the interdisciplinary art,

design, and architecture school by Walter Gropius

in the Weimar and Dessau of the 1920s. Since 2012,

IABG Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft has rounded

out the circle of renowned industrial partners. Since

2015, Bauhaus Luftfahrt has been based on Ludwig

Bölkow Campus in Taufkirchen near Munich, whose

founding partner it is.


12 centairstation &

citybird

AIRPORT & AIRCRAFT CONCEPT

centairstation

& citybird


13


14 centairstation &

citybird

Zukünftiger regionaler

Luftverkehr zwischen

Städten

Future regional air

transport between

cities

Langfristige Prognosen gehen auch weiterhin von

einem starken Wachstum der Luftverkehrsnachfrage

aus. Getrieben vom Trend der Urbanisierung

dehnen sich heutige Großstädte flächenmäßig stark

aus und führen auch aufgrund von Fluglärm und

Emissionen zu einer Verlagerung von Flughäfen weit

außerhalb dieser Städte. Die resultierenden längeren

Anfahrtswege und die erschwerte Anbindung an

die bestehende Infrastruktur anderer Verkehrsträger

wirken sich auf die Attraktivität der Luftfahrt hinsichtlich

eines Reisezeitvorteils gerade auf kürzeren

Strecken zwischen Städten negativ aus.

Aufbauend auf der Idee der Glasgow School of

Art im Forschungsprojekt „FASCINATIONS“ von

einem Innenstadtflughafen, der oberhalb von Bahngleisen

entstehen könnte, bestätigte das Bauhaus

Luftfahrt eine grundsätzliche Implementierbarkeit in

den 100 größten Städten weltweit. Im letztjährigen

Gruppendesignprojekt erarbeitete das interdisziplinäre

Team des Bauhaus Luftfahrt und der Glasgow

School of Art unter Anwendung der agilen Projektmanagementmethode

Scrum in kürzester Zeit das

integrative Konzept eines Innenstadtflughafens

im Zusammenspiel mit einem Regionalflugzeug:

CentAirStation und CityBird. Die synergetische, intermodale

Integration des Lufttransportkonzepts

CentAirStation und CityBird liefert somit eine

Antwort für einen zeiteffizienten Luftverkehr der

Zukunft zwischen Städten. Darüber hinaus eröffnet

das Konzept CentAirStation und CityBird neue

Perspektiven für die Forschung im Bereich Technologien

hinsichtlich Lärm, Emissionen und Sicherheit

sowie neue Wege einer intermodalen Integration

der Luftfahrt.

Zeiteffizienz: ein

Erfolgsfaktor für

den regionalen Luftverkehr

zwischen

Städten

Time efficiency:

a success factor in

regional air transport

between cities

Long-term aviation forecasts still foresee a strong

growth in air travel demand. Driven by the trend

of urbanisation, today’s large cities are spreading

extensively, which leads to relocations of airports far

outside these cities due to aircraft noise and emissions

concerns. This results in longer access times

and the growing challenge to connect the airports

to the existing infrastructure of the other modes of

transport. Both have a negative effect on the attractiveness

of aviation with regard to a travel time

advantage, especially on shorter routes between

cities.

Building upon the idea of the Glasgow School of

Art in the research project “FASCINATIONS” of an

inner-city airport, which could be built above existing

train tracks, Bauhaus Luftfahrt confirmed a possible

implementation in the 100 largest cities worldwide.

In last year’s group design project, using the agile

project management method Scrum, the interdisciplinary

team from Bauhaus Luftfahrt and the Glasgow

School of Art developed in a very short period of

time the holistic concept of an inner-city airport in

cooperation with a regional aircraft: CentAirStation

and CityBird. The synergetic, intermodal integration

of the air transport concept CentAirStation and City-

Bird thus provides a response for a time-efficient air

transport between cities of the future. In addition,

the concept CentAirStation and CityBird opens up

new perspectives for research in the areas of noise,

emissions, and safety as well as new ways of intermodal

integration of aviation.


15

Nutzung von Gleisflächen:

Die Grundidee des Innenstadtflughafens

Visualisierung des Airport-in-the-City-Konzepts der Glasgow School

of Art im Forschungsprojekt „FASCINATIONS“

Usage of cities’ brown space:

The basic idea of an inner-city airport

Visualisation of the Airport in the City concept developed by the

Glasgow School of Art in the research project “FASCINATIONS”

Durch Interdisziplinarität

entsteht das CentAirStation-

Konzept.

Das Team aus Studenten und Betreuern der

Glasgow School of Art sowie Forschern des

Bauhaus Luftfahrt erarbeitet Konzepte einer

städtebaulichen Integration der CentAirStation.

Interdisciplinarity creates

the CentAirStation concept.

Students and supervisors of the Glasgow School

of Art together with Bauhaus Luftfahrt researchers

elaborate city integration concepts for the

CentAirStation.

Dr. Kay Plötner Head of Economics and Transportation, Lead Operations

Mit dem Konzept eines Innenstadtflughafens adressiert das Bauhaus Luftfahrt wesentliche Herausforderungen der

zukünftigen Luftfahrt hinsichtlich der Bewältigung eines steigenden Passagieraufkommens in und zwischen den Großstädten

sowie einer optimalen intermodalen Integration des Luftverkehrs. Darüber hinaus stellt der Flugbetrieb in städtischem

Gebiet ambitionierte Anforderungen an Flugzeugtechnologien und -konfigurationen und setzt somit langfristige Ziele der Luftfahrtforschung

hinsichtlich Lärm, Emissionen und Zuverlässigkeit.

With the concept of an inner-city airport, Bauhaus Luftfahrt addresses major challenges for future aviation in terms

of coping with increasing passenger demand in and between large cities as well as optimal intermodal integration of

aviation. In addition, aircraft operations in urban areas raise ambitious requirements on aircraft technologies and configurations

and thus set long-term goals for aviation research regarding noise, emissions, and reliability.


16 centairstation &

citybird

CentAirStation – ein

zentrales, multimodales

Verkehrsknotenkonzept

CentAirStation – an

inner-city, multimodal

transport hub concept

Ziel des CentAirStation-Konzepts ist es, Flughäfen

im Zentrum einer Stadt zu positionieren, um kürzere

Verbindungen zum Flughafen und zu anderen Verkehrsträgern

zu ermöglichen. Bahnhöfe liegen meist

sehr zentral. Darüber hinaus bieten sie Verbindungen

zu einer Vielzahl von Verkehrsträgern, zum Beispiel

Fernverkehrszügen, öffentlichen Verkehrsmitteln

oder Fahrrädern. All diese Merkmale begünstigen

die Entscheidung für Bahnhöfe als günstig gelegene

Orte für einen innerstädtischen Flughafen. Allerdings

bietet ein stark bebautes und versiegeltes Stadtzentrum

nicht ausreichend Platz für den Bau eines

solchen Flughafens, was zu der Überlegung führte,

Flächen oberhalb eines Bahnhofsgebäudes und

der Gleisanlagen zu nutzen. Analysen von potenziellen

Flächen weltweit haben eine Mindestlänge von

640 Metern und eine Mindestbreite von 90 Metern

für das Flughafengebäude ergeben.

Das Prinzip der vertikalen Prozessketten auf

Flugzeugträgern diente als Blaupause für den Aufbau

des multimodalen CentAirStation-Gebäudes

oberhalb eines Bahnhofs. Dieses vertikale Layout

des Konzepts ermöglicht eine erhebliche Zeitersparnis

in den Prozessen. Mit seinen Dimensionen ist

das Konzept in der Lage, bei 30 Flugzeugbewegungen

pro Stunde und einem Tagesbetrieb von 16 Stunden

10,5 Mio. Passagiere im Jahr abzufertigen, was

die derzeitige Kapazität von Inlandsdirektflügen

von 91 Flughäfen in Nordamerika, Europa und Asien

abdeckt. Das CentAirStation-Konzept zeigt damit

ein hohes Potenzial, aktuelle Engpässe auf den Hub-

Flughäfen durch frei werdende Kapazitäten von

wegfallenden kontinentalen Strecken zu verringern,

um Wachstum auf interkontinentalen Strecken zu

ermöglichen.

Das CentAirStation-

Konzept nutzt freie

Flächen über Bahnhöfen

durch seine

vertikale Bauweise.

The CentAirStation

concept utilises free

space above railway

stations with its

vertical design.

The initial objective of the CentAirStation concept is

to position airports more centralised within a city to

enable shorter links to the airport and with other

transport modes. Railway stations possess the main

property of being located in the centre of the city.

Furthermore, they provide linkages to a huge variety

of transport modes, for example long-distance trains,

public transport, or bikes. All these characteristics

encourage a decision in favour of railway stations as

well-situated places for an inner-city airport. One

constraint is the available space, which is limited to

the volume above the actual railway station and

the railway tracks, leading to a vertical arrangement

of an additional transport mode. Analyses of potential

space above railway tracks have revealed a minimum

length of 640 metres and a minimum width

of 90 metres for the airport building.

The principle of vertical process chains implemented

on aircraft carriers served as blueprint for

the setup of the multimodal CentAirStation building

on top of a conventional railway station. This vertical

layout of the concept enables a significant amount

of saving time in the processes. With its dimensions,

the concept is capable of operating 30 aircraft movements

per hour at a targeted 16-hour daily operation

resulting in 10.5 million annual passengers, which

covers the current capacity of intra-country direct

flights of 91 airports in North America, Europe, and

Asia. Thus, the concept shows a high potential to

mitigate congestion at conventional airports in order

to allocate additional capacity for growth on intercontinental

routes at hub airports.


17

Überblick über das

CentAirStation-Konzept

Das CentAirStation-Gebäude besteht aus mindestens vier

Ebenen: der Start- und Landebahnebene, der Vorfeldebene,

dem öffentlich zugänglichen Bereich und der Bahnhofsebene.

Overview of the

CentAirStation concept

The CentAirStation building consists of minimum four levels:

the runway level, the apron level, the public level, and the

railway level.

Runway level

Apron level

Public level

Rail level

Departing passenger 15 minutes

Arriving passenger 10 minutes

Runway level

Boarding CityBird

Deboarding CityBird

Apron level

Decentralised

security checks

Public level

Enter

Exit

Rail level

Realisierung vertikaler

Passagierprozesse durch das

CentAirStation-Gebäude

Die vertikalen Passagierwege durch das CentAirStation-

Gebäude ermöglichen kurze Prozesszeiten von 15 Minuten

für abfliegende und 10 Minuten für ankommende Passagiere.

Implementation of vertical

passenger processes through the

CentAirStation building

The capability of vertical passenger ways through the CentAirStation

building enables remarkable time-saving potential to meet process times

of 15 minutes for departing and 10 minutes for arriving passengers.


18 centairstation &

citybird

CityBird – ein Flugzeug

für den innerstädtischen

Betrieb

CityBird – an aircraft

for inner-city airport

operation

Die Konzeption eines Flugzeugs, das aus Stadtzentren

heraus operieren kann, ist eine anspruchsvolle

Aufgabe. Eine breite Palette von Anforderungen,

wie begrenzter Platz für den Betrieb und sehr restriktive

Lärmvorgaben, bedürfen eines fein abgestimmten

Entwurfs, um allen Anforderungen

gerecht zu werden. Auf einer Bahn mit 640 Metern

Länge starten und landen zu können und auch einen

möglichst geräuscharmen Lärmteppich zu schaffen,

ist eine zentrale Herausforderung. Generell ermöglicht

eine geringe Fluggeschwindigkeit niedrige

Geräuschemissionen, aber ein effektives und komplexes

Hochauftriebssystem, das notwendig ist, um

geringe Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, ist

eine der Hauptquellen für Fluglärm. Um den Anforderungen

gerecht zu werden, war ein Kompromiss

zwischen der optimalen Reiseflugeffizienz und

der Kurzstartfähigkeit des Flugzeugs erforderlich,

der durch eine Verringerung der Flächenbelastung

gelang. Des Weiteren wird das Flugzeug beim Startvorgang

durch ein elektromagnetisches Startsystem

am Boden beschleunigt. Dies ermöglicht es, die

Triebwerke für einen effizienten Reiseflug statt nur

für den Start zu dimensionieren. Es ergibt sich eine

konstante Beschleunigung während des Starts von

0,5 g, was der Beschleunigung eines Sportwagens

entspricht. Die Flughafeninfrastruktur und das Flugzeug

müssen aufeinander abgestimmt sein, um

den vorhandenen Platz effizient zu nutzen. Aus diesem

Grund wurden die maximalen Abmessungen

des Flugzeugs mit 28 Metern Spannweite und

24 Metern Länge definiert. Das daraus resultierende

Konzept kann 54 Passagiere (Auslastung 90 %) über

1500 nautische Meilen mit einer Reisegeschwindigkeit

von Mach 0,65 befördern. Der Kraftstoffverbrauch

von nur 1,68 Litern pro 100 Kilometer und

Passagier ist dabei deutlich niedriger als heutzutage.

Start aus der

Innenstadt heraus

mit deutlich

kürzeren Reisezeiten

für Passagiere.

Taking off out of city

centres reduces

travel times to and

from the airport

as well as overall

journey time.

The design of an aircraft capable of operating out of

the densely populated areas in city centres is a challenging

task. A wide range of constraints, such as

restricted space for operation and noise limitations,

call for a finely tuned trade-off in the design to cover

all requirements. A key challenge of the concept was

to be able to take off and land on a 640 metres

(2,100 feet) runway and also to create a noise footprint

as low as possible. A low flight speed reduces

the noise emissions, but an effective and complex

high-lift system necessary to achieve low flight

speeds is a major noise contributor. To fulfil the

requirements, a compromise was necessary. Optimum

cruise performance was traded for field performance

provided by reducing the wing loading.

Moreover, the take-off run is accelerated by a

ground-based electromagnetic launch system, supporting

the engines during take-off. This also enables

the engines to be sized for an efficient cruise thrust

rather than simply for providing sufficient thrust for

take-off and provides a constant acceleration during

take-off of roughly 0.5 g representing the acceleration

of a sports car. Furthermore, the aircraft and the

airport infrastructure have to go hand in hand to efficiently

use the available space during turnaround

procedures. For that reason, maximum dimensions

of the aircraft were defined, which resulted in

28 metres of wingspan and 24 metres of length. The

resulting design can travel 1,500 nautical miles carrying

54 passengers (load factor 90 %) at a cruise

speed of Mach 0.65. This can be done with a significantly

reduced fuel consumption of just 1.68 litres

per 100 kilometres and passenger.


19

CityBird – effiziente Raumausnutzung

Um Flugzeuge zu oder von der Startbahn zu bringen, gibt es vier

Aufzüge, die eine effiziente Bodenabfertigung ermöglichen.

CityBird – efficient use of space

To transfer aircraft from the runway to the apron level, four

elevators are in place to move aircraft between levels.

Short vertical paths enable efficient turnaround processes.

CityBird –

Überblick

Das operationelle Szenario des

CityBird spiegelt sich in seinem

Design wider. Die niedrige

Flächenbelastung ermöglicht eine

kurze Startstrecke.

CityBird –

key characteristics

The operational scenario of the

CityBird is reflected in its

characteristics. The low wing

loading enables the short take-off

distance and the compact

dimensions favour manoeuvring

in close environments.

Parametric review

Parameter Unit Value

Maximum ramp weight Kg 20,700

Maximum take-off weight Kg 20,600

Maximum landing weight Kg 19,200

Maximum zero-fuel weight Kg 18,550

Operational empty weight Kg 12,350

Maximum usable fuel Kg 4,380

Maximum payload Kg 6,120

Design payload Kg 5,500

Wing area m 2 58.9

Aspect ratio - 13.31

Wingspan m 28

Parameter Unit Value

Wing loading kg/m 2 350

Thrust to weight - 0.35

Thrust to weight T/O (with EMALS) - 0.49

Appr. speed (MLW) KCAS 102

SAR mid cruise NM/kg 0.787

Fuelburn per PAX and 100 km 1/100 km 1.68

Range (LF 90 %) NM 1,500

Design range NM 1,000

Max. PAX - 60

Ferry range NM 2,200

Cruise mach number - 0.65

Dr. Jochen Kaiser Head of Visionary Aircraft Concepts

Klimaschutz und Effizienz werden in Zukunft die maßgeblichen Designtreiber im Flugzeugentwurf sein. Nur mit

dem Einsatz neuer Technologien und besseren Flugzeugkonfigurationen können die notwendigen Verbesserungen,

insbesondere bei der Reduktion der klimaschädlichen Emissionen, erreicht werden. Bei allen Steigerungen der Effizienz darf

jedoch der Mensch mit seinen Bedürfnissen im Luftverkehr nicht vergessen werden. Hier zeigt das CityBird-Konzept, dass der

Luftverkehr wieder näher an die Ballungsräume und damit an die Nutzer kommen kann, ohne dass es zu Beeinträchtigungen

der Lebensqualität oder der Umwelt kommen muss.

Climate protection and efficiency will be the key design drivers for future aircraft design. Only through application

of new technologies and enhanced aircraft configurations the necessary improvements may be achieved, especially

in the reduction of emissions. Nevertheless, while focusing on efficiency increases, the human with his needs in air transport

should not be forgotten. Here, the CityBird concept shows that air traffic can get closer to the urban centres and therefore

to the users without compromising the quality of life or the environment.


20 technology radar

Prospective concepts for

aeronautics are based on

the understanding of

future technology options

and their physical boundaries.

For early identification

of design-driving

developments, Bauhaus

Luftfahrt has established

the “Technology Radar”,

which includes the

domains of energy, materials,

photonics, sensors,

and information. The pursued

approach to future

technology analysis and

assessment of innovation

potentials rests upon an

interdisciplinary culture

and on a specially developed

methodology. This

relies on the derivation of

universal metrics and

physical benchmarks as

well as on an analysis of

the scaling behaviour and

disruptive potential of

novel technologies. As

guidance to the future

development of sound

overall concepts, performance

potentials are

determined in the aeronautical

context at various

levels of complexity, from

components, devices to

integrated systems.

Schlüssige Luftfahrtkonzepte

von morgen basieren auf dem

Verständnis zukünftiger Technologieoptionen

und deren physikalischer

Leitplanken. Zur

Früherkennung designtreibender

Entwicklungen hat das

Bauhaus Luftfahrt das „Technologieradar“

etabliert, das die

Domänen Energie, Materialien,

Photonik, Sensorik und Information

umfasst. Der verfolgte

Ansatz zur Zukunftstechnologieanalyse

und Bewertung von

Innovationspotenzialen stützt

sich auf eine interdisziplinäre

Kultur und eine eigens entwickelte

Methodik. Diese beruht

auf der Bestimmung universeller

Metriken und physikalischer

Grenzwerte sowie einer Analyse

des Skalierungsverhaltens

und disruptiven Potenzials

neuer Technologien. Als Leitlinie

für die zukünftige Entwicklung

stimmiger Gesamtkonzepte

werden Leistungspotenziale

im Luftfahrtkontext auf unterschiedlichen

Komplexitätsebenen

untersucht, von Komponenten

über Baugruppen bis hin

zu integrierten Systemen.

a)

Brussels

Abu Dhabi


21

technology

radar

c)

b)

Sydney


22 technology radar

Zukunftstechnologien für

Zustandsüberwachung und

Health Monitoring

Future technologies for

condition and health

monitoring

Effi zienz, Kosten und Sicherheit sind wesentliche

Treiber für die technologische Entwicklung in der

Luftfahrt. Verbesserungspotenziale mit transformativem

Einfluss auf Design-, Betriebs- und Wartungsparadigmen

ergeben sich durch sensorgestützte,

zusätzliche Information über den Zustand von Komponenten

und Strukturen. Das Triebwerk könnte

zum Beispiel für optimierte Effizienz ausgelegt und

näher an der Betriebsgrenze betrieben werden.

Außerdem bildet eine umfassende Systemzustandsinformation

die Basis für den voranschreitenden

Übergang von konventioneller, planmäßiger zu

bedarfsorientierter Wartung.

Zu den Schlüsselanforderungen für die Ausschöpfung

dieser Potenziale gehören robuste, zuverlässige

Sensorarchitekturen, die im Rahmen der

Zukunftstechnologieanalyse am Bauhaus Luftfahrt

untersucht werden. Dünnschichtsensoren sind als

eine vielversprechende Sensortechnologie identifiziert

worden. Der hohe Miniaturisierungsgrad

erlaubt neben hoher Auflösung und geringem Leistungsverbrauch

eine minimal-invasive Struktureinbettung

zum Vorteil von Beständigkeit und Langlebigkeit.

Leichte, flexible, drahtlose Sensornetzwerke

mit geringen Installations- und Wartungskosten

erhalten die Rohdaten von einer großen Anzahl von

Sensoren, etwa zur Strukturüberwachung. Potenziale

für den energieautarken Betrieb durch Energy

Harvesting wurden identifiziert (Abb. rechts oben).

Der Energie- und Bandbreitenbedarf kann mithilfe

von Netzwerk- und Computing-Architekturen

optimiert werden, die lokale Datenauswertung und

selektierte Informationsweitergabe innerhalb cyberphysischer

Systemansätze implementieren.

Die auf Flugzeug- und Flottenebene resultierenden

großen Datenvolumina lassen sich mithilfe von

Big-Data-Ansätzen erschließen, deren Potenzial für

eine bessere Entscheidungsfindung untersucht wird.

10 um

Cyber-physische

Systemoptimierung

und Big-Data-Verfahren

ermöglichen

Health Monitoring

in Echtzeit.

Cyber-physical

system optimisation

and Big Data

approaches enable

real-time health

monitoring.

Efficiency enhancement, cost reduction, and safety

improvements are important drivers of technology

developments in aviation. Novel sensor systems provide

additional information on the state of components

and structures with potentially transformative

impacts on design, operation, and maintenance

paradigms. For instance, turbine engines may be

designed for optimised efficiency and for running

closer to their operational limit. Furthermore, comprehensive

system state information is the basis

for the ongoing transition from conventional, schedule-based

to condition-based maintenance.

Key requirements to realise these potentials

involve robust and reliable sensing architectures,

which are evaluated in the framework of Bauhaus

Luftfahrt’s future technology analysis. Advanced

thin-film-based sensors were identified as one promising

sensing technology. The high degree of miniaturisation

enables minimally invasive structural

embedding in favour of durability and survivability,

high resolution and low power consumption.

Lightweight and flexible wireless sensor networks

acquire the raw data from a large number of

sensors with low installation and maintenance cost,

for example for structural health monitoring. Energy

harvesting potentials for energy self-sufficient operation

were identified (Fig. top right).

Energy and bandwidth demand may be optimised

by means of network and computing architectures,

which incorporate partial processing and

exchange of locally collected data and information

within a cyber-physical system approach.

The emerging large data volumes on aircraft and

fleet level can be exploited by Big Data approaches,

which are evaluated with regard to improved quality

of decision making.


23

Energy Harvesting –

Energie für drahtlose

Sensornetzwerke

Energy Harvesting macht andernfalls

verschwendete Energie aus

verschiedenen Quellen in der Flugzeugumgebung

nutzbar. So können bei

geringer Einschaltdauer drahtlose

Sensornetzwerkknoten zum Health

monitoring autark betrieben werden.

Energy harvesting –

power for wireless

sensor networks

The otherwise wasted energy from

various sources in the aircraft

environment may be harvested. This

allows for energy self-sufficient,

low-duty cycle operation of wireless

sensor network nodes for health

monitoring applications.

Thermal energy

harvesting

Vibration energy harvesting

Increasing

use of

energy

harvesting

Spin energy

harvesting

Wireless

sensor node

Sleep + process

+ transmit

Low duty cycle


24 technology radar

Zukunftstrends:

Hyperschallmissionen

und kosmische

Strahlenbelastung

Future trends:

Hypersonic missions

and cosmic radiation

exposure

Seit 2011 befasst sich das Bauhaus Luftfahrt mit

der wachsenden Relevanz der kosmischen Strahlenexposition

und mit Synergiepotenzialen für nachhaltiges,

strahlungsarmes Fliegen.

Die Reisezeitverkürzung stellt einen Schlüsseltreiber

für die Luftfahrtentwicklung dar. Hyperschallkonzepte

versprechen direkte Verbindungen

über die größten interkontinentalen Distanzen

innerhalb weniger Stunden. Erhöhte Geschwindigkeit

geht einher mit größerer Flughöhe und oft mit

transpolaren Routen. Die Strahlungsintensität

nimmt bis 20–25 Kilometer Höhe stark zu und ist

maximal an den Polen. Gleichzeitig führt eine kürzere

Flugdauer zu geringerer Bestrahlungszeit.

Während die jährliche Exposition von Flugpersonal

mit festen Blockstunden bei größeren Flughöhen

wächst, kann die Dosis von Vielfl iegern durch kürzere

Flugzeiten sinken. Ob dies der Fall ist, wird laut

einer aktuellen Journalpublikation 1 von der Phase

im Sonnenzyklus und der Flugroute bestimmt. So

ergaben sich in Zeiten geringer solarer Aktivität für

Passagiere auf transpolaren Hyperschallrouten ähnliche

oder höhere Werte als auf den heutigen Routen.

Entgegen der Intuition wächst in Perioden hoher

solarer Aktivität die Strahlungsrate schwächer mit

der Höhe und geografischen Breite. Hier führte die

kürzere Exposition zu einer niedrigeren Dosis auf

Hyperschallflügen. Diese könnten jedoch während

Sonnenstürmen mit um eine Größenordnung höherer

Dosisrate nicht durchgeführt werden, was von

wirtschaftlichem Nachteil wäre.

In Vorarbeiten 2, 3 ergaben sich für Nanokomposite

als Strukturmaterialien und für Wasserstoff als

Kraftstoff wesentliche Synergiepotenziale für den

Strahlenschutz. Sie könnten genutzt werden, um

strahlungsarmes Fliegen bei großer Höhe unabhängig

von der solaren Aktivität zu erlauben.

10 um

Schneller und höher

fliegen – nicht immer

vorteilhaft in Bezug

auf die kosmische

Strahlenbelastung

Flying faster and

higher – not always

beneficial in terms

of cosmic radiation

exposure

Since 2011, Bauhaus Luftfahrt is concerned with the

growing relevance of cosmic radiation exposure in

aviation as well as with technical synergy potentials

for sustainable and low-radiation flying.

Travel time reduction is a key driver for air traffic

development. Hypersonic concepts promise direct

connections over the largest intercontinental distances

within a few hours. Elevated speeds go along

with higher flight altitudes and typically with transpolar

routes. Up to 20–25 kilometres above ground,

radiation intensities strongly grow and are maximal

at the poles. Simultaneously, shorter flight durations

imply smaller irradiation times.

While flying at high altitudes generally increases

annual doses of aircrews with fixed block hours,

shorter flight duration may reduce passengers’ radiation

burden. In a recent journal article 1 , an intricate

dependence of route dose on the phase in the sun’s

11-year cycle and on flight trajectory was revealed.

In periods of low solar activity, for passengers on

transpolar hypersonic routes, similar or higher values

emerged as on the present ones. In times of high

solar activity, counterintuitively, the growth of radiation

rates with altitude and latitude is less severe.

Here, the shorter exposure on hypersonic missions

allowed for lower doses than today. Yet, during occasionally

occurring solar storms with order of magnitude

increased dose rates, hypersonic routes may

not be served, leading to economic penalties.

Important co-benefits for radiation protection were

found in previous works 2, 3 for nanocomposites as novel

structural materials and hydrogen as fuel. Exploiting

these synergy potentials may allow for low-radiation

flying at high altitudes irrespective of solar activity.

1 L. Koops, “Cosmic Radiation Exposure of Future Hypersonic Flight

Missions”, Radiation Protection Dosimetry (2016)

2 A. Sizmann, L. Schrempp-Koops, “Shielding Cosmic Radiation in

Air Traffic”, ICAS 2012, Brisbane, Australia (2012)

3 L. Schrempp-Koops, “Size Effects on the Efficiency of Neutron Shielding

in Nanocomposites – a full-range analysis”, International Journal of

Nanoscience, 12 3 (2013)


25

Flugrouten im Vergleich

Geplante, repräsentative Routen mit (teilweise)

Hyperschallgeschwindigkeit a), b), d) und entsprechende

heutige Vergleichsrouten c), e) 4 . Um Lärmbelastung

zu vermeiden, verlaufen Hyperschalltrajektorien

typischerweise über großen Wassermassen

mit geringer/verschwindender Population,

oft in der Polarregion (siehe a) und d)).

Flight routes in comparison

Envisaged, representative (partly) hypersonic

routes a), b), d) and corresponding present-day

references c), e) 4 . In order to avoid noise pollution,

hypersonic trajectories typically precede over

large water expanses with low/no population

density, often close to the poles (see a) and d)).

a)

Brussels

Abu Dhabi

c)

b)

Bering Strait

Sydney

d)

4 LAPCAT (Long-term Advanced Propulsion Concepts and

Technologies), European Commission, 6th framework (2008)

Brussels

e)

Beijing

Routendosis – Trade-off zwischen großen

Flughöhen und kurzer Flugzeit

1) Variation der effektiven Dosisrate mit der Höhe, geografischen

Position und solaren Aktivität; 2) Flugzeit für die Trajektorien a) und c)

(siehe oben); 3) Akkumulierte Dosis auf den Flugtrajektorien a) und c),

jeweils für geringe und hohe solare Aktivität

Route dose – trade-off between higher

altitudes and shorter flight time

1) Variation of effective dose rate with altitude, geographical position,

and solar activity; 2) Flight time of trajectories a) and c) (compare above);

3) Accumulated dose along flight trajectories a) and c), respectively for

low and high solar activity

1) 2) 3)

25

4.6 h 32 µSv

20

62 µSv

Hypersonic cruise

at Mach 5

Altitude [km]

15

10

5

20.5 h 55 µSv Subsonic cruise

at Mach 0.8

47 µSv

0

5 10 15 20 25 30 0 10 20 0 20 40 60

Effective dose rate [µSv/h]

Flight time [h] Effective dose [µSv]

Solar activity

Location

low high

Equator

Sydney (southern mid-latitude)

Brussels (northern mid-latitude)

Nome (high northern latitude)

Solar activity

low high


26 technology radar

Bewertung fliegender

Kommunikationsnetzwerke

mit Wolkeneinfluss und

Integration von Satelliten

Airborne network

assessment with cloud

impact and satellite

integration

Aeronautische Ad-hoc-Kommunikationsnetzwerke

(AANET) sind ein neues Konzept für die Luftfahrt,

das Konnektivität für Verkehrsflugzeuge mit Kapazitäten

weit über denen von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen

zu Satelliten verspricht. Die Bewertung von

AANET in Bezug auf zukünftige Anforderungen, Verfügbarkeit

von Internetzugangspunkten und atmosphärische

Beeinträchtigungen stellt eine kritische

Aufgabe dar.

Am Bauhaus Luftfahrt wurde eine Simulationsumgebung

entwickelt, die auf bis zu 50 000 Flüge

pro Tag anwendbar ist. Die Simulationen werden

genutzt, um AANET im Hinblick auf Verfügbarkeit,

Übertragungskapazität und Dynamik zu optimieren.

Dabei werden Datensätze von NASA-Erdbeobachtungssatelliten

genutzt, um den Wolkeneinfluss auf

die Verfügbarkeit zu untersuchen.

Kompakte und schnelle Laserlinks zwischen

Flugzeugen bieten um Größenordnungen verbesserte

Datenraten und ermöglichen den Fluglinien,

Breitbanddienste für Passagiere, Bord- und Wartungspersonal

bereitzustellen. Unsere Studien zeigen,

dass die Flugzeugdichten über Europa, Nordamerika,

nahe den Drehkreuzen des Nahen Ostens

und in großen Teilen Asiens und Südamerikas hoch

genug für flächendeckende AANET sind.

Aufgrund des hohen Flugaufkommens können

wenige terrestrische Internetzugangspunkte die

meisten Flugzeuge über Land versorgen. Auf Langstreckenflügen

mit geringerem Verkehrsaufkommen

können Laserterminals auf Satelliten und Höhenplattformen

die nötige Infrastruktur bieten. Obwohl

die Anzahl von Terminals auf Satelliten aufgrund

von Komplexität, Gewicht und Kosten in Zukunft

eingeschränkt bleiben mag, können durch AANET

viele Flugzeuge davon profitieren.

In naher Zukunft wird

schnelle On-Board-

Konnektivität ein

integraler Bestandteil

des Reiseerlebnisses

der Passagiere sein.

In the near future, fast

on-board connectivity

will be an integral

part of the passenger

travel experience.

Aeronautical ad-hoc communication networking

(AANET) represents a new paradigm in air transport,

providing connectivity to airliners beyond the performance

limits of one-on-one, plane-to-satellite links.

A critical task is to evaluate the effectiveness of

AANETs in relation to future bandwidth demand,

internet gateway (IGW) availability, and atmospheric

impairments.

At Bauhaus Luftfahrt, a simulation environment

capable of modelling large-scale AANETs, considering

worldwide air traffic with typically up to 50,000

flights per day, has been developed. Simulations are

used to optimise network performance in terms of

connectivity, data capacity, and dynamics, and global

cloud datasets from NASA earth observation satellites

are used to evaluate weather impact on network

availability.

Compact and high-speed, plane-to-plane laser

links provide orders-of-magnitude improvements

in communication bandwidth, enabling airlines to

offer broadband services to passengers, flight and

maintenance crews. Our studies show that air traffic

is sufficiently dense to support large-scale AANETs

across Europe and North America, near Middle Eastern

air traffic hubs, and in large parts of Asia and

South America.

Due to the high frequency of domestic flights,

terrestrial IGWs may provide data services to most

aircraft even without satellite links. For long-range,

oceanic routes with lower air traffic density, laser

terminals (LT) on satellites and high-altitude platform

stations (HAPS) may provide necessary infrastructure.

Although the number of available LTs may be

limited for reasons of complexity, weight, or cost,

AANET allows many aircraft to benefit.


27

Aeronautische Ad-hoc-

Kommunikationsnetzwerke

Satelliten-Laser-Verbindungen können abgeschnittene Flugzeugcluster

bedienen und die Netzwerkleistungsfähigkeit durch eine

Optimierung der Datenströme verbessern.

Aeronautical ad-hoc

communication networking

Satellite laser links can supply remote clusters with internet

access and optimise network performance by improving the

distribution of data loads.

Aircraft without

internet connection

Internet gateway

Aircraft cluster with

internet connection

Dr. Andreas Sizmann Head of Future Technologies and Ecology of Aviation, Knowledge Management

Wie wird die Luftfahrt dem Internetnutzer von morgen während des Flugs genügend Bandbreite bereitstellen? Bis

heute ist keine hinreichend skalierbare Lösung realisiert. Das Bauhaus Luftfahrt quantifiziert in einem interdisziplinären

Ansatz die Anforderungen und evaluiert Lösungen wie die der photonischen Ad-hoc-Netzwerke. Wir gehen noch weiter und

erforschen disruptive Veränderungen durch Digitalisierung in Produkten, Diensten, Betriebsabläufen und Geschäftsmodellen.

Mit unseren Partnern analysieren wir den Wert von Information, künstlicher Intelligenz und physikalisch-virtuellen Systemen,

um die Chancen der digitalen Transformation zu ergreifen und mit „Aviation 5.0“ erfolgreich zu sein.

How will aviation keep up with the “connected passenger” of tomorrow to provide door-to-door internet access at

future data traffic demand? No sufficiently scalable solution is implemented to this date. Bauhaus Luftfahrt takes an

interdisciplinary approach to quantify the technology gap and to evaluate solutions, such as photonic ad-hoc communication

networks. We go beyond and research the disruptive change of digitisation in products, services, operations, and business

models. With our partners, we analyse the value of information, artificial intelligence, and cyber-physical systems in order to

embrace the opportunities of the digital transformation to succeed in “Aviation 5.0”.


28 operations

With a profound understanding

of future scenarios

and trends impacting

aviation, the research

focus area “Operations”

investigates the implications

for air transport

based on future mobility

conditions. Starting from a

solid knowledge of the

Auf der Basis eines fundierten

future drivers of the air

Verständnisses zukünftiger

transport system,

Szenarien und Trends befasst

research questions con-

sich der Forschungsschwer-

cerning future require-

punkt „Operationelle Aspekte“

ments of passengers, air-

mit den veränderten Rand-

lines, and airports as well

bedingungen der Mobilität

as novel processes

der Zukunft und den entspre-

related to aircraft opera-

chenden Implikationen für

tion are analysed. Promis-

den Luftverkehr. Neben Frage-

ing technologies and

stellungen zu zukünftigen

approaches, such as

novel intermodal transport

Bedürfnissen von Passagieren,

Fluggesellschaften und Flug-

70

concepts, airside operations,

or business models,

are implemented in the air

transport system and evaluated

on an operational

level. The results identify

efficiency potentials and

hence recommendations

for different stakeholders

of the air transport system

can be given.

häfen werden auch neue

Prozesse im Betrieb von Luftfahrzeugen

untersucht. Vielversprechende

Technologien

und Ansätze, wie neuartige

Transportkonzepte, Betriebsabläufe

oder Geschäftsmodelle,

werden in das Lufttransportsystem

implementiert und

ihr Effekt auf operationeller

Ebene wie auch im Zusammenspiel

eines intermodalen Verkehrs

bewertet. Auf dieser

Grundlage werden Effizienzpotenziale

identifiziert und

London – average airport access speeds during a week [%]

60

50

40

30

20

Sunday

Monday

Handlungsempfehlungen für

die unterschiedlichen Akteure

00:00 12:00 00:00 12:00

der Luftfahrt formuliert.


29

RESEARCH FOCUS AREA

operations

Public transport

M = 34 km/h

SD = 4 km/h

Private car

M = 54 km/h

SD = 6 km/h

Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday

00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00


30 operations

Wer wartet da am Gate?

Eine Analyse europäischer

Passagiere

Who is waiting at

the gate? An analysis of

European passengers

Haben Sie sich auch oft gefragt, wer all diese Menschen

am Flughafen sind? Man wartet am Gate und

beobachtet die vorbeilaufenden Passagiere, denn

ein Flughafen ist ein Ort, wo Menschen mit unterschiedlichsten

Hintergründen zusammenkommen.

Das Reiseverhalten von Passagieren, präferierte

Reiseziele, das Reisebudget und die persönlichen

Erfahrungen werden von einer Vielzahl von Faktoren

beeinflusst, wie beispielsweise verfügbares Einkommen,

Alter, Geschlecht, Haushaltsstruktur, Herkunft,

Bildung, aber auch die Nutzung neuer Technologien,

das eigene Umweltbewusstsein und der

Wert von Zeit. Das Bauhaus Luftfahrt analysiert

diese Aspekte, um ein besseres Verständnis von

aktuellen und zukünftigen Flugpassagieren zu bekommen,

die Nachfrage analysieren und Anforderungen

an das europäische Transportsystem identifizieren

zu können.

Dieser Ansatz wurde im „DATASET2050“-Projekt

angewendet, um zukünftige Passagierprofile für

das Jahr 2035 zu entwickeln. Der Environmental

Traveller und der Digital Native Business Traveller

sind zwei davon. Der erste Passagiertyp ist umweltbewusst

und achtet auf die Reduktion von Flugreisen,

versucht Reisen zu verbinden und möglichst

wenig Gepäck mitzunehmen. Denkbar ist auch, dass

für ein Carbon-Offset-Programm gezahlt wird. Der

Digital Native Business Traveller repräsentiert die

heutige digitalaffine Generation Y und Z in der

Arbeitswelt. Er ist immer online, und Technologie

wird als selbstverständlicher Teil der Reise genutzt.

Da eine höhere Bildung zu einem Beruf mit hoher

Reisetätigkeit führen kann, wird aufgrund des

wachsenden Frauenanteils im tertiären Bildungssektor

ein großer Anteil dieser Gruppe weiblich

sein.

„DATASET2050“

ist eine Coordination

and Support Action

der Europäischen

Kommission.

“DATASET2050”

is a Coordination

and Support Action

funded by the

European Commission.

Have you ever wondered about all the different

people at the airport? Almost all of us have been

waiting at the gate and watching passengers

walking past. An airport is a melting pot where

people with all backgrounds come together.

Passengers’ travel behaviour, their preferences

regarding destinations, their travel budget

and experience sought are influenced by various

factors like income, age, gender, household structure,

country of origin, the educational level, but

also their usage of information and communication

technologies, their environmental awareness,

or their value of time. Bauhaus Luftfahrt

examines these aspects to get a better understanding

of current and future air transport passengers,

indications of today’s air travel demand

as well as expectations regarding the European

transport system.

Within the “DATASET2050” project, several

future passenger types for 2035 have been developed

using this approach. The Environmental

Traveller and the Digital Native Business Traveller

are two of these passenger profiles. The first one

is very environmentally conscious and part of a

lifestyle that reduces air travel; he combines trips

if possible and flies with as little luggage as

possible. He might be willing to pay for a carbon

offset scheme to compensate for his own air journey.

The latter one represents today’s digitalsavvy

generation Y and Z in the workplace, is

hyperconnected, and technology is deeply embedded

within his journey. Since higher education

can lead to a profession with increasing travel,

a large proportion of this group will be female

due to the growing share of women in tertiary

education.


31

Passagiere werden

von einer Vielzahl von

Faktoren beeinflusst.

Treibende Einflussfaktoren sind die

Grundlage, um zukünftige Passagierprofile

zu entwickeln. Manche Aspekte

sind schwer zu bestimmen, andere

basieren auf einer sehr breiten Datengrundlage.

Factors influencing

passengers.

Essential factors influencing air transport

passengers are the basis for deriving future

passenger profiles. Some outlooks are rather

vague; other developments are very well

supported by data.

GDP growth of

around 2 % until

2050 within Europe

Changing age

structure due to

ageing population

& rising life

expectancy

Increase in

environmental

awareness &

concerns about

personal data

High share of

population living in

urban areas, in

most European

countries at least

60 % until 2050

Increase in

internet usage &

mobile phones

penetration

Increase of the

education level &

high share of

women in tertiary

education

enrolment

Increase in one

person households

& drop in average

children per

household

Changing mobility

patterns, especially

among the younger

generation

Sources: eMarketer (2015), ESPAS (2015), Eurostat (2016), Euromonitor International (2013), ifmo (2013), OECD (2008), OECD (2011), PwC (2015), UN (2015), and

World Business Council For Sustainable Development (2015)

Passagiere der Zukunft in 2035

Der Environmental Traveller und der Digital Native Business Traveller

sind zwei zukünftige Passagiertypen. Sie unterscheiden sich in

Reisegrund, Alter, Einkommen, Reisehäufigkeit, aber auch im Reiseverhalten.

Passengers of the future in 2035

The Environmental Traveller and the Digital Native Business Traveller

are two future passenger profiles. They differ in main travel purpose,

age, income, and travel activity, but also in behavioural factors.

Source: DATASET2050 (2017)


32 operations

Analyse von Reisezeiten

zu und von europäischen

Flughäfen

Analysis of European

airports’ access and

egress travel times

Innerhalb eines europäischen Forschungsprojekts

wurden Fahrtzeiten von und zu Flughäfen analysiert.

Die Ergebnisse werden verwendet, um Schlüsse auf

den Effekt der Ab- und Anreisezeiten von und zu

Flughäfen auf die Gesamtreisedauer ziehen zu können.

Die Europäische Kommission definierte eine

maximale Gesamtreisedauer von vier Stunden innerhalb

Europas als eines ihrer Flightpath-2050-Ziele.

Die Reisezeiten wurden via Google Maps erhoben.

Reisezeiten von und zu Flughäfen wurden von

einer Vielzahl von um die Flughäfen gelegenen Knotenpunkten

abgefragt. Die Punkte unterscheiden

sich in Distanz zum und Himmelsrichtung vom Flughafen

und wurden zu verschiedenen Tages- und

Wochenzeiten sowie mit unterschiedlichen Beförderungsarten

(Pkw und öffentlichen Verkehrsmitteln)

zur Reisezeitberechnung verwendet.

Die Ergebnisse zeigen, dass Reisedistanz,

Tageszeit und vor allem Transportart einen erheblichen

Einfluss auf die Reisegeschwindigkeiten von

und zu Flughäfen haben. Im Vergleich zum Pkw sind

die Geschwindigkeiten öffentlicher Verkehrsmittel

durchweg niedriger und ihre Reisestrecken – gleichzeitig

– länger. So würden Passagiere bei einem

50 Kilometer entfernten Flughafen durchschnittlich

90 Minuten im Pkw verbringen. Mit öffentlichen

Verkehrsmitteln steigt diese Zeit sogar auf 3,5 Stunden.

Es ist daher offensichtlich, dass es Bedarf für

Verbesserungen der Transportinfrastruktur und

besonders der öffentlichen Verkehrsdienste von und

zu Flughäfen gibt. In Anbetracht der ständig zunehmenden

Verstädterung werden neuartige Verkehrskonzepte

und Transporttechnologien benötigt, um

sich dem Ziel der Europäischen Kommission von

kürzeren Reisezeiten anzunähern.

Driving

Public

transport

In europäischen

Großstädten sind

Pkw mehr als

doppelt so schnell

wie öffentliche

Verkehrsmittel.

On average driving

is more than twice

as fast as travelling

by public transport

in large European

cities.

Within the scope of a European aviation research

project, door-to-kerb and kerb-to-door times from

and to European airports have been analysed.

The results are being used to draw conclusions

on the effect of airport access/egress times on

the overall duration of air travel chains, since the

European Commission’s Flightpath 2050 seeks to

enable four-hours, door-to-door, intra-European

travel.

The travel times have been retrieved by sampling

Google Maps’ travel time data, using the

Google Maps Distance Matrix API. Each airport

was queried from an array of nodes, encircling

the airport, at various distances, headings, weekdays,

times of day, and modes of transport (that

is automotive and public transport).

The results show that travel distance, time of

day, and – especially – mode of transport have

the most severe impacts on airport access/egress

travel speeds. Public transport’s speeds are consistently

lower and its routes, simultaneously,

longer when compared to driving. Within an exemplary

air travel trip involving an airport, which is

50 kilometres away, passengers would already

spend 90 minutes driving to and from the airport.

The time required for airport access/egress

would even amount to 3.5 hours when using

public transport.

It is, thus, evident that transport infrastructure

and especially public transport services from

and to airports may require enhancements. In

light of ever-increasing urbanisation and the subsequent

rise of traffic congestion, novel transport

concepts and technologies are required to converge

on the European Commission’s goal of

enabling four-hours, door-to-door, intra-European

air travel.


33

Unit = Minutes Blue lines = Tracks Violet lines = Motorways

240

240

240

180

180

180

120

120

120

60

60

60

0

0

0

AMS CDG FCO FRA LHR MAD AMS CDG FCO FRA LHR MAD AMS CDG FCO FRA LHR MAD

Visualisierung von Fahrtzeiten zu

und von europäischen Flughäfen

Die Karten zeigen Fahrtzeiten zu und von dem Flughafen Amsterdam.

Fahrtzeiten für Pkw und öffentliche Verkehrsmittel sowie deren Differenz

werden mit Zeiten anderer europäischer Großflughäfen verglichen.

Visualisation of European airport’s

average access/egress times

The maps illustrate the average airport access/egress times for

Amsterdam airport. Travel times for driving, public transport, and their

difference are mapped and compared to other major European airports.

70

London – average airport access speeds during a week

Average speed [%]

60

50

40

30

20

Private car

M = 53.63 km/h

SD = 6.36 km/h

Public transport

M = 34.33 km/h

SD = 4.35 km/h

10

0 Sunday Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday

00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00

Weekday and time

Durchschnittliche Reisegeschwindigkeiten zum Flughafen London-Heathrow

Die dargestellten Reisegeschwindigkeiten zum Flughafen London-Heathrow variieren signifikant je nach Wochentag und Tageszeit.

Hauptverkehrszeiten sind deutlich am Geschwindigkeitsabfall der Pkw zu erkennen.

Average travel speeds to London Heathrow airport throughout a week

The average travel speeds from various locations in London to London Heathrow airport, as shown above, illustrate the significant

impact of time of day and weekday on travel speeds.


34 operations

Untersuchung von Passagiereinstiegszeiten

mit agentenbasierten

Simulationen

Boarding process

investigations using

agent-based simulations

Eine effiziente Flugzeugabfertigung ist ein wesentliches

Element der Wettbewerbsfähigkeit von

Fluggesellschaften. Das Ein- und Aussteigen der

Passagiere ist im heutigen Kurz- und Mittelstreckenbetrieb

ein wichtiger Prozess und bestimmt oft

über die minimale Bodenstandzeit als kritischen

Pfad. Dies wird durch den Trend zu kleineren Sitzabständen

und größeren Flugzeugtypen noch verstärkt.

Daher sind neue, optimierte Konzepte für das

Ein- und Aussteigen erforderlich, wie zum Beispiel

die Veränderung von Türpositionen oder Kabinenlayouts,

die Passagieren mehr Platz gewähren, insbesondere

während des Gepäckverstauens.

Die am Bauhaus Luftfahrt entwickelte Passagierflusssimulation

PAXelerate identifiziert die Reduktionspotenziale

für Passagierprozesse durch die

Erfassung der Agenteninteraktionen. Jeder Passagier

wird als Agent mit individuellen Eigenschaften

wie Körpermaßen, Gehgeschwindigkeit, Sitzplatz

oder Art des Handgepäcks dargestellt.

Erste Studien zeigen, dass die Einstiegszeiten

um bis zu 47 % für Flugzeuge mit einem Gang und

bis zu 44 % für Flugzeuge mit zwei Gängen reduziert

werden können, wenn Türen im Bereich von 1/4 und

3/4 der Kabinenlänge anstatt einer Tür neben dem

Cockpit genutzt werden. Darüber hinaus ermöglicht

der Einbau von klappbaren Sitzen – ähnlich einem

Kinositz – und seitlich einklappbaren Sitzen Effizienzsteigerungen

in der Einstiegszeit zwischen 28 %

und 47 % in Abhängigkeit der verwendeten Türpositionen.

Diese Ergebnisse gestatten eine weitergehende

Analyse hinsichtlich des Einflusses auf

direkte Betriebskosten wie auch in Bezug auf die

Integration in operationelle Abläufe und Flugzeugfl

otten.

Prozesse in der

Kabine sind oft

Grund für Verspätungen.

Passenger

processes in the

cabin are often a

reason for delays.

An efficient aircraft turnaround is an essential

element for airlines to be competitive. In current

short- to medium-haul operation, passenger

boarding and disembarking are key processes of

an aircraft turnaround and often on the critical

path. This gets amplified with the recent trend

towards denser aircraft cabins and larger aircraft

types. Hence, new concepts for optimised passenger

processes are required, such as door position

permutations or seat layouts, which provide

more space for passengers’ movements, especially

during luggage stowing.

The in-house developed passenger flow simulation

framework PAXelerate aims to identify

reduction potentials for passenger processes

through capturing the agent interactions and the

resulting complex system behaviour. Each passenger

is represented as an agent with individual

properties, such as body dimensions, walking

speed, target seat, or type of carry-on luggage.

First studies focusing on single- and twinaisle

aircraft revealed that a scenario using doors

positioned at 1/4 and 3/4 of the cabin length

could reduce the boarding time by up to 47 % for

a single-aisle and up to 44 % for a twin-aisle

configuration compared to a single door for passenger

processes. Furthermore, the implementation

of two different foldable seats concepts –

lifting seat pan and sideways foldable seat – into

single-aisle configurations enables efficiency

gains between 28 % and 47 %, depending on the

doors used. Building upon these results, an evaluation

of the operational integration into current

operations and existing airline fleets based on a

direct operating cost will be feasible.


35

Funktionsweise von

klappbarem Kinositz und

seitlich einklappbarem Sitz

Kabinenprozesse mit integriertem klappbaren

Kinositz (links) und seitlich einklappbarem

Sitz (rechts) in einer Sechser-Sitzanordnung

Mode of operation for the

lifting seat pan and the

sideways foldable seat concept

Cabin processes with lifting seat pan (left) and sideways

foldable seat (right) in a six-abreast arrangement with

folded and unfolded seats

Conventional seat

Conventional seat

Folded seat

Folded seat

Folded seat pan

Passenger passes

Passenger passes

Unfolded seat

Passenger

stows luggage

Unfolded seat

Passenger

stows luggage

Backrest

Backrest

Row interference

Row interference

Einfluss der klappbaren

Sitze auf die Einstiegszeit

Impact of foldable seats on

the boarding time

Einstiegszeiten für Standardrumpfflugzeuge mit

klappbarem Kinositz (links) und seitlich einklappbarem

Sitz (rechts) im Vergleich mit herkömmlichen

Sitzen mit Handgepäck

Boarding performance for single-aisle aircraft

with lifting seat pan (LSP) and sideways foldable

seat (SFS) compared to conventional seats under

the consideration of hand luggage

Passenger [-]

180 210 240 270 300

-30

Passenger [-]

180 210 240 270 300

-30

Boarding time delta [%]

-35

-40

Boarding time delta [%]

-35

-40

LSP – fwd door

SFS – fwd door

LSP – 1/4 and 3/4 door

SFS – 1/4 and 3/4 door

LSP – fwd and aft door

-45

-45

SFS – fwd and aft door

-50

-50


36 alternative fuels

Algae oil

Open

pond

HEFA

Jatropha

For ecological and economic

reasons, renewable

alternatives to conventional

jet fuel have moved

into the focus of interest

of the aviation industry. In

this diverse thematic field,

the research focus area

“Alternative Fuels” at

Bauhaus Luftfahrt

addresses the following

key questions: Which

quantities could be produced

worldwide in a sustainable

way? Which

technical production pathways

are available for a

long-term supply of

renewable fuels? And how

do these pathways perform

with respect to technical,

environmental and

socioeconomic criteria?

Currently less mature

technology options with

promising potentials for

long-term applications are

of particular interest for

the work at Bauhaus

Luftfahrt. Fuel production

from unconventional types

of biomass, such as

microalgae, or nonbiogenic

approaches, such

as solar fuels and

Power-to-Liquid (PtL),

represent important

research topics in this

context.

Erneuerbare Alternativen zu

konventionellem Kerosin

rücken aus ökologischen

und ökonomischen Gründen

zunehmend in den Fokus der

Luftfahrt. In diesem vielfältigen

Themenfeld konzentriert sich

der Forschungsschwerpunkt

„Alternative Kraftstoffe“ am

Bauhaus Luftfahrt auf folgende

zentrale Fragestellungen:

Welche Mengen können in

Zukunft weltweit auf nachhaltige

Weise produziert werden?

Welche technischen Produktionspfade

stehen für eine

langfristige Versorgung zur

Verfügung? Und wie sind diese

Pfade im Hinblick auf ihre

technischen, ökologischen

und sozioökonomischen

Potenziale zu bewerten?

Langfristige, bislang weniger

entwickelte Optionen spielen

in den Betrachtungen eine

besondere Rolle. Die Produktion

aus unkonventionellen

biogenen Rohstoffen, wie

Mikroalgen, oder nichtbiogene

Prozesse, wie solare Kraftstoffe

und Power-to-Liquid

(PtL), stellen hierzu wichtige

Forschungsansätze dar.

PtL water demand

compared to selected biofuels

(Volume representation,

PtL water demand 1.4 L H2 O/L jet fuel )


Alcohol-to-Jet

Sugar beet

37

RESEARCH FOCUS AREA

alternative

fuels

PtL

Wind,

solar


38 alternative fuels

CORE-JetFuel:

Empfehlungen für zukünftige

F&E in erneuerbaren

Flugkraftstoffen

CORE-JetFuel:

Recommendations for

future R&D in renewable

aviation fuels

Die Nachhaltigkeitsstrategie der Luftfahrt enthält

als zentralen Bestandteil die langfristige positive

Wirkung erneuerbarer Kraftstoffe. Das EU-Projekt

„CORE-JetFuel“ 1 unterstützt die Europäische

Kommission in der Implementierung eines Forschungs-

und Innovationsprogramms, das zum Ziel

hat, marktwirtschaftlich wettbewerbsfähige, klimaneutrale

Drop-in-Kraftstoffe zu entwickeln, die in

ausreichenden Mengen produziert werden können.

Das Bauhaus Luftfahrt bewertete die technoökonomischen

und ökologischen Potenziale von

verschiedenen Produktionspfaden, die sich zurzeit in

der Entwicklungsphase befinden. Die ganzheitliche

Bewertung schloss die abwägende Risk/Reward-

Potenzialanalyse und die Kosten-Nutzen-Verhältnisse

in Bezug auf den ökologischen Fußabdruck ein.

Ein Ergebnis war die Identifikation von Produktionspfaden,

die herausragende Ökobilanz und höchstes

Substitutionspotenzial miteinander verbinden.

Diese basieren entweder auf lignozellulosehaltigen

Rohstoffen (einschließlich Abfallstoffen) oder

biomasseunabhängigen Produktionstechnologien.

Letztere erfordern als Schlüsselelement weitere

Forschung zur CO 2 -Gewinnung aus der Atmosphäre.

Aufgrund eines zu erwartenden Kostennachteils

von erneuerbaren gegenüber konventionellen Kraftstoffen,

zumindest in der mittelfristigen Zukunft,

erfordert die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer

Kraftstoffe regulatorische und/oder wirtschaftliche

Maßnahmen. Ausgehend vom aktuellen Stand von

Forschung und technischer Reife wurden gemeinsam

mit den Projektpartnern Empfehlungen und

Zukunftspläne entwickelt 2 , die mit einem ausgewogenen

Ansatz sowohl mittel- als auch langfristig die

höchsten Erträge versprechen.

1 Das Projekt „CORE-JetFuel” (Coordinating research and innovation of

jet and other sustainable aviation fuel, 2013 – 2016) wurde durch das

7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union (FP7/2007 – 2013)

gefördert (Fördervertragsnummer 605716).

2 Bericht zugänglich auf: http://www.core-jetfuel.eu

Das Projekt berät

die Europäische

Kommission in Fragen

der Forschungsund

Innovationsprogramme

zu

erneuerbaren

Flugkraftstoffen.

The project provides

the European

Commission with

recommendations

on its programmatic

research and innovation

agenda.

Central to the aviation industry’s sustainability

strategy is the positive impact of renewable

low-carbon fuels in the long-term future. The

EU-funded coordinating action “CORE-JetFuel” 1

was dedicated to support the European Commission

in its implementation of a programmatic

research and innovation agenda that develops

sufficient quantities of carbon-neutral drop-in

fuels in a cost-competitive manner.

Bauhaus Luftfahrt’s task was to evaluate the

technical, economic, and environmental performance

potentials of various production pathways

currently under development. A multiple-criteria

framework was developed and applied, and

trade-off relations between risk and reward as

well as cost and benefit were analysed.

As a result, high-impact production pathways

were identified, which combine both superior

life-cycle performance and substitution potential.

Those are based either on lignocellulosic feedstock

(including waste streams) or on non-bio

production technologies. For the latter, it is recommended

to support research dedicated to CO 2

extraction from air as key enabling technology.

As a price gap between conventional jet fuel and

renewable alternatives is likely to remain at least

in the medium-term future, appropriate regulatory

and/or economic measures will be needed to

provide a market environment where renewable

fuels can be competitive. Based on the state of

research and technology readiness, a set of

detailed recommendations and roadmaps was

developed in cooperation with the project partners

2 to reap both medium-term and potential

long-term benefits in a balanced approach.

1 The project “CORE-JetFuel” (Coordinating research and innovation of

jet and other sustainable aviation fuel, 2013 – 2016) received funding

from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007–

2013) under grant agreement no. 605716.

2 Report accessible at: http://www.core-jetfuel.eu


39

Relative difference in

GHG emissions

Kosten-Nutzen-Verhältnis basierend

auf spezifischen Treibhausgasemissionen

Spezifische Treibhausgasemissionen und Produktionskosten von

erneuerbaren Flugkraftstoffen im Vergleich zu konventionellem Kerosin

Cost-benefit analysis based on specific

greenhouse gas (GHG) emissions

Specific GHG emissions versus cost of production of analysed

production pathways, each relative to conventional jet fuel

10 %

0 %

Jet A-1

-10 %

-20 %

-30 %

-40 %

-50 %

HDCJ/LC HTL/ A

780%

-60 %

-70 % HEFA/Cam

HEFA/ A

BtL/LC StL/airCO 2 600%

-80 % HEFA/UCO

-90 %

PtL/airCO AtJ/LC

2

-100 %

-20 % 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % 120 % 140 % 160 % 180 % 200 % 220 % 250 % 360 %

Relative difference in production cost

~

~

Abbreviation

HDCJ/LC

HTL/µA

HEFA/µA,

HEFA/UCO,

HEFA/Cam

BtL/LC

AtJ/LC

StL/airCO 2

PtL/airCO 2

Fuel production technology

and feedstock

Hydroprocessed depolymerised

Cellulosic jet from lignocellulosic

feedstock

Hydrothermal liquefaction of microalgae

Synthetic paraffinic kerosene using

hydroprocessed esters and fatty acids

from microalgae, used cooking oil, and

camelina, respectively

Bio-to-Liquid (Fischer-Tropsch synthetic

paraffinic kerosene) from lignocellulosic

feedstock

Alcohol-to-Jet from lignocellulosic

feedstock

Sun-to-Liquid based on solarthermochemical

conversion of water and CO 2

captured from air

Power-to-Liquid using CO 2 captured

from air

Risk/Reward-Analyse

Das Potenzial an Einsparung von Treibhausgasemissionen

(Produkt aus spezifischer Emissionsreduktion

und Substitutionspotenzial) in Relation

zur technologischen Reife (TRL) verschiedener

Produktionstechnologien

Risk-reward analysis

The potential impact of GHG emissions reduction

(derived from the product of specific GHG

reduction potential and the global substitution

potential) of fuel production technologies at

different readiness levels

Potential impact on global

GHG emissions reduction

Potential impact on European

GHG emissions reduction

100 %

80 %

60 %

40 %

20 %

0%

100 %

80 %

60 %

40 %

20 %

0%

Risk in technology development

High Moderate Low

PtL/airCO 2

StL/airCO 2

HTL/ A

AtJ/LC

BtL/LC

HEFA/ A

HDJC/LC

1 2 3 4 5 6 7 8

Technology readiness level (TRL)

Risk in technology development

High Moderate Low

HTL/ A

PtL/airCO 2

HEFA/ A

BtL/LC

AtJ/LC

HDJC/LC

HEFA/Cam

HEFA/UCO

Jet A-1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Technology readiness level (TRL)

9

High

Moderate

Potential reward

Low

High

HEFA/UCO

Jet A-1

Low Moderate

Potential reward


40 alternative fuels

Effizienzpotenziale

solarthermochemischer

Kraftstoffproduktion

Efficiency potential of

solarthermochemical

fuel production

Solarenergie ist aufgrund ihrer weitverbreiteten

Verfügbarkeit ein Grundpfeiler der Energiewende

von fossilen zu erneuerbaren Quellen. Die Nutzung

von Sonnenlicht für die thermochemische Produktion

von erneuerbaren Flugkraftstoffen verspricht

einen besonders hohen Konversionswirkungsgrad.

Kohlendioxid und Wasser werden dabei in einem

Solarreaktor, der zum Beispiel die Keramik Ceroxid

als Reaktant nutzt, in Kohlenmonoxid und Wasserstoff

gespalten. Die Gasmischung wird anschließend

in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt.

Forscher des Bauhaus Luftfahrt zeigten auf,

welch starken Einfluss die Umwandlungseffizienz

auf die Kosten- und Ökobilanz des Kraftstoffprodukts

hat, da sie die Größe des konzentrierenden

Solarfelds bestimmt 1 . Als ein Teil des Engagements

des Bauhaus Luftfahrt in der Erforschung des Innovationspotenzials

von solarer Kraftstofftechnologie

wurde ein generisches und modulares Modell für

die Beschreibung einer großen Zahl von Reaktorkonzepten

entwickelt 2 .

In der Auswertung wurde die Bedeutung der

Wärmerückgewinnung aus dem reaktiven Material

für hohe Wirkungsgrade gezeigt, wobei bis zu 80 %

Wärmetauscheffizienz in einer neuartigen Festkörper-

Gegenstrom-Konfiguration möglich sind. Mit dem

Modell ist es auch möglich, die Reaktorgeometrie

für vorgegebene Betriebsparameter zu optimieren.

Die Ergebnisse bilden einen wichtigen Beitrag

zur Erforschung von Reaktortechnologien, wie sie im

Rahmen des „SUN-to-LIQUID“-Projekts 3 untersucht

werden, um Sonnenlicht kosteneffizient für die nachhaltige

und großtechnische Produktion von Flugkraftstoffen

zu nutzen.

1 C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann, Environmental Science and Technology,

50 1 (2016)

2 C. Falter, A. Sizmann, R. Pitz-Paal, Solar Energy, 122 (2015)

3 Die Forschung zu diesen Ergebnissen wurde von der Europäischen Union

im Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 unter der Fördervertragsnummer

654408 gefördert.

StL

CO 2 , H 2 O

C x H y

Solarenergie treibt

einen thermochemischen

Kreisprozess

an, der

Flüssigkraftstoff

(C x H y ) aus CO 2 und

H 2 O produziert.

Solar energy is used

to drive a thermochemical

cycle to

produce liquid fuels

(C x H y ) from CO 2 and

H 2 O.

With its widespread availability, solar energy

forms a cornerstone of the transition of the energy

sector from a fossil to a renewable base. Regarding

the production of renewable fuels for aviation,

the use of sunlight in a thermochemical cycle

promises a particularly high energy conversion

efficiency. Carbon dioxide and water are split into

carbon monoxide and hydrogen in a solar reactor

using a metal oxide, for example cerium dioxide.

The yielded gas mixture is then converted into

liquid hydrocarbon fuels.

As was shown by researchers at Bauhaus

Luftfahrt, the conversion efficiency of the solar

reactor has a decisive influence on the economic

and ecological performance of the produced fuels,

as it defines the required size of the solar concentrator

1 . As part of the engagement of Bauhaus

Luftfahrt in the assessment of the fundamental

innovation potential of solar fuel technology, a

generic and modular model for the description of

a large number of possible reactor concepts has

been developed 2 .

Application of this model showed that heat

recuperation from the reactive material is essential

for the achievement of high efficiencies, with

novel solid-state counter-flow heat exchangers

potentially reaching about 80 % recuperation efficiency.

The developed model also enables optimisation

of the reactor geometry for a given set

of operating parameters.

The outcomes represent an important contribution

to R&D efforts on reactor technologies,

such as performed in “SUN-to-LIQUID” 3 , to utilise

sunlight cost-efficiently for sustainable large-scale

production of aviation fuels.

1 C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann, Environmental Science and Technology,

50 1 (2016)

2 C. Falter, A. Sizmann, R. Pitz-Paal, Solar Energy, 122 (2015)

3 The research leading to these results has received funding from the

European Union Horizon 2020 research and innovation programme under

grant agreement no. 654408.


41

Thermochemical energy conversion efficiency

25 %

20 %

15 %

10 %

5 %

0 %

0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %

Heat recuperation efficiency

Thermochemische

Konversionseffizienz

als Funktion der

Wärmerückgewinnung

Die thermochemische Energieeffizienz der

Konversion von Sonnenlicht zu Kraftstoff hängt

entscheidend von der Wärmerückgewinnung

im Wärmetauscher ab.

Thermochemical energy

conversion efficiency as a

function of heat recuperation

Thermochemical solar-to-fuel energy conversion

efficiency depends strongly on heat recuperation

in the heat exchanger.

Heat exchanger

CO 2 , H 2 O

Generisches

Reaktormodell

Darstellung des entwickelten

generischen Reaktormodells

mit den Reaktionskammern für

die Reduktion und Oxidation

des Redoxmaterials sowie dem

dazwischen liegenden Wärmetauscher

(hervorgehoben)

Reduction

Insulation

RPC

RPC

Insulation

CO, H 2

Oxidation

Generic reactor

model

Schematic of the developed

generic reactor model including

chambers for reduction and

oxidation of the redox material

as well as intermediate heat

exchange (highlighted)

H 2 O

CO 2

O 2

Sunlight

Syngas

FT

C x H y

Work

Heat

H 2 O/CO 2

CO 2 /H 2 O

capture/storage

Solar

concentration

Thermochemistry

Gas

storage

Fischer-

Tropsch

Combustion


42 alternative fuels

Potenziale von

Power-to-Liquid-

Kraftstoffen in der

Luftfahrt

Potentials of

Power-to-Liquid

fuels in aviation

Der Einsatz von Power-to-Liquid-Kraftstoffen (PtL)

könnte eine substanzielle Reduktion der Treibhausgasemissionen

im Luftfahrtsektor ermöglichen,

sofern im PtL-Prozess Strom und CO 2 aus erneuerbaren

Quellen eingesetzt werden. Das ist die Kernbotschaft

einer Hintergrundstudie, die das Bauhaus

Luftfahrt in Zusammenarbeit mit der Ludwig-Bölkow-

Systemtechnik GmbH im Auftrag des Umweltbundesamts

durchgeführt hat. Die PtL-basierte Kraftstoffproduktion

umfasst drei wesentliche Schritte:

1) Wasserstoffproduktion aus erneuerbarem Strom

über Elektrolyse von Wasser; 2) Konversion von CO 2

mittels des erzeugten Wasserstoffs; 3) Synthese

flüssiger Kohlenwasserstoffe und anschließende

Raffination. PtL basiert auf industriell etablierten

Prozessen, die Integration der individuellen Prozessschritte

ist jedoch noch Gegenstand aktueller Projekte

und erfordert weitere Forschungsarbeit.

PtL-Kraftstoffe sind drop-in-fähig. Die größte

Herausforderung ihrer Nutzung in naher Zukunft

besteht in den vergleichsweise hohen Produktionskosten.

Positiv wirken sich dagegen vor allem die

hohen Potenziale von Wind- und Sonnenenergie

aus, die den gegenwärtigen und zukünftigen Bedarf

bei Weitem übertreffen. Die vorteilhafte Ökobilanz

von PtL-Kraftstoffen aus erneuerbaren Rohstoffen

(Wasser, CO 2 , elektrischer Energie) ist evident,

insbesondere im Hinblick auf Treibhausgasbilanz,

Wasserbedarf und Landverbrauch und im Vergleich

mit Biokraftstoffen.

Die Hintergrundstudie ist über die Webseite

des Umweltbundesamts frei verfügbar: http://bit.ly/

2cowOyf

Sonnen- und Windstrom

kann durch PtL

in chemische Energie

in Form von flüssigen

Kraftstoffen konvertiert

werden.

Solar and wind energy

can be converted via

PtL into chemical

energy in the form of

liquid fuels.

If produced from renewable electricity and

abundant CO 2 captured from air, Power-to-Liquid

(PtL) fuels could enable the aviation sector to

substantially reduce its environmental footprint.

This is a key message of a background study

recently conducted by Bauhaus Luftfahrt in collaboration

with Ludwig-Bölkow-Systemtechnik

GmbH and on behalf of the German Environment

Agency. PtL-based fuel production comprises

three main steps: 1) Hydrogen generation from

renewable electricity through electrolysis of

water; 2) Provision of renewable CO 2 and its conversion

along with the produced hydrogen; 3)

Synthesis of liquid hydrocarbons with subsequent

upgrading and refining. PtL fuels can be produced

using established industrial-scale processes.

However, full system integration of the individual

process steps is subject to ongoing work and still

requires further R&D efforts.

PtL-derived jet fuel is drop-in capable. The

key challenge for short-term deployment is disadvantageously

high cost of production. The main

advantage of PtL fuels, however, is the huge

potential of wind and solar power exceeding the

total global energy demand of today and the

future. The environmental benefits of PtL fuels

produced from renewable feedstock (electricity,

CO 2 , and water) are evident, with a low carbon

footprint, negligible water demand, and much

lower land requirements compared to biofuels.

The background study on PtL fuels can be

downloaded from the German Environment

Agency website: http://bit.ly/2cowOyf


43

PtL-Wasserbedarf im

Vergleich zu Biokraftstoffen

Die PtL-Produktion aus erneuerbarem Strom

ist durch einen, verglichen mit verschiedenen

Biokraftstoffen, vernachlässigbaren spezifischen

Wasserverbrauch gekennzeichnet.

PtL water demand compared to selected biofuels

(Volume representation, PtL water demand 1.4 L H2 O/L jet fuel )

PtL water demand

compared to selected biofuels

PtL fuels production from renewable electricity

is characterised by negligible specific water

consumption in relation to various biofuel

production pathways.

PtL

Wind,

solar

Algae oil

Open

pond

Alcohol-to-Jet

Sugar

beet

HEFA

Jatropha

Source: LBST, BHL, 2016

Achievable air mileage for an A320neo per ha of land [km/(ha·yr)]

PtL wind power

PtL photovoltaics

BtL short rotation forestry

HEFA oil crops

Alcohol-to-Jet sugar crops

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Minimum Bandwidth

Source: LBST, BHL, 2016

Reichweite eines A320neo

pro Hektar genutzter Fläche

Hoher Ertrag: Der Flächenbedarf einer PtLbasierten

Kraftstoffproduktion ist deutlich

geringer als bei Biokraftstoffen, die auf natürliche

Photosynthese angewiesen sind.

Achievable air mileage for an

A320neo per hectare of land

High area-specific yields: Land requirement for PtL

fuels production is far lower compared to biofuels

relying on natural photosynthetic energy conversion.

Dr. Arne Roth Lead Alternative Fuels

Das weltweite Potenzial der erneuerbaren Stromproduktion ist enorm, die erforderlichen Technologien sind verfügbar.

Doch wie kann dieses Potenzial genutzt werden, um die Energiewende in der Luftfahrt zu realisieren? Während das

vollelektrische Fliegen eine faszinierende Option für langfristige Anwendungen darstellt, bietet der Power-to-Liquid-Ansatz (PtL)

die Möglichkeit, elektrische Energie in Form flüssiger Kraftstoffe zu speichern, die mit der heutigen Infrastruktur und Flugzeugtechnologie

kompatibel sind. Kritisch für die industrielle Implementierung von PtL sind die Bereitstellungskosten von Elektrizität

und CO 2 aus erneuerbaren Quellen.

The global potential for renewable electricity generation is vast and the required technologies for harvesting are

readily available. But how can this potential be tapped and utilised to support the energy transition in aviation?

While fully electric flying represents an intriguing long-term option, the Power-to-Liquid (PtL) technology offers a pathway to

store electric energy in the form of liquid fuels that are compatible with current fuel infrastructure and aircraft technology.

The costs associated with the supply of renewable electricity and carbon dioxide remain the most critical issue on the way to

industrial implementation of PtL.


44 alternative fuels

Die Ökobilanz

des elektrischen

Fliegens

Environmental

life-cycle assessment

of universally electric

aircraft

Während vollelektrische Antriebe einen lokal

emissionsfreien Betrieb ermöglichen, erfordert die

Bewertung des gesamten CO 2 -Fußabdrucks des

elektrischen Fliegens eine vollständige Lebenszyklusanalyse.

Diese umfasst sämtliche Produktphasen

von der Produktion, einschließlich der elektrischen

Energie, des Flugzeugs und der Batterien über die

Nutzung bis zur Entsorgung. Eine Lebenszyklusanalyse

von vollelektrischen Flugzeugen wurde am

Bauhaus Luftfahrt beispielhaft für den Ce-Liner

durchgeführt und zeigt, dass die Produktionsphase

einen signifikanten Einfluss auf die Gesamtbilanz

aufweist. Speziell die Herstellung der Batterien

erzeugt Treibhausgase in gleicher Größenordnung

wie die Produktion des Flugzeugs. Zur Erreichung

einer insgesamt vorteilhaften Treibhausgasbilanz

des elektrischen Fliegens ist ein sehr kleiner CO 2 -

Fußabdruck der Nutzungsphase erforderlich. Die

Betrachtung verschiedener Energieszenarien zeigt

deutlich den Einfluss des Strommixes auf die

Treibhausgasemissionen. Unter der konservativen

Annahme eines durchschnittlichen Emissionsfaktors

von 463 gCO 2 eq/kWh für den globalen Strommix im

Jahr 2035 (verglichen mit 560 gCO 2 eq/kWh für

Deutschland im Jahr 2014) ergibt sich im Vergleich

zu einem konventionell weiterentwickelten Referenzflugzeug

nur eine Treibhausgasreduktion von

10 % pro Passagierkilometer (PKM). Durch Nutzung

von vollständig erneuerbarem Strom könnte eine

Emissionsminderung um mehr als 85 % durch elektrisches

Fliegen erzielt werden. Die Bewertung der

ökologischen und ökonomischen Implikationen des

elektrischen Fliegens verbleibt auch in Zukunft eine

wichtige Forschungsaufgabe am Bauhaus Luftfahrt.

Der Ce-Liner:

Konzept eines vollelektrischen

Flugzeugs,

entwickelt am

Bauhaus Luftfahrt

Bauhaus Luftfahrt’s

Ce-Liner concept of

a universally electric

aircraft

While electric propulsion leads to zero local

emissions during operation, a comprehensive

life-cycle assessment (LCA) is required to evaluate

the overall carbon footprint. Such an assessment

includes the production phase, that is

generation of electric energy and manufacturing

of aircraft and batteries, the operational phase,

and the final disposal. An LCA study on universally

electric aircraft, represented by the Ce-Liner,

conducted at Bauhaus Luftfahrt has shown that

the impact of the production phase is significant.

Particularly the battery manufacturing causes

greenhouse gas (GHG) emissions in the same

order of magnitude as the aircraft production. A

very low carbon footprint during the operational

phase is required to enable a net benefit from

electric flying. Examining scenarios defined by

different sources of electricity clearly show the

dominating impact of the electricity footprint on

the total GHG emissions. Conservatively assuming

utilisation of grid electricity in 2035 with an

emission factor of 463 gCO 2 eq/kWh on global

average (compared to, for example, 560 gCO 2 eq/

kWh for Germany in 2014) would result in less

than 10 % GHG reduction per passenger kilometre

(PKM) for a fully electric aircraft compared

to the evolutionarily developed 2035 reference

aircraft. In contrast, purely renewable electric

energy would enable GHG savings of more than

85 % for fully electric operation. The assessment

of potential environmental and economic implications

of electric flying and, in general, of utilising

carriers of electric energy in aviation will remain

an important research task at Bauhaus Luftfahrt.


45

Klimabilanz des elektrischen

Fliegens

Treibhausgasemissionen je Personenkilometer (PKM):

Vergleich aktuelles Referenzflugzeug (A321), konventionelles

Referenzflugzeug in 2035 (B787-3+) und Ce-Liner

Carbon footprint of electric

flying

Greenhouse gas emissions per passenger kilometre (PKM):

comparison with current reference aircraft (A321),

2035 conventional reference aircraft (B787-3+), and Ce-Liner

[kgCO 2 eq/PKM]

0.18

0.16

0.14

0.12

0.1

0.08

0.06

0.04

0.02

0

All A/C @ 189 PAX & 1667 km (900 NM)

-35 % -42 %

A321 B787-3+ Ce-Liner

standard

case

Operation

Production batteries

Production aircraft

(without batteries)

Auswirkungen des Strommixes

auf die Klimabilanz

Klimabilanz des Ce-Liners für drei ausgewählte Szenarien

(pessimistisch, Standard und optimistisch) sowie die

individuellen Beiträge der Produktions- und Nutzungsphase

Impact of the utilised electricity

on the overall carbon footprint

Ce-Liner’s life-cycle greenhouse gas emissions for three

scenarios (pessimistic, standard, and optimistic case)

as well as their share of production and use phase in

each scenario

Life-cycle GHG emissions

[kgCO 2 eq]

9.0E+08

8.0E+08

7.0E+08

6.0E+08

5.0E+08

4.0E+08

3.0E+08

2.0E+08

1.0E+08

0.0E+00

73 %

20 %

2 %

Ce-Liner

pessimistic

WEO mix

and battery

impacts

84 %

8 %

+38 %

3 %

Ce-Liner

standard

case

81 %

7 %

-37 %

5 %

Ce-Liner

optimistic

WEO mix

and battery

impacts

Operation (maintenance)

Production batteries

Operation (electricity generation)

Production aircraft (without batteries)

Dr. Holger Kuhn Co-lead Energy Technologies and Power Systems

Batteriebasierte elektrische Flugzeuge ermöglichen emissionsfreies Fliegen und erlauben über die Wahl der Primärenergie

verschiedener erneuerbarer Ressourcen einen nahezu emissionsfreien Betrieb des Flugzeugs. Solch ein

Vergleich mit kerosinbasierten Flugzeugen ist möglich, jedoch muss in der heutigen Zeit, in der die Emissionsreduktion in ihrer

Gesamtheit wichtig ist, die Produktion des Flugzeugs und seiner Komponenten mitberücksichtigt werden. Daher kann nur eine

umfassende Lebenszyklusanalyse von Produktion und Betrieb des Flugzeugs die wahren Emissionsreduktionspotenziale neuer

Flugzeugkonzepte und neuartiger Antriebssysteme aufzeigen.

Battery-based electric flying enables zero in-flight emissions and, furthermore, allows for the choice of primary energy

from various renewable sources to achieve near-zero life-cycle emissions during the operation of the aircraft. Such a

comparison to kerosene-fuelled aircraft is valid, but these days, when overall emissions have to be reduced, one has to account

for the production of the aircraft and its components as well. Hence, only a comprehensive life-cycle assessment of the production

and operation phase of the aircraft will exhibit the true emissions reduction potentials of new aircraft concepts and

novel motive power systems.


46 energy technologies & power systems

The interdisciplinary research

focus area concentrates the

research activities on novel

combustion-based and alternative

(hybrid-)electric motive power

systems for aircraft. This extends

the search for new aircraft energy

options well beyond so-called

drop-in solutions. The technological

challenges associated with

novel thermodynamic cycles

as well as fully or hybrid-electric

motive power systems are

addressed from the basics

upwards: Relevant key technologies

are identified, future potentials

for energy converters are

assessed, and hybrid systems are

conceptually designed and analysed

at aircraft level. Therefore,

scientists and engineers search

answers along the main research

questions:

1) Energy and propulsion

technologies: What are enabling

key technologies?

2) Energy conversion devices:

What are their future potentials?

3) Hybrid system architectures:

How can the best of two worlds

be combined?

Der interdisziplinäre Forschungsschwerpunkt

konzentriert die Forschungsarbeiten

zu neuartigen auf Verbrennung

basierenden und alternativen (hybrid-)

elektrischen Antrieben in der Luftfahrt.

Dies erweitert die Suche nach neuen

Energieoptionen im Flugzeug deutlich

über sogenannte Drop-in-Lösungen

hinaus. Die technologischen Herausforderungen

durch neue Kreisprozesse

wie auch voll- oder hybridelektrische

Antriebstechnik werden von den Grundlagen

her aufbauend adressiert: Es

werden relevante Schlüsseltechnologien

identifiziert, zukünftige Potenziale

von Energiewandlern bewertet sowie

hybride Antriebskonzepte entwickelt

und auf Flugzeugebene analysiert.

Dabei arbeiten die Wissenschaftler und

Ingenieure entlang der wesentlichen

Fragestellungen:

1) Energie- und Antriebstechnologien:

Was sind die Schlüsseltechnologien?

2) Energiewandler: Was sind ihre

zukünftigen Potenziale?

3) Hybride Systemarchitekturen:

Wie lässt sich das Beste aus zwei

Welten kombinieren?

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.1


1.5

47

3.5

2.5

3

2

1

RESEARCH FOCUS AREA

energy

technologies

& power

systems

0.5

0.1


48 energy technologies & power systems

Einheitliche thermodynamische

Bewertung

von Composite-Cycle-

Triebwerken

Unified thermodynamic

evaluation of Composite

Cycle Engines

Das Composite-Cycle-Triebwerkskonzept integriert

Kolbenmaschinen im Kern eines Turbofans. Dadurch

steigt die Effizienz gegenüber einem Turbofan deutlich,

allerdings um den Preis höheren Gewichts.

Um nun das tatsächliche Verbesserungspotenzial zu

bestimmen, wurden beide Konzepte konsistent verglichen.

Hierzu wurde eine einheitliche Methodik

entwickelt, bei der die wichtigsten Zyklusparameter,

insbesondere Druckverhältnis und Brennkammertemperatur,

für eine Kurz- bis Mittelstreckenanwendung

optimiert wurden.

Die optimale Brennkammertemperatur ist mit

1400 K sehr niedrig, sodass der Großteil des Kerosins

in der effizienten Kolbenmaschine verbrannt

wird und nur ein kleiner Teil in der normalen Brennkammer.

Die Effizienz steigt monoton mit dem

Druckverhältnis und wird beschränkt durch den Spitzendruck

im Kolben und seine Austrittstemperatur.

Mit dem heutigen Technologieniveau kann der Kerosinverbrauch

auf einer Mission um 18 % gesenkt

werden, unter Berücksichtigung von Kaskadeneffekten

auf Flugzeugebene, trotz eines 24 % schwereren

Triebwerks.

Zukünftige Potenziale wurden unter der

Annahme von evolutionärer Verbesserung der Komponenten

bis zum Jahr 2035 ebenfalls untersucht.

Im Vergleich zu heute sinkt der Kerosinverbrauch

des Turbofans um weitere 9 %. Das Composite-

Cycle-Triebwerk verteidigt seinen relativen Vorteil

bei ebenso verbesserten Komponenten und ist

somit beständig gegenüber zukünftigen Entwicklungen.

Insgesamt erreicht das Konzept eine Verbesserung

von 37 % gegenüber dem Stand im Jahr 2000

und übertrifft so das Ziel für das Jahr 2035 (30 %).

Zur weiteren Verbesserung wird auch der Einsatz

von Wankel- statt Hubkolbenmotoren untersucht.

Kolbenmaschinen

könnten um das

Kerntriebwerk

herum angeordnet

werden.

Piston engines

could be installed

around the turbo

engine core.

The Composite Cycle Engine concept introduces

piston engines into the turbofan core. It promises

significantly improved thermal efficiency over the

conventional turbofan, but adds weight to the

engine. Hence, both concepts need to be compared

consistently to identify the true improvement

potentials. To this end, a unified set of methods

was established. The main cycle parameters were

optimised for a short- to medium-range application,

in particular overall pressure ratio and combustor

exit temperature.

The optimum combustor exit temperature is

rather low at 1,400 K. In this way, most of the fuel

is burnt in the efficient piston engine and only a

small share in the conventional combustor. Efficiency

increases monotonically with increasing pressure

ratio, but is restricted by permissible piston peak

pressure and exit temperature. With today’s technology,

mission fuel burn reduces by 18 % on aircraft

level, including cascading effects through resizing,

although engine weight increases by 24 %.

Future benefi ts of the concepts were also

analysed, assuming evolutionary improvement of

component technology until year 2035. The turbofan

mission fuel burn reduces by 9 % compared

to modern turbofans. The Composite Cycle Engine

with likewise improved technology retains its

relative advantage. This shows that the advantage

of the Composite Cycle Engine is persistent

for future developments. The concept achieves

a combined fuel burn reduction of 37 % against

year 2000 technology standard, surpassing the

year 2035 target (30 %). To improve the concept

further, the use of a rotary engine instead of

pistons is being investigated, too.


49

Turbofan- und Composite-Cycle-

Triebwerksarchitektur

Kolbenmaschinen treiben Kolbenverdichter im Kern des Triebwerks

an. Die Turbokomponenten werden, wie durch die Farben angedeutet,

thermodynamisch vereinigt, um die Berechnung zu vereinfachen.

Turbofan and Composite Cycle Engine

architectures

Piston engines drive piston compressors in the core of the engine.

Turbo components are thermodynamically combined as indicated

by the colours to simplify the calculation procedure.

Turbofan

LP spool

HP spool

Combustion

Piston compression

Composite Cycle Engine

Architektur mit Wankelmaschine

Konzeptuelle Zeichnung eines Composite-Cycle-Triebwerks mit

leichter Wankelkolbenmaschine mit fünf Scheiben in einer vorteilhaften

koaxialen Anordnung

Rotary engine architecture

Conceptual sketch of a Composite Cycle Engine with lightweight

five-disk rotary piston engine in beneficial coaxial integration

Rotary engine

combustion chamber

Rotor disk

Hollow crank shaft for

low-pressure shaft passage

Buffer volume


50 energy technologies & power systems

Hybridelektrischer

Antrieb – Situation und

Herausforderungen

Hybrid-electric

propulsion – situation

and challenges

Die Einbindung elektrischer Energie in den Antrieb

von Flugzeugen eröffnet vielfältige Möglichkeiten

der Systemgestaltung und stellt damit neue Herausforderungen

an das Gesamtsystemdesign. Um

optimale Antriebskonzepte für eine bestimmte Anwendung

zu finden, müssen große Designräume

analysiert werden. Um einen Überblick über die

Situation und die Herausforderungen im Zusammenhang

mit hybridelektrischen Antrieben zu geben,

haben die Forscher des Bauhaus Luftfahrt eine

„Landkarte“ entwickelt, die den aktuellen Wissensstand

zu wichtigen hybridelektrischen Systemkonzepten

veranschaulicht: Die grundlegenden Herausforderungen

und Potenziale reiner Seriellhybride

sind auf Komponentenebene bereits verstanden.

Für turboelektrische Systeme mit paralleler Schubproduktion

durch elektrische und konventionelle

Antriebsstränge sind Teilbewertungen vorhanden.

Für integrierte Parallelhybride wurden in den

EU-FP7-Projekten „E-BREAK“ und „ENOVAL“ erste

Konzepte am Bauhaus Luftfahrt entwickelt. In

„ENOVAL“ wurden Optionen für den mechanisch

integrierten Parallelhybridantrieb in einer Konzeptentwurfs-

und Performancestudie für eine Kurzstreckenflugzeuganwendung

ausgewertet. Hier wurden

ein vielversprechendes Triebwerkslayout, eine

elektrische Systemarchitektur und ein sinnvoller

Systemhybridisierungsgrad identifiziert. Außerdem

konnten dabei wichtige Erkenntnisse zur Auslegung

mechanisch integrierter hybridelektrischer Flugantriebe

abgeleitet werden. Die tatsächlichen Effizienzpotenziale

hybridelektrischer Antriebe sind

jedoch nur auf Gesamtflugzeugebene erzielbar. Das

Zusammenspiel des Antriebssystems mit synergetisch

ergänzten Flugzeugtechnologien muss dazu

noch besser verstanden werden.

Schnittansicht

eines mechanisch

integrierten parallelhybriden

Getriebefantriebwerks

Cross-sectional view

of mechanically

integrated parallel

hybrid geared turbofan

power plant

The introduction of electrical energy into the

scheme of aircraft propulsion and power opens a

broad variety of system architectural options that

poses additional challenges to overall systems

design. In order to find best-suited technical concepts

for a given application case, large configurational

design spaces need to be evaluated. In

order to provide an overview of the situation and

challenges associated with hybrid-electric propulsion,

researchers at Bauhaus Luftfahrt have developed

a “map” that illustrates the present state

of knowledge on important hybrid-electric system

concepts: The basic challenges and potentials

for pure serial hybrids at component level are

understood. In turbo-electric setups with thrust

produced in parallel by electric and conventional

drives, partial assessments are available. For

integrated parallel hybrids, initial concepts were

developed by Bauhaus Luftfahrt in the EU FP7 projects

“E-BREAK” and “ENOVAL”. Most recently in

“ENOVAL”, options for mechanically integrated

parallel hybrid propulsion were evaluated in a

conceptual sizing and performance study for a

short-range aircraft application. Here, a most

promising power plant layout, electrical systems

configuration and feasible degree of power

hybridisation were identified. Moreover, essential

design and sizing strategies for mechanically integrated

hybrid-electric aero propulsion systems

were derived. The true efficiency potentials of

hybrid-electric aero propulsion, however, are only

accessible at the integrated aircraft level. Therefore,

the impact of synergistically annexed

airframe technologies still requires a much more

detailed understanding.


51

„Landkarte“ wichtiger hybridelektrischer

Antriebskonzepte

Aktueller Kenntnisstand zu wichtigen hybridelektrischen Antriebsoptionen:

Die tatsächlichen Effizienzpotenziale sind nur integriert im

Flugzeug erzielbar, wozu jedoch das Gesamtsystem noch besser

verstanden werden muss.

Synopsis of important hybridelectric

propulsion options

Present state of knowledge on important hybrid-electric propulsion

options: The true efficiency potential is only accessible at integrated

aircraft level, which yet requires more detailed understanding.

M

PMAD

G

M

PMAD

M

PMAD

M

PMAD

M

G

Pure serial

hybrid*

Turbo-electric

serial hybrid*

Cycle-integrated

parallel hybrid

Mechanically integrated

parallel hybrid

Without battery/fuel cell

With battery/fuel cell

Without engine cycle optimisation

Well understood

Initial/partial

assessments only

Initial concepts

available (E-BREAK)

Initial concepts

available (ENOVAL)

With engine cycle optimisation

Aircraft annexed technologies Insufficiently assessed Not relevant (engine only)

*Distinction based on thrust production: pure serial = all thrust produced via electric drive, turbo-electric serial = parallel thrust production (electric/conventional drive)

Type A: Electric machine integrated behind LPT,

rotor connected to LPT shaft

M

Type C: Electric machine integrated in fan hub,

rotor connected to LPT shaft

M

M

M

Type B: Electric machine integrated in fan hub,

rotor connected to fan shaft

M

Type D: Electric machine encircling core engine,

rotor connected to LPT shaft via booster

Integrationsalternativen für

hybridelektrische Gasturbinen

Wesentliche Konzeptoptionen für mechanisch

integrierte parallelhybride Getriebefantriebwerke

Integration options for

hybrid-electric gas turbines

Basic power plant architectural options for a

mechanically integrated parallel hybrid geared

turbofan

M

Type E: Electric machine integrated in fan casing,

quasi-linear fan rotor tip drive

Type F: Electric machine integrated in fan drive gear system,

rotor connected to ring gear, fan connected to

planet carrier

Dr. Arne Seitz Co-lead Energy Technologies and Power Systems

Die Wirkungsgrade elektrischer Komponenten übersteigen die Grenzen von Verbrennungsmaschinen deutlich.

Elektrische Energiespeicher und -wandler erhöhen allerdings die Flugzeuggesamtmasse. Die Erkenntnisse unserer

neuesten Studien zeigen: Die elektrischen Effizienzvorteile allein werden die nötigen Verbesserungen auf Flugzeugebene

nicht liefern können. Der Schlüssel zu möglichen Vorteilen ist eine synergetische Integration aller Systeme. Hierzu ermöglichen

elektrische Antriebsstränge hohe Flexibilität in der Leistungsübertragung im Flugzeug. Ein effizientes hybridelektrisches

Flugzeugdesign setzt zunächst auf synergetisch integrierte Systeme und schafft es dann, die nötigen elektrisch installierten

Leistungen und Energiemengen zu minimieren.

The efficiency of electrical components clearly exceeds the limits of combustion-based power plants. Electrical energy

storage and conversion, however, add significantly to the aircraft’s overall mass. These are lessons learned from our

latest studies: The efficiency benefits of electrical power systems alone will not be able to deliver the required improvements

at aircraft level. Key to achieving major benefits is a more synergistic system integration. Therefore, electric power trains allow

for much higher flexibility in on-board power transmission. Efficient hybrid-electric aircraft designs build around synergistically

integrated systems and then minimise the necessary on-board electrical power and energy installation.


52 energy technologies & power systems

Auswertung von

Flugzeugkonzepten

mit synergetischer

Antriebsintegration

A review of synergistic

propulsion-airframe

integration

Die stärkere Integration des Antriebssystems stellt

eine vielversprechende Möglichkeit dar, signifikante

Verbesserungen der Flugzeugeffizienz zu erzielen.

Die erwarteten Synergieeffekte umfassen verschiedene

Disziplinen wie Aerodynamik, Antrieb, Struktur

und Flugsteuerung. In dieser Hinsicht wurden die

Grenzschichteinsaugung und die Kompensation des

Impulsdefizits im Nachlauf als besonders interessant

identifiziert. In der Abbildung rechts oben ist

eine konzeptionelle Darstellung des vom Bauhaus

Luftfahrt untersuchten Propulsive-Fuselage-Konzepts

gezeigt, hier in der Ausführung mit turboelektrisch

betriebenem Antrieb im Rumpfheck.

Des Weiteren hat das Bauhaus Luftfahrt aktuell

veröffentlichte Konzepte analysiert, die auf eine

synergetische Antriebsintegration abzielen. Die

erfassten Konzepte reichten von unbemannten Flugzeugen

bis zu Langstreckenkonfigurationen in Blended-Wing-Body-Ausführung.

Die Abbildung rechts

unten veranschaulicht die wachsende Aufmerksamkeit,

die vor allem in der jüngsten Zeit auf die Realisierung

einer stärker integrierten Triebwerksanordnung

gerichtet ist. Es kann gefolgert werden, dass

für kleine Flugzeugtypen ein voll- oder hybridelektrischer

Antrieb im Fokus vieler Untersuchungen steht,

da Flugzeuge mit kürzeren Reichweiten im Vergleich

zu größeren Typen stärker davon profitieren können.

Auch für Langstreckenflugzeuge ist eine allmähliche

Abkehr vom mechanischen Antriebsstrang erkennbar.

Ebenfalls dargestellt ist das Produkt aus Nutzlast

und Reichweite pro Energieaufwand (PREE) der Konzepte.

Die Abbildung wird mit Konturen des Verhältnisses

von Nutzlast zu erforderlicher Energiemasse

ergänzt. Es ist erkennbar, dass die synergetische

Kombination aus aerodynamischen Verbesserungen,

Gewichtsreduktionsmaßnahmen und einem fortschrittlichen

Antriebssystem für die meisten Konzepte

wesentliche Vorteile in PREE sowie Verbesserungen

des Nutzlast-Energie-Massenanteils ermöglicht.

Vertical fi n

Electric drive

motor

Fan rotor

Fan stator

Im Rumpfheck

installierter turboelektrisch

betriebener

Antrieb des

Propulsive-Fuselage-Konzepts

Turbo-electrically

driven aft-fuselage

propulsor of the

Propulsive Fuselage

concept

More closely integrated propulsion systems may

be a promising avenue towards significant improvements

in aircraft energy efficiency. Expected

synergy effects cover various disciplines, such as

aerodynamics, propulsion, structures, and flight

controls. In this respect, the principles of boundary

layer ingestion and wake filling have been

identified as particularly interesting. An artist

view of Bauhaus Luftfahrt’s Propulsive Fuselage

concept featuring turbo-electric drive for the aftfuselage

propulsion system is shown in the figure

top right.

Bauhaus Luftfahrt has also analysed recently

published concepts targeting such synergistic

propulsion-airframe integration. The surveyed

concepts ranged from unmanned vehicles to

long-range blended wing body layouts. The figure

bottom right illustrates the growing attention

devoted to realising a more closely integrated propulsion-airframe

arrangement, especially in the

most recent timeframe. It can be concluded that,

for small aircraft types, fully or hybrid-electric propulsion

is in the focus of many investigations, as

aircraft with shorter design ranges may benefit

more compared to larger types. However, even for

long-range aircraft, a gradual departure from the

purely mechanical drive train is noticeable. Also

shown is the payload range energy efficiency

(PREE) of the concepts. The figure is supplemented

with contours of the payload-to-energy mass fraction.

It is visible that, for most screened concepts,

the synergistic combination of aerodynamic

advances, weight reduction technologies, and

power plant efficiency enhancements allows for

substantial benefits in PREE as well as increased

values in the payload-to-energy mass fraction.


53

Propulsive-Fuselage-

Konzept

Ein Beispiel für einen vielversprechenden

Ansatz für synergetische Antriebsintegration,

hier durch Grenzschichteinsaugung

realisiert

Propulsive Fuselage

concept

An example for a promising approach

for synergistic propulsion integration,

realised through boundary layer

ingestion and airframe wake filling

Evolution und Potenzial von Konzepten

mit hochgradig integrierten Antrieben

Zeitliche Entwicklung von Konzepten mit synergetischer Antriebsintegration

(links) und Bewertung der integrierten Flugleistung

ξ pl /ξ en = Verhältnis von Nutzlast zu erforderlicher Energiemasse

Evolution and potential of highly

integrated concepts

Progression of synergistic propulsion integration research (left) and

assessment of the integrated performance

ξ pl /ξ en = Payload-to-energy mass fraction

Design range [nm]

10 4

10 3

PPS architecture:

Mechanic transmission

Hybrid-electric transmission

Fully electric transmission

10 2

Aircraft type:

Commercial widebody

Commercial narrowbody

Military cargo

General aviation

Personal air vehicle

Unmanned aerial vehicle

10 1 2005

2010 2015

PREE = Payload x range/energy [t*nm/kWh]

1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

0

e batt =

Sample points

500 ξ pl /ξ en = const. (fuel-based)

750

1000

ξ pl /ξ en = const. (battery-based)

[Wh/kg]

0.6

0.5

0.6

0.5

0.5

0.6

0,5

0,6

0,5

0,6

3.5

0.5

0.6

0.5

0.6

0,5

0.1

0.6

0.5

2

0.5

3.5

2

3.5

3 3

2.5 2.5

1.5

1

0.5

In-service turbofan A/C

In-service turboprop A/C

2,000 4,000

Design range [nm]

1.5 1.5

1 1

0.5

0.1

0.5

6,000 8,000 10,000

Symbol (aircraft morphology):

Color (aircraft type):

Blended wing body

Tube-and-wing

Flying car

Other

Commercial widebody

Military cargo

Commercial narrowbody

Unmanned aerial vehicle


54 systems & aircraft technologies

Research in aircraft

systems and their technological

potentials is the

focus of the “Systems and

Aircraft Technologies”

research focus area.

Experts from different

disciplines collaborate

together to target aircraft

efficiency improvements,

to develop new aircraft

design approaches, and to

reduce emissions. The

emissions cover

environmentally relevant

exhausts, which are

closely linked to aircraft

fuel consumption, as well

as noise impacts. The

aircraft systems themselves

are also actively

researched and architectural

alternatives are

modelled, including sensitivities

to the changes

introduced by unconventional

aspects. Important

results for improved

propulsion-airframe integration

and integrated

concepts for hybrid

propulsion systems could

be shown.

Die Systeme und ihre

technologischen Potenziale im

Flugzeug stehen im Fokus der

Arbeiten im Forschungsschwerpunkt

„System- und

Flugzeugtechnologien“.

Experten aus unterschiedlichen

Disziplinen wirken hier

zusammen, um die Flugzeugeffizienz

weiter zu verbessern,

Emissionen zu reduzieren und

neue Ansätze für die Flugzeugentwicklung

zu erarbeiten.

Die betrachteten Emissionen

beinhalten klimatische Auswirkungen

in Verbindung

mit dem Kraftstoffverbrauch

des Flugzeugs sowie Lärmbewertungen.

Des Weiteren

werden auch die Flugzeugsysteme

detailliert untersucht

und alternative Architekturen

inklusive Sensitivitäten gegenüber

Änderungen durch

unkonventionelle Aspekte

modelliert. So sind in dieser

Forschergruppe wichtige

Ergebnisse zur besseren Antriebs-Aerodynamik-Wechselwirkung

und zur grundlegenden

Integration hybrider Antriebe

erzielt worden.

imports

imports

User A’s reference ontology


55

RESEARCH FOCUS AREA

systems &

aircraft

technologies

Public ontology

Shared ontology

imports

imports

User B’s reference ontology


56 systems & aircraft technologies

Nahtlose Daten- und

Modellintegration im

Flugzeugentwurf

Seamless data and

model integration for

aircraft design

Der Flugzeugvorentwurfsprozess vereint typischerweise

eine Reihe von Softwarewerkzeugen verschiedener

Fachbereiche. Ein konsistenter, semantisch

korrekter Datenaustausch zwischen diesen Werkzeugen

ist für die Ingenieure von großer Bedeutung.

Das am Bauhaus Luftfahrt entwickelte OIDA

Framework (Ontology-based integration of data

models for aeronautics) realisiert semantisches Tagging

für strukturierte Modelldaten. Dabei werden

lokale Modellparameter mit Entitäten einer Referenzontologie

verknüpft. Sind Parameter verschiedener

Modelle der gleichen Entität zugeordnet, so können

diese als bedeutungsgleich angesehen und ausgetauscht

werden.

Im Nachfolgeprojekt „SYMO4PD“ 1 (System model

for preliminary design) wird OIDA mit einem speziell

entwickelten Metamodell verknüpft. Dieses besteht

aus wenigen flexibel einsetzbaren Elementen. Mit

dem Tagging-Mechanismus werden diese Modellelemente

mit Bedeutung aus lokalen, geteilten oder

öffentlichen Ontologien angereichert. Das Metamodell

kann flexibel von allen Domänenexperten eingesetzt

werden, während Ontologien als gemeinsame

Wissensbasis für den Datenaustausch dienen.

Ein weiterer Fokus im Projekt liegt auf dem Verknüpfungsprozess,

der für den korrekten Datenaustausch

entscheidend ist. Durch ein Vorschlagssystem

soll der Experte mit relevanter Kontextinformation

versorgt werden, um korrekte Zuordnungen erstellen

zu können.

Die Ergebnisse aus dem „SYMO4PD“-Projekt

sollen im LuFo-Projekt „EFFPRO_4.0“ 2 aufgegriffen

werden, um strukturierte Daten (zum Beispiel Modelle

von Flugzeugkomponenten) mit unstrukturierten

Daten (zum Beispiel Textdokumenten) zu verknüpfen.

1 Das Projekt „Normierung eines Datenformats und einer Referenzontologie

für die semantische Interoperabilität in modellgetriebenen Entwurfsprozessen“

wird durch das BMWi gefördert (Fördervertragsnummer 01FS14026).

2 Das Projekt „Integration und Analyse von Entwurfs- und Produktionsdaten

für eine effizientere Entwicklungsprozesskette“ wird durch das LuFo-Programm

LUFOV2 gefördert (Fördervertragsnummer 20Y1509E).

„SYMO4PD“ unterstützt

die Einbindung

öffentlicher Wissensquellen

auf Basis

der Web Ontology

Language (OWL).

“SYMO4PD” supports

the integration of a

public knowledge

base using the Web

Ontology Language

(OWL).

Preliminary aircraft design typically uses a variety

of domain-specific software tools. Thus, consistent

and semantically correct data exchange becomes

a necessity to support engineers in their work.

In the past, Bauhaus Luftfahrt developed the

OIDA framework (Ontology-based integration

of data models for aeronautics) to enable semantic

tagging for structured model data. This was

achieved by linking local model parameters to

entities defined in a reference ontology. When

parameters of different models are linked to the

same entity, they become synonyms and their

values can be transferred among models.

In the follow-up project “SYMO4PD” 1

(System model for preliminary design), OIDA is

being coupled with a dedicated meta-model.

“SYMO4PD” models consist of few, simple,

multifunctional meta-model components. Using

OIDA’s tagging mechanism, unspecific model

elements are semantically enriched with entities

of local, shared, or public ontologies. This produces

a flexible meta-model for all domains and

a common knowledge base for data exchange.

“SYMO4PD” also investigates how to improve

OIDA’s mapping process. To achieve semantic

correctness and appropriate data exchange,

it is crucial that the user receives enough support

while tagging model elements. A recommendation

system is being developed to suggest ontology

entities as potential tags, based on the

selected model element and its context.

The application of “SYMO4PD”’s results is

being considered in the LuFo project “EFFPRO_4.0” 2

for integrating structured data (for example aircraft

component models) with unstructured data

(for example domain-specific textual data).

1 The project “Normierung eines Datenformats und einer Referenzontologie

für die semantische Interoperabilität in modellgetriebenen Entwurfsprozessen”

is funded by the BMWi under grant agreement no. 01FS14026.

2

The project “Integration und Analyse von Entwurfs- und Produktionsdaten

für eine effizientere Entwicklungsprozesskette” is funded by the LuFo programme

LUFOV2 under grant agreement no. 20Y1509E.


57

Schematische Darstellung des

Tagging-Mechanismus in „SYMO4PD“

Modellelemente werden in einer (durch die Javafunktion „Observes“)

synchronisierten Modellontologie abgebildet und darin mit Begriffen

aus der Referenzontologie verknüpft.

Schematic representation of the tagging

mechanism in “SYMO4PD”

Model elements are mapped to a model ontology synchronised through

Java procedure “observes”. Within this model ontology, the links to the

reference ontology are established.

Model

Airbus A320

Mapping layer (Java)

Model ontology

imports

Reference ontology

Wing

Wing

Fuselage

SystemElement

isA

instanceOf

TrapezWing

Wing

instanceOf

instanceOf

Fuselage

Fuselage

observes

observes

Classes

Individuals

Ontologie-Include-Struktur

in „SYMO4PD“

Benutzer können in „SYMO4PD“ entscheiden, ob sie ihr Wissen

lokal ablegen, teilen oder öffentlich zugänglich machen.

Ontology include structure

in “SYMO4PD”

“SYMO4PD” users can divide their knowledge into personal, shared,

and public content.

Public ontology

imports

imports

Shared ontology

imports

imports

User A’s reference ontology

User B’s reference ontology

Fabian Peter Lead Systems and Aircraft Technologies

Ontologien stellen eine Basis für einen unterstützten Datenaustausch zwischen verschiedenen Tools dar. Für unsere

hausinternen Flugzeugentwurfsmethoden ermöglichen sie eine automatisierte Interaktion unterschiedlicher Datenstrukturen.

Die Verbindung von Modellen dient zwei Zwecken: Zum einen erlaubt sie einen automatischen Vergleich mit

externen Flugzeugentwürfen. Zum anderen ermöglicht sie, falls nötig, die Anwendung von Methoden mit unterschiedlichen

Schnittstellen (zum Beispiel Simulation von Grenzschichtbeeinflussung mit numerischen Methoden). Hierdurch kann mehr Zeit

in die Erkenntniserzeugung investiert werden statt in die Schnittstellendefinition.

Ontologies provide a basis for an augmented exchange between data formats of various tools. For our in-house

aircraft design tools, they enable automated interoperability of differing data structures. The interconnection of models

serves two purposes: First, it allows for automated and efficient comparison to aircraft design data of other partners. Second,

it enables immediate interaction with other tools, where necessary, with differing data interfaces (for example simulation of

boundary layer ingestion with higher-order numerical tools). Thereby more time can be dedicated to applying methods and

providing insights rather than to gaining data compatibility.


58 systems & aircraft technologies

Flugzeuge in

Drachenkonfiguration

für das Jahr 2050

Tube-and-wing

aircraft for the

year 2050 timeframe

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts

„ULTIMATE“ wurden neue Triebwerkstechnologien

untersucht. Um neue Entwürfe beurteilen zu können,

wurden Referenzflugzeuge für das Jahr 2050 aufgesetzt.

Es wurden ein Mittel- und ein Langstreckenflugzeug

mit Open Rotor beziehungsweise Geared

Turbofan entworfen. Mit einem Technologiescreening

sollten geeignete Technologien zur Effizienzsteigerung

identifiziert werden, mit dem Zweck, die Flightpath-2050-Ziele

zu erreichen. Synergien spielen dabei

eine wichtige Rolle, um die Gesamteffizienz eines

Konzepts zu erhöhen. So wurde zum Beispiel Hybrid

Laminar Flow Control (HLFC) implementiert, mit dem

Ziel der Widerstandsreduzierung. Dies erlaubt es,

Synergieeffekte mit einer weiteren Technologie zu

erzeugen: Das Variable Camber System bietet nicht

nur einen großen Bereich optimierter Profilgeometrien

während des Reiseflugs, sondern ermöglicht

auch die Beeinflussung der Druckverteilung, um die

Transitionslänge des HLFC-Systems positiv zu beeinflussen.

Zu den final verwendeten Technologien

gehört auch eine elektrische Subsystemarchitektur

(Abb.), die durch eine Brennstoffzelle versorgt wird.

Dadurch sind ein emissionsfreies Rollen am Boden

und ein niedriger CO 2 -Ausstoß möglich. Insgesamt

sind die untersuchten Konzepte in der Lage, 47 % an

Kraftstoff pro Passagier und Kilometer für die Langstreckenversion

und fast 60 % für das Mittelstreckendesign

gegenüber dem Jahr 2000 zu reduzieren.

Obwohl dies beeindruckende Werte sind, reichen sie

allein nicht aus, um die Flightpath-2050-Ziele zu

erreichen, was die Notwendigkeit radikalerer Triebwerks-

und Flugzeugarchitekturen unterstreicht.

Das „ULTIMATE“-

Projekt untersucht

neue Triebwerkstechnologien

für

das Jahr 2050.

The “ULTIMATE”

project targets to

improve engine

performance for a

year 2050 timeframe.

Within the EU-funded project “ULTIMATE”, new

propulsion-related technologies were investigated.

To assess new designs, reference aircraft

for a year 2050 entry into service were necessary.

Therefore, a short- to medium-range and a longrange

aircraft were designed using an evolutionary

approach and utilising an open rotor and a

geared turbofan engine, respectively. The conducted

technology screening found suitable technologies

to increase performance with the target

of achieving Flightpath 2050 goals. Finally, a

synergistic set of technologies was selected in

order to reduce weight and drag of the airframe.

The technologies used include an all-electric subsystem

architecture (Fig.) powered by a fuel cell.

This enables electric taxiing and lowers CO 2

consumption. Further technologies were included,

for example hybrid laminar flow control, with the

aim of drag reduction. Moreover, it was strongly

emphasised to use synergistic effects of incorporated

technologies. For example, the variable

camber system provides not only a wide range of

different optimised air-foil geometries during

cruise flight, but also enables favourable flight

condition-specific pressure distributions to increase

transition length from the hybrid laminar

flow control system as well as load alleviation

capabilities. Overall, the designs are capable of

reducing fuel per passenger and distance by

47 % for the long-range version and almost 60 %

for the short-range design. While these are impressive

values, they are not sufficient to reach

the Flightpath 2050 goals, emphasising the

necessity of radical engine and aircraft architectures.


59

Modell des elektrischen Subsystems

Das elektrische Subsystem wird von einer Brennstoffzelle gespeist.

Generatoren an den Triebwerken sorgen für Redundanz und können den

Fan/Rotor antreiben, um emissionsfreies Taxiing zu ermöglichen.

Model of the all-electric subsystem

The electric subsystem architecture is capable of supplying all

systems through a fuel cell. Generators at the engines ensure

redundancy and drive the fan/rotor to enable electric taxiing.

Intraeuropean

Intercontinental

Generators at engines

• Used as backup for fuel cell failure

• Enabling electric taxiing using

generators as motor to drive open

rotors

HLFC at leading

edge of wing

HLFC at fin and elevator

Fuel cell system fuselage located in

front of centre wing box

• Counteract aft CG of power plants (for iE)

• Possible synergy effects with ECS using

same compressors for prepressurised air

Generators at engines

• Used as backup for fuel cell failure

• Enabling electric taxiing using

generators as motor to drive fans

Familienkonzept des

Referenzflugzeugs im

Vergleich zu bestehenden

Flugzeugen

Die Konzepte zeigen im Mittelstreckenbereich

den Trend zu höherer Sitzplatzkapazität und Reichweite.

Family design of the

reference aircraft related

to existing aircraft

The designed aircraft concepts fit in with current

designs, but show the trend for higher seating capacity

and range in the short-range segment.

600

A380-800

No. of seats

500

400

300

200

100

0

0

3-class

layout

2-class

layout

1-class

layout

Intercontinental family

B747-400 B747-400ER

777-9

B777-300

A340-600

B777-300ER

777-8

A350WB-900

A330-300 B777-200ER

B777-200

A340-300

Intraeuropean family

B737-300

B767-400ER

787-9

A330-200

A321neoLR

B767-300ER

B737-900ER

787-8

B757-200

B737-900

A321-200

B767-200ER

B737-700

A320-200Boeing Sugar

B737-600

CRJ900ER

B737-800

EJ190AR

CRJ700LR

EMB145XR

EMB135LR

A340-500

B777-200LR

1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000

Range [nm]


60 systems & aircraft technologies

Operationelle und

konzeptionelle

Maßnahmen zur

Fluglärmreduktion

Operational and

conceptual measures

for aircraft noise

reduction

Neben der Reduktion des CO 2 - und NO x -Ausstoßes

spielt die Optimierung hinsichtlich Lärmemissionen

eine zunehmend wichtige Rolle. Naturgemäß rücken

hier Start und Landung in den Fokus und sind maßgeblich

für die Lärmzieldefinition der International

Civil Aviation Organization (ICAO). Besonders hohe

Relevanz hat das Thema Fluglärm beim innerstädtischen

Flughafen CentAirStation und dem zugehörigen

Flugzeugkonzept CityBird.

Um die Emissionen von Beginn an abschätzen zu

können, integriert das Bauhaus Luftfahrt bewährte,

semiempirische Quelllärmmodelle für lärmtreibende

Komponenten in seine Vorentwurfsplattform. Der für

die von der ICAO vorgegebenen Start- und Landemanöver

berechnete kumulative Lärmpegel des CityBird

liegt mit 233 EPNdB deutlich unter dem für das Jahr

2040 zulässigen Grenzwert. Neben einem kurzen

Fahrwerk und modernen, durch die Leitwerke abgeschirmten

Triebwerken wirkt sich die vergleichsweise

langsame Anfluggeschwindigkeit von 102 Knoten

lärmreduzierend aus. Letztere wird durch ungepfeilte

Flügel mit durchgängigen Hochauftriebssystemen und

Plasmaaktuatoren ermöglicht.

Um die Akzeptanz der Bevölkerung gegenüber

einer zentral gelegenen CentAirStation zu gewährleisten,

müssen im Betrieb die innerstädtischen Lärmvorgaben

erfüllt werden. Dazu können sowohl bauliche

als auch operationelle Maßnahmen beitragen.

So ist beispielsweise die Start- und Landebahn am

Dach des Flughafengebäudes durch Lärmschutzwände

abgeschirmt. Ein steilerer Gleitwinkel beim

Landeanflug erhöht zusätzlich die Entfernung

zwischen Lärmquelle und -empfänger, was eine signifikante

Reduktion der von Fluglärm betroffenen

urbanen Fläche bedeutet.

Das Abstandsgesetz

beschreibt

die Abnahme des

Schalldrucks p

mit zunehmender

Entfernung r.

The inverse distance

law describes the

decrease of the

sound pressure p

with increasing

distance r.

Beside the reduction of CO 2 and NO x emissions,

the optimisation of the aircraft noise footprint is

becoming increasingly important. Naturally, takeoff

and landing are most relevant for the noise

target definition of the International Civil Aviation

Organization (ICAO). For the concept studies of

the inner-city airport CentAirStation and the corresponding

aircraft configuration CityBird, noise

aspects are highly relevant.

To enable a preliminary assessment of noise

emissions, Bauhaus Luftfahrt integrates wellproven,

semi-empirical source noise models for

relevant components in its aircraft design platform.

The considered take-off and approach procedures

defined by the ICAO yield to a cumulative

noise level of the CityBird of 233 EPNdB, which is

clearly below the certification limits for the year

2040. A short undercarriage and advanced, aftmounted

engines shielded by a U-tail contribute

to this. Further, unswept wings with a high-lift

system that runs along the whole span as well as

plasma actuators enable a comparatively low

approach speed of 102 knots, which reduces the

noise emissions significantly.

To ensure public acceptance of a centrally

located CentAirStation, inner-city noise standards

have to be satisfied. Therefore, various design

and operational measures can be taken. For instance,

the runway on top of the building is

enclosed by noise shielding barriers. Furthermore,

a higher glide path angle during approach increases

the distance between the noise emitter

and the noise receiver. This results in a considerable

reduction of urban areas, which are exposed

to aircraft noise.


61

Exemplarisches Lärmprofil der

Bahnlinien in der Berliner Innenstadt

Für einen innerstädtischen Flughafen setzen die dominierenden

Lärmquellen wie etwa Bahnverkehr oder stark befahrene Straßen

den Maßstab.

Exemplary noise footprint of railways

in Berlin city centre

Rail traffic and heavily frequented roads are the dominant urban

noise sources and set the benchmark for an inner-city airport.

Berlin

CDO 5.5°

Auswirkung eines steileren

Gleitwinkels im Landeanflug

Durch einen steileren Gleitwinkel von 5,5° kann

die Fläche, die den Lärmemissionen des Flugzeugs

ausgesetzt ist, im Vergleich zum Standardanfl ug

signifikant reduziert werden.

CDO 3°

Effects of a higher

approach angle

Comparing a steep approach with 5.5° to the

standard level approach, the area exposed to

aircraft noise can be reduced significantly.

Standard level approach

0

3 6 9

12 15 18

21 24 27

Distance to runway [nm]

Lref

Lref-5dB Lref-10dB Lref-15dB Lref-20dB

Lref-25dB Lref-30dB Lref-35dB Lref-40dB


62 facts & figures

Personnel

60

59

58

57

56

55

54

53

52

51

50

49

48

47

46

45

Media coverage

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0


63

5,000,000

4,500,000

facts &

figures

3,500,000

3,000,000

4,000,000

2,500,000

2,000,000

1,500,000

1,000,000

CEAS Aeronautical Journal

Aircraft Engineering and Aerospace Technology

Journal contributions Journal of Propulsion and Power

Journal of Air Transport Management

Journal of Engineering for Gas Turbines and Power

Environmental Science & Technology

500,000

Finances


64 facts & figures

Finanzen

Finances

Im Geschäftsjahr 2016 konnte das Bauhaus Luftfahrt

die Umsatzerlöse um +428.000 EUR (+10,5 %)

auf 4,5 Mio. EUR steigern. Die Erträge aus Aufträgen

und Kooperationen mit den Industriepartnern

konnten hierbei um +196.000 EUR (+22,7 %) zulegen.

Die Zunahme bei den Drittmitteleinnahmen

betrifft im Wesentlichen neue Projekte innerhalb

Horizont 2020 (+176.000 EUR, +39,9 %) und neue

Projekte im Luftfahrtforschungsprogramm V

(+151.000 EUR, +121,0 %). Auslaufende Projekte

aus dem Bayerischen Luftfahrtforschungs- und

Technologieprogramm sorgen hingegen für einen

rückläufigen Umsatz (-95.000 EUR, -34,6 %).

Für das Jahr 2017 erwartet das Bauhaus Luftfahrt

einen weiteren deutlichen Anstieg bei den

Industrieprojekten. Aufgrund neuer internationaler

Forschungsvorhaben werden die Drittmitteleinnahmen

aus Förderprojekten voraussichtlich ebenfalls

deutlich über dem Vorjahresniveau liegen.

During the fiscal year 2016, Bauhaus Luftfahrt

could increase its revenues by +428,000 euros

(+10.5 %) to 4.5 million euros. Hereby, the increase

of industry earnings amounts to +196,000 euros

(+22.7 %). The growth of funding from third-party

projects is mainly due to new projects within

the Horizon 2020 programme (+176,000 euros,

+39.9 %) as well as other new research projects

funded by the German Aviation Research Program V

(+151,000 euros, +121.0 %). The decreasing revenues

(-95,000 euros, -34.6 %) result from ending

projects funded by the Bavarian Aviation and

Technology Research Program.

For the year 2017, Bauhaus Luftfahrt further

expects a distinct increase of industry projects.

Due to new international-funded research projects,

the third-party revenues will be significantly above

previous year’s level.


5,000,000

4,500,000

4,000,000

3,500,000

3,000,000

2,500,000

2,000,000

1,500,000

1,000,000

500,000

0

2014 2015 2016

Forschungsaufträge Industrie

Industry research contracts

Drittmittelförderprojekte national/EU

Third-party-funded projects national/EU

Mitgliedsbeiträge

Membership fees

Zuschüsse Freistaat Bayern/Spenden

Grants from the Free State of Bavaria/donations


65

Personal

Personnel

Der Personalbestand hat sich im Jahr 2016

gegenüber dem Niveau der Vorjahre erhöht: Das

Bauhaus Luftfahrt beschäftigte zum Jahresende

47 Mitarbeiter (+4). Bei den wissenschaftlichen

Mitarbeitern konnten freie Planstellen besetzt

werden, was zu einem deutlichen Anstieg gegenüber

dem Vorjahr geführt hat. Von nun 31 wissenschaftlichen

Mitarbeitern weisen 15 eine abgeschlossene

Promotion auf. Allgemein ist ein Trend

zu Teilzeitarbeit zu verzeichnen. Das Bauhaus

Luftfahrt unterstützt über flexible Arbeitszeitmodelle

aktiv die Vereinbarkeit von Familie und Beruf.

Neben 19 studentischen Mitarbeitern waren in

2016 drei Stipendiaten am Bauhaus Luftfahrt

eingesetzt. Insgesamt beschäftigte das Bauhaus

Luftfahrt Mitarbeiter aus elf Nationen.

Für 2017 strebt das Bauhaus Luftfahrt eine

weitere Erhöhung der Anzahl der wissenschaftlichen

Mitarbeiter an. Dabei wird auch weiterhin ein

Fokus darauf liegen, Mitarbeiter unterschiedlicher

Fachrichtungen zu gewinnen, um den interdisziplinären

Austausch bei der Forschungsarbeit auch

in Zukunft zu verstärken.

In 2016, staffing level increased compared to

previous years‘ level: Bauhaus Luftfahrt employed

47 people (+4) at the end of the year. Because free

vacancies could be filled, scientific staff grew

significantly compared to the previous year. Of the

now 31 scientific staff members, 15 hold a PhD.

There is a general trend towards part-time work.

Bauhaus Luftfahrt actively supports the compatibility

of family and job through flexible working hours.

In addition to 19 student employees, three

scholarship holders were employed at Bauhaus

Luftfahrt in 2016. In total, Bauhaus Luftfahrt

employed people from eleven nations.

For 2017, Bauhaus Luftfahrt is aiming to further

increase the number of scientific staff. We will

continue to focus on recruiting staff from various

disciplines in order to further intensify the

interdisciplinary exchange of research work in the

future.

Mitarbeiter

(am Jahresende)

Employees

(end of the year)

2014 2015

2016

Executives

2

2

2

Scientists

28

27

31

Administration

14

14

14

Students

10

6

9

Munich Aerospace

scholarship holders

3

2

3


66 facts & figures

Zeitschriftenbeiträge

Journal contributions

01.10.2016 CEAS Aeronautical Journal | pp. 1-13, DOI 10.1007/s13272-016-0218-z

Influences of voltage variations on electric power architectures for hybrid-electric aircraft

Autoren/authors: P. Vratny, H. Kuhn, M. Hornung

01.10.2016 Journal of Engineering for Gas Turbines and Power | Vol. 139, No. 3, pp. 9, DOI 10.1115/1.4034498

Performance Investigation of Cycle-Integrated Parallel Hybrid Turboshafts

Autoren/authors: P. Vratny, S. Kaiser, A. Seitz, S. Donnerhack

01.09.2016 Journal of Air Transport Management | Vol. 56, No. B, pp. 107-117, DOI 10.1016/j.jairtraman.2016.04.023

Challenges for ground operations arising from aircraft concepts using alternative energy

Autoren/authors: M. Schmidt, A. Paul, M. Cole, K. Ploetner

01.06.2016 Journal of Propulsion and Power | Vol. 32, No. 6, pp. 1413-1421, DOI 10.2514/1.B35976

Composite Cycle Engine Concept with Hectopressure Ratio

Autoren/authors: S. Kaiser, S. Donnerhack, A. Lundbladh, A. Seitz

01.03.2016 Aircraft Engineering and Aerospace Technology | Vol. 88, No. 2, pp. 257-267, DOI 10.1108/AEAT-02-2015-0053

Multi-disciplinary design investigation of propulsive fuselage aircraft concepts

Autoren/authors: J. Bijewitz, A. Seitz, A. Isikveren, M. Hornung

01.03.2016 Environmental Science & Technology | Vol. 50, No. 7, pp. 3920-3927, DOI 10.1021/acs.est.5b05414

Thermal Reactor Model for Large-Scale Algae Cultivation in Vertical Flat Panel Photobioreactors

Autoren/authors: C. Endres, A. Roth, T. Brueck

01.01.2016 Environmental Science & Technology | Vol. 50, No. 1, pp. 470-477, DOI 10.1021/acs.est.5b03515

Climate Impact and Economic Feasibility of Solar Thermochemical Jet Fuel Production

Autoren/authors: C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann


67

Konferenzbeiträge

Conference contributions

25.10.2016 11th AIRTEC 2016 | Munich

Concepts for Future Aircraft

Autor/author: F. Peter

19.10.2016 7th Carbon Dioxide Utilisation Summit 2016 | Lyon

SUN-to-LIQUID: Solar thermochemical synthesis of hydrocarbon fuels from H 2 O and CO 2

Autoren/authors: V. Batteiger, C. Falter, A. Sizmann

18.10.2016 6th EASN International Conference on Innovation in European Aeronautics Research | Porto

Mapping and evaluation of the European R&I landscape related to renewable jet fuel production

Autoren/authors: A. Roth, A. Sizmann, C. Jessberger

18.10.2016 6th EASN International Conference on Innovation in European Aeronautics Research | Porto

Power Train Options for a Propulsive Fuselage Aircraft Layout

Autoren/authors: J. Bijewitz, A. Seitz

18.10.2016 6th EASN International Conference on Innovation in European Aeronautics Research | Porto

Renewable Jet Fuel from Algae: A Life-Cycle Assessment

Autoren/authors: C. Endres, A. Roth, T. Brueck

11.10.2016 22nd SolarPACES Conference | Abu Dhabi

Perspectives of Advanced Thermal Management in Solar Thermochemical Syngas Production Using a

Counter-Flow Solid-Solid Heat Exchanger

Autoren/authors: C. Falter, A. Sizmann, R. Pitz-Paal

11.10.2016 22nd SolarPACES Conference | Abu Dhabi

Solar Kerosene from H 2 O and CO 2

Autoren/authors: P. Furler, D. Marxer, J. Scheffe, D. Reinalda, H. Geerlings, C. Falter, V. Batteiger,

A. Sizmann, A. Steinfeld

04.10.2016 5th Aircraft Structural Design Conference | Manchester

Shape Adaptive Technology for Aircraft Engine Nacelle Inlets

Autoren/authors: U. Kling, A. Seitz, J. Bijewitz, A. Hermanutz, L. Da Rocha-Schmidt, F. Scarpa, F. Majic,

G. Efraimsson, C. O‘Reilly

25.09.2016 30th International Congress of the Aeronautical Sciences | Daejeon

A Review of Recent Aircraft Concepts Employing Synergistic Propulsion-Airframe Integration

Autoren/authors: J. Bijewitz, A. Seitz, M. Hornung

25.09.2016 30th International Congress of the Aeronautical Sciences | Daejeon

Boarding Process Assessment of Novel Aircraft Cabin Concepts

Autoren/authors: M. Schmidt, M. Engelmann, R. Rothfeld, M. Hornung


68 facts & figures

Konferenzbeiträge

Conference contributions

25.09.2016 30th International Congress of the Aeronautical Sciences | Daejeon

Fleet Development Planning of Airlines: Incorporating the Aircraft Operating Economics Factor

Autoren/authors: O. Oguntona, A. Cui, K. Ploetner, M. Hornung

13.09.2016 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016 | Braunschweig

Conceptual studies of a transport aircraft operating out of inner-city airports

Autoren/authors: P. Heinemann, M. Schmidt, F. Will, M. Shamiyeh, C. Jessberger, M. Hornung

13.09.2016 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016 | Braunschweig

Environmental Life-Cycle Assessment of Universally Electric-Powered Transport Aircraft

Autoren/authors: K. Ploetner, L. Miltner, P. Jochem, H. Kuhn, M. Hornung

13.09.2016 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016 | Braunschweig

Multi-modal Transport Hub Concept for Inner-city Airport Operation

Autoren/authors: M. Urban, C. Jessberger, R. Rothfeld, M. Schmidt, V. Batteiger, K. Ploetner, M. Hornung

13.09.2016 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016 | Braunschweig

Performance Modeling of a Composite Cycle Engine with Rotary Engine

Autoren/authors: M. Nickl, S. Kaiser, A. Seitz, M. Hornung

12.09.2016 READ 2016 | Warsaw

Sizing and performance implications of a regional aircraft for inner-city airport operations

Autoren/authors: P. Heinemann, M. Schmidt, C. Jessberger, F. Will, S. Kaiser, M. Hornung

29.08.2016 More Electric Aircraft USA | Seattle

Power Train Options for a Propulsive Fuselage Aircraft Layout

Autor/author: A. Seitz

20.07.2016 10th International Symposium on Communication Systems, Networks, and Digital Signal Processing | Prague

Availability of Airborne Ad-hoc Communication Network in Global Air Traffic Simulation

Autor/author: K.-D. Buechter

30.06.2016 13th Aviation Student Research Workshop | Bremen

Market Concentration in the Local Catchment of European Hub Airports

Autor/author: A. Paul

23.06.2016 20th ATRS World Conference | Rhodes

Business Model Evolution in the Air Transport Sector: An Analysis of New Business Model Clusters

Autoren/authors: M. Urban, M. Klemm


69

Konferenzbeiträge

Conference contributions

23.06.2016 20th ATRS World Conference | Rhodes

Classification of Airlines and Airports Using Clustering Algorithms

Autoren/authors: C. Schinwald, M. Hornung, K. Ploetner

13.06.2016 ASME Turbo Expo 2016 | Seoul

Performance Investigation of Cycle-Integrated Parallel Hybrid Turboshafts

Autoren/authors: P. Vratny, S. Kaiser, A. Seitz, S. Donnerhack

13.06.2016 ASME Turbo Expo 2016 | Seoul

Ultra-Low Emission Technology Innovations for Mid-Century Aircraft Turbine Engines

Autoren/authors: T. Groenstedt, C. Xisto, V. Sethi, A. Rolt, N. García Rosa, A. Seitz, K. Yakinthos, S. Donnerhack,

P. Newton, N. Tantot, O. Schmitz, A. Lundbladh

13.06.2016 ASME Turbo Expo 2016 | Seoul

Unified Thermodynamic Evaluation of Radical Aero Engine Cycles

Autoren/authors: S. Kaiser, A. Seitz, P. Vratny, M. Hornung

06.06.2016 Fach- und Ideenkonferenz der Bundesregierung 2016 | Berlin

Wann werden wir elektrisch fliegen?

Autor/author: A. Seitz

02.06.2016 Konferenz „Verkehrsökonomik und -politik“ | Berlin

European Hub Airports: Do Competitors in the Catchment Constrain Market Power?

Autor/author: A. Paul

01.03.2016 9th Asian Ground Handling International Conference | Nusa Dua

Long-term Environmental Goals in Aviation: Impact and Challenges for Ground Operations

Autor/author: K. Ploetner

01.03.2016 9th Asian Ground Handling International Conference | Nusa Dua

The five minute turnaround – a reasonable goal? An overview of ongoing ground operation research

Autor/author: M. Schmidt

04.01.2016 AIAA Science and Technology Forum and Exposition | San Diego

PAXelerate – An Open Source Passenger Flow Simulation Framework for Advanced Aircraft Cabin Layouts

Autoren/authors: M. Schmidt, M. Engelmann, T. Bruegge-Zobel, M. Hornung, M. Glas

04.01.2016 AIAA Science and Technology Forum and Exposition | San Diego

Progress in Optimizing the Propulsive Fuselage Aircraft Concept

Autoren/authors: J. Bijewitz, A. Seitz, A. Isikveren, M. Hornung


70 facts & figures

Abschlussarbeiten

Theses

25.10.2016 Master Thesis at Technical University of Munich

Technoökonomische Analyse verschiedener Prozesspfade zur Produktion von algenbasiertem Biokerosin

Autor/author: B. Akman

18.07.2016 Master Thesis at Karlsruhe Institute of Technology

Environmental Life-Cycle Assessment of Universally Electric-Powered Transport Aircraft

Autor/author: L. Miltner


71

Patente

Patents

DE 102008022452 A1

DE 102008024463 B4

DE 102012015104.7

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Flugzeug mit aktiv steuerbaren Hilfsflügeln

Erfi nder/inventor: J. Wittmann

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Flugzeugantriebssystem

Erfi nder/inventor: A. Seitz

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb

dieses Fahrzeugtriebwerkes

Erfi nder/inventor: 0. Schmitz


72 facts & figures

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 90 100 110

Printmedien

Print media

Onlinemedien

Online media

Audiovisuelle Medien

Audiovisual media

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2014

2015

2016


73

Expertenvorträge (ohne Konferenzen)

Expert lectures (without conferences)

Nationale Expertenvorträge

(ohne Konferenzen)

National expert lectures

(without conferences)

Internationale Expertenvorträge

(ohne Konferenzen)

International expert lectures

(without conferences)

2014

2015

2016

0 2 4 6 8 10 12 14

Impressum

Imprint

Bauhaus-Luftfahrt-Jahrbuch 2016

Herausgeber /Publisher

Bauhaus Luftfahrt e. V.

Willy-Messerschmitt-Str. 1, 82024 Taufkirchen

www.bauhaus-luftfahrt.net

Redaktion /Editor

Florian Riegel

Autoren /Authors

Julian Bijewitz

Dr. Kai-Daniel Büchter

Fabio Campisi

Christoph Falter

Philipp Heinemann

Prof. Dr. Mirko Hornung

Dr. Jochen Kaiser

Sascha Kaiser

Ulrike Kluge

Dr. Lily Koops

Dr. Holger Kuhn

Insa Ottensmann

Fabian Peter

Dr. Kay Plötner

Florian Riegel

Dr. Arne Roth

Raoul Rothfeld

Michael Schmidt

Dr. Arne Seitz

Michael Shamiyeh

Dr. Andreas Sizmann

Marcia Urban

Bildnachweise /Picture credits

S. 4: MTU Aero Engines, S. 6: Jan Greune, S. 12 –13 Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 14: istockphoto (Martin Barraud),

S. 15: Bauhaus Luftfahrt e. V./Jan Greune, S. 16/17: Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 18/19: Bauhaus Luftfahrt e. V.,

S. 20/21: Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 20: fotolia (agsandrew), S. 24 fotolia (Peter Jurik), S. 26: fotolia

(Dangubic), S. 27: Jan Greune, S. 28 – 29: Jan Greune, S. 31: DATASET2050, S. 34: http://www.wired.com/2013/

08/airline-boarding, S. 36 – 37: Jan Greune, S. 42: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:20120527_xl_

wiki_3735.JPG, S. 43: Jan Greune, S. 44: Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 45: Jan Greune, S. 46 – 47: Jan Greune,

S. 51: Jan Greune, S. 53: Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 54 – 55: Jan Greune, S. 57: Jan Greune, S. 62 – 63:

istockphoto (Saklakova/eternalcreative)

Konzept, Layout, Grafiken /Concept, layout, graphics

Jutta Dyhr Gerd Grieshaber GbR, Neufahrn, www.dyhrgrieshaber.de

Druck /Print

Kessler Druck + Medien GmbH & Co. KG, Bobingen

Auflage /Circulation

700 Exemplare/700 copies

Aus Gründen der Lesefreundlichkeit

verzichten wir auf die

explizite Nennung der weiblichen

Form. Wenn zum Beispiel von

Mitarbeitern die Rede ist, sind

selbstverständlich auch die

Mitarbeiterinnen gemeint.

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