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BauhausLuftfahrt

Jahrbuch

20

14

Yearbook


04 contents

operations

systems

& aircraft

technologies

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels fuels

Beiratsvorsitzender

Mission statement

Vorstände

Fachabteilungsleiter

forewords

06

08

10

12

Chairman of the Board

Mission statement

Executive Directors

Department heads

Statistiken

60 Facts and figures

Impressum 70 Imprint

Potenzial erneuerbarer

Verbundstoffe im Flügeldesign

Kosmische Strahlenexposition:

Relevanz für Hyperschallflüge

technology radar

16

18

Potential for renewable

composites in wing design

Cosmic radiation exposure:

relevance for hypersonic flights


05

Virtualisierung

des Luftverkehrs 2025+

„Neue Wege“ für den Luftverkehr als Bestandteil

eines reibungslosen Transportsystems

Geringer Wettbewerb im Bereich des Originärverkehrs

für europäische Drehkreuzflughäfen

Datensicherheit

im Luftfahrtsystem

operations

22

24

26

28

Virtualization

of air transport 2025+

“New ways” to reconfigure aviation into seamless,

hassle-free transportation

European hub airports face low level of competition

for their originating traffic

Data security in the

air transport system

Das SOLAR-JET-Projekt: Weltweit erstmalige

Synthese von „solarem“ Kerosin

Das weltweite nachhaltige

Biokraftstoffpotenzial

Temperatursimulation in

Algen-Photobioreaktoren

aireg-Arbeitskreis „Nachhaltigkeit“ –

hohe Standards helfen, Nachhaltigkeit von

Biokraftstoffen zu sichern

alternative fuels

32

34

36

38

The SOLAR-JET project: The world‘s first

“solar” kerosene

Global potential for sustainable

biofuels

Temperature simulation in algae

photobioreactors

aireg e.V. working group ”Sustainability“ –

high standards help to ensure sustainability

of biofuels

energy technologies & power systems

Die Beteiligungen von Bauhaus Luftfahrt an

aktuellen FP7-Level-2-Antriebsforschungsprojekten

Fortschritte in hybrid-elektrischen

Antriebssystem-Konzepten

Elektrifizierung von Flugzeugen:

Engpässe bei notwendigen Rohstoffen?

„Propulsive Fuselage“ – multidisziplinäre

Design-Untersuchung

42

44

46

48

Bauhaus Luftfahrt’s involvement in present

FP7 level 2 propulsion research projects

Progress in hybrid-electric

propulsion system concepts

Electrification of aircraft: Shortages of

essential raw materials?

Propulsive Fuselage – multidisciplinary

design investigation

Konzeptionelle Untersuchung eines

Propulsive-Fuselage-Flugzeugentwurfs

Flugzeugentwurfsmethoden für

hybride Energieträger

„Neue Wege“ der Flugsteuerungssysteme

für Flugzeuge der Zukunft

Das Potenzial von Echtzeit-Kollaboration

im Flugzeugdesign-Prozess

systems & aircraft technologies

52

54

56

58

Conceptual investigation of a

propulsive fuselage aircraft layout

Methods for sizing and performance of

hybrid energy aircraft

“New ways“ of flight control systems

for future aircraft

The potential of real-time collaboration

for the aircraft design process


06 mission foreword statement chairman of the board

Dr. Detlef Müller-Wiesner

Beiratsvorsitzender

Chairman of the Board

Sehr geehrte

Damen und Herren,

Vernetzung ist für die Luftfahrtforschung von ganz essenzieller

Bedeutung. Der Ludwig Bölkow Campus, im März

2012 als „Bavarian International Campus for Aerospace

and Security“ (BICAS) ins Leben gerufen, führt am

Luftfahrtstandort Ottobrunn bei München Kompetenzträger

aus Industrie, universitärer Wissenschaft und

außeruniversitärer Forschung zusammen. Arbeitsschwerpunkte

auf dem Campus, an dessen Gründung das

Bauhaus Luftfahrt maßgeblich beteiligt war, sind die

Themen „Luftfahrt“ und „Öffentliche Sicherheit“.

Damit war es ein logischer Schritt, dass im Mai 2014

die Entscheidung für den Umzug des Bauhaus Luftfahrt

auf den Campus fiel. Durch die neue räumliche Positionierung

kann das Bauhaus Luftfahrt seine strategische

Rolle an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft,

Industrie und Politik noch besser ausfüllen, seine

Zusammenarbeit mit den wesentlichen Kompetenzträgern

intensivieren und seiner wichtigen Rolle als Impulsgeber

für die Gestaltung der Luftfahrt der Zukunft noch

besser gerecht werden. Ganz konkret besteht bereits


07

eine Beteiligung an dem auf dem Campus gestarteten

Projekt „AlgenFlugkraft“ zur Erforschung nachhaltiger

Luftfahrtkraftstoffe aus Algen sowie an dem Projekt

„PowerLab“, das sich mit elektrischen Flugzeugantrieben

befasst.

Neue Technologien wurden auch auf der letztjährigen

Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung (ILA)

vom 20. bis 25. Mai in Berlin präsentiert. Hier war

Bauhaus Luftfahrt auf mehreren Ständen seiner Förderer

und Kooperationspartner als Mitaussteller zu Gast,

konnte sich erfolgreich vor internationalem Publikum

präsentieren und der Vernetzung der Branche Vortrieb

leisten.

Ich möchte mich beim Team des Bauhaus Luftfahrt

im Namen des Beirats, der Partner und Förderer für ein

erfolgreiches Jahr 2014 bedanken und wünsche Vorstand

und Mitarbeitern gutes Gelingen für die vielen

spannenden anstehenden Themen sowie das zehnjährige

Jubiläum, die dem Jahr 2015 eine ganz besondere Bedeutung

verleihen werden.

Dear Sir or Madam,

Networks are of essential relevance for aviation

research. The Ludwig Bölkow Campus, established as

the “Bavarian International Campus for Aerospace

and Security“ (BICAS) in March 2012, brings together

key competencies and key players from industry,

university research, and non-university research in

Ottobrunn close to Munich, having enjoyed an

excellent reputation as an aerospace region for

decades. Bauhaus Luftfahrt, a founding member of

the Campus, focuses on aviation and public security

as key research areas.

In May 2014, the logical outcome was that Bauhaus

Luftfahrt moves to the Campus. This location allows

Bauhaus Luftfahrt to even better fulfill its strategic

role as facilitator of research, industry, and politics

as well as to strengthen its cooperation with key

experts and to be a trendsetter for the aviation of the

future. More specifically, Bauhaus Luftfahrt is partner

of the “AlgenFlugkraft” project, focusing on sustainable

fuels from algae, and of the “PowerLab” project,

focusing on electric propulsion systems for aircraft –

both projects already started at the Campus.

New technologies were presented at last year’s ILA

Berlin Air Show from May 20 until May 25. Here,

Bauhaus Luftfahrt was a co-exhibitor at different partner

booths, presenting its research work to a broader

international audience. This allowed Bauhaus Luftfahrt

to further enhance the effective cross-linking of

the aviation sector.

In the name of the advisory board, the partners, and

the sponsors of Bauhaus Luftfahrt, I would like to

thank the entire team of Bauhaus Luftfahrt for a

successful 2014. Furthermore, I would like to give my

best wishes to the Bauhaus Luftfahrt directors and

colleagues for their upcoming projects and for the

tenth anniversary, making 2015 a very special year.

Ihr/ Your

Dr. Detlef Müller-Wiesner


08 mission statement

Das Bauhaus Luftfahrt beschreitet „neue Wege“ in der Luftfahrt.

Durch ganzheitliche Betrachtung der Zukunftstreiber des

Luftverkehrs und neuartige Herangehensweisen gelangt das

interdisziplinäre Team zu innovativen Lösungen von morgen und

übermorgen.

Über das

Bauhaus Luftfahrt

Das Bauhaus Luftfahrt ist eine interdisziplinäre Forschungseinrichtung,

getragen von den vier Luft- und

Raumfahrtunternehmen Airbus Group, Industrieanlagen-

Betriebsgesellschaft (IABG), Liebherr-Aerospace und

MTU Aero Engines sowie einer Förderung durch das

Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und

Medien, Energie und Technologie. Der gemeinnützige

Verein ist eine international ausgerichtete Ideenschmiede,

die sich mit ihrem Team aus rund 50 Mitarbeitern

mit der Zukunft der Mobilität im Allgemeinen und mit

der Entwicklung des Luftverkehrs im Besonderen befasst.

Ziel der Forschungsarbeit ist es, das komplexe System

der Luftfahrt aus vielerlei Blickwinkeln zu betrachten:

Bei allen Projekten werden technische, wirtschaftliche,

gesellschaftliche und ökologische Aspekte ganzheitlich

berücksichtigt.

In Anlehnung an die Tradition des „Bauhaus“, Deutschlands

historischer Hochschule für Gestaltung, versteht

sich auch das Bauhaus Luftfahrt als fachübergreifender

Thinktank. Im Dessau der 1920er-Jahre wirkten unter

der Leitung von Walter Gropius Architekten, Maler und

Bildhauer eng zusammen. Auf diese Weise entstand ein

breit gefächertes Kompetenzspektrum. Genau das realisiert

das Bauhaus Luftfahrt für die europäische Luftfahrtbranche,

und zwar nicht nur im interdisziplinären Dialog

von Ingenieuren, Ökonomen, Informatikern, Physikern,

Chemikern, Geografen, Kultur- und Sozialwissenschaftlern,

sondern auch in enger Kooperation mit Industrie,

Wissenschaft und Politik.

Das Bauhaus Luftfahrt arbeitet unabhängig und im öffentlichen

Interesse. Innovative Ideen müssen dort nicht

per se marktorientiert reifen. Vielmehr gibt das Bauhaus

Luftfahrt Antworten auf die Frage, welche Alternativen

für die Anforderungen der Zukunft denkbar sind. Dabei

bestehen für die Wissenschaftler des Kreativzentrums

kaum gedankliche Tabus. Allerdings wird streng darauf

geachtet, dass visionäre Konzepte und Strategien stets

auch anwendungsorientiert und technisch machbar sind.

Grundlage zur Entwicklung tragfähiger Lösungen bilden

somit immer die klassischen Disziplinen der Physik und

der Ingenieurwissenschaft.


09

operations

Bauhaus Luftfahrt is going new ways in aviation.

Through the holistic approach in the analysis of

the future drivers of air travel as well as novel methods

and processes, the interdisciplinary team develops

innovative solutions for tomorrow and beyond.

systems

& aircraft

technologies

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels fuels

About

Bauhaus Luftfahrt

Bauhaus Luftfahrt is an interdisciplinary research institution

funded by the four aerospace companies Airbus

Group, Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft (IABG),

Liebherr-Aerospace, and MTU Aero Engines as well as

grants from the Bavarian Ministry for Economic Affairs,

Media, Energy, and Technology.

The non-profit association is an internationally oriented

think tank. Its team of around 50 employees deals with

the future of mobility in general and with the development

of air travel in particular. The goal of the research

work is to consider the complex system of aviation from

different points of view. In every project, the technical,

economic, social, and ecological aspects are considered

holistically.

In keeping with the “Bauhaus” tradition, Germany’s

once renowned School of Design, Bauhaus Luftfahrt

strives to be a multidisciplinary think tank. In Dessau in

the 1920s, architects, painters, and sculptors worked

closely together under the direction of Walter Gropius,

leading to the emergence of a widely diversified spectrum

of expertise. This is exactly what Bauhaus Luftfahrt

is achieving within the European aviation industry – not

only in the interdisciplinary dialogue between engineers,

economists, computer scientists, physicists, chemists,

geographers, cultural experts, and social scientists, but

also in close cooperation with industry, science, and

politics.

The registered association works independently and in

the interest of the public. Here, innovative ideas do not

need to be developed to commercial maturity. Rather,

Bauhaus Luftfahrt provides answers to the question of

which alternatives could conceivably meet tomorrow’s

requirements. Scientists at the Creative Centre are

virtually unconstrained by notional taboos. However,

strict attention is paid to the fact that visionary concepts

and strategies are also always application-oriented and

technically feasible. Thus, the traditional disciplines of

physics and engineering science inevitably create the

foundation for the development of sustainable solutions.


08 10 mission foreword statement directors

Prof. Dr. Mirko Hornung

Vorstand Wissenschaft und Technik

Executive Director Research

and Technology

Max Mustermann

Insa Ottensmann

Fachbereich

Lorem ipsum dolorset Vorstand Finanzen und Organisation

Executive Director Finance

and Organization


11

Sehr geehrte

Damen und Herren,

Dear Sir or Madam,

welches sind die wesentlichen Entwicklungen für die

Luftfahrt in der Zukunft?

Das Team des Bauhaus Luftfahrt hat sich dieser Frage

gestellt und unter Berücksichtigung der gesellschaftlichen

Entwicklungen und technologischen Optionen die folgenden

vier Forschungsschwerpunkte definiert: „Operations“,

„Alternative Fuels“, „Energy and Power Systems“ und

„Systems and Aircraft Technologies“. Unter Berücksichtigung

langfristiger Technologieoptionen aus dem sehr

erfolgreichen „Technologieradar“ werden in disziplinübergreifenden

Projekten wesentliche Forschungsfragen

formuliert und neue Lösungsansätze erarbeitet. Mit der

organisatorischen Verankerung der Forschungsschwerpunkte

konnte die seit Langem praktizierte interdisziplinäre Zusammenarbeit

weiter verbessert werden.

Neue, wegweisende Erkenntnisse konnten auch im vergangenen

Jahr erfolgreich auf der ILA in Berlin präsentiert

werden. So konnte das Bauhaus Luftfahrt erstmalig die

Konzeptstudie für einen sogenannten „Propulsive Fuselage“

vorstellen. Auf dem Stand der MTU Aero Engines wurde

das Konzept hinsichtlich der intelligenten Integration eines

dritten Triebwerks in den Flugzeugrumpf vorgestellt. Zusammen

mit internationalen Kooperationspartnern konnte

mittels einer stärkeren Integration von Antrieb und Aerodynamik

ein erhebliches Effizienzpotenzial nachgewiesen

werden.

Ebenfalls auf der ILA konnte am Stand des DLR eine Weltneuheit

demonstriert werden: die thermochemische Synthese

„drop-in“-fähiger Kraftstoffe mithilfe von Sonnenenergie.

Das vom Bauhaus Luftfahrt koordinierte EU-Projekt

SOLAR-JET beschäftigte sich mit der besonders effizienten

Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung hochwertiger

Kraftstoffe. Mittels eines Solarreaktors konnte erstmals

Kerosin aus konzentriertem Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid

hergestellt werden.

Das vorliegende Jahrbuch spiegelt die neue Ausrichtung

nach Forschungsschwerpunkten wider. Wir hoffen, mit den

ausgewählten Themen Ihr Interesse an der Zukunft der

Luftfahrt zu wecken, und wünschen Ihnen viel Freude mit

unserem Jahrbuch 2014.

Ihre/Ihr

Insa Ottensmann/Prof. Dr. Mirko Hornung

Which central developments and challenges does

the aviation sector face in the future?

The team at Bauhaus Luftfahrt took on this question

and defined the following four research themes

taking into account societal development and

technological options: “Operations”, “Alternative

Fuels”, “Energy and Power Systems”, and “Systems

and Aircraft Technology”. Within interdisciplinary

projects, major research questions are identified

and new solutions are analyzed. The successful

“Technology Radar” contributes long-term technology

options to these projects. Integrating these

research themes into the organizational structure

resulted in further improvement of the interdisciplinary

cooperation.

New and groundbreaking findings were successfully

presented at the ILA in Berlin last year where

Bauhaus Luftfahrt introduced the concept study of a

so-called “Propulsive Fuselage” for the first time.

The concept, which intelligently integrates a third

aero engine into the fuselage, was exhibited at the

MTU Aero Engines stand. In cooperation with

international partners a considerable potential for

efficiency improvement could be demonstrated,

which results from a stronger integration of propulsion

and aerodynamics.

Also at ILA a world premiere was announced at the

DLR booth: the thermochemical synthesis of

‘drop-in’ fuel from solar energy. Bauhaus Luftfahrt

coordinates the EU project SOLAR-JET which

focuses on the efficient use of solar energy for the

production of high quality fuels. For the first time,

kerosene was produced within a solar reactor using

concentrated sunlight, water and carbon dioxide.

This yearbook reflects the new alignment according

to research themes. We hope that the selected

topics attract your interest in the future of aviation

and we hope you enjoy our 2014 yearbook.

Your

Insa Ottensmann/Prof. Dr. Mirko Hornung


08 12 mission foreword statement department heads

Dr. Andreas Sizmann

Leiter Zukunftstechnologien

und Ökologie der Luftfahrt

Head of Future Technologies

and Ecology of Aviation

Dr. Askin T. Isikveren

Leiter Visionäre Flugzeugkonzepte

Head of Visionary Aircraft Concepts

Dr. Thomas Röhm

Leiter Ökonomie und Verkehr

Head of Economics

and Transportation


13

Wegweisend für

die langfristige

Luftfahrtforschung

The way forward

in long-term aviation

research

Die Mission des Bauhaus Luftfahrt besteht darin,

Innovationspotenziale zu identifizieren und langfristige

Lösungen zu erarbeiten, die den zukünftigen Anforderungen

der Mobilität, insbesondere im Bereich Luftfahrt,

gerecht werden. Auf der Grundlage eines tiefen Verständnisses

der Nachfrage nach Mobilität und Luftverkehr

werden die Rahmenbedingungen analysiert, mit

vielversprechenden Schlüsseltechnologien kombiniert

und daraus neue Lösungsansätze entwickelt. Die Art

der Herausforderung und der langfristige Zeithorizont

bis 2050 erfordern einen interdisziplinären Ansatz wie

den des Bauhaus Luftfahrt, dessen Teams die Kompetenzbereiche

Ökonomie, Sozialwissenschaften, Geografie,

Physik, Chemie, Informatik und Luftfahrtingenieurwesen

umfassen. Die Ergebnisse dieser einzigartigen Forschungsarbeit

sind häufig der Ausgangspunkt für einen produktiven

Dialog zwischen Industrie und Wissenschaft.

Ein gutes Beispiel hierfür war im Jahr 2014 die weltweit

erste thermochemische Herstellung von „solarem“

Kerosin, die im Rahmen gemeinsamer Forschung von

Wissenschaft und Industrie durchgeführt wurde.

Grundlegende Forschungsarbeiten in den Bereichen

Antriebstechnologie, eng gekoppelte integrierte Systeme

und operationeller Betrieb sind die Voraussetzung für die

Konzeption und Auslegung zukünftiger Transportsysteme,

die ein schnelles, reibungsloses, kostengünstiges und

umweltfreundliches Reisen in einer durch Megacitys

geprägten Zukunft ermöglichen.

Um neuartige qualitativ hochwertige Ergebnisse zu

erzielen, wurden interdisziplinäre Forschungsschwerpunkte

gebildet, in denen die Erkenntnisse der verschiedenen

Forschungsthemen des Bauhaus Luftfahrt

gebündelt werden. Unter der Anleitung erfahrener

Forscher identifiziert und bewertet das junge Expertenteam

neue Ansätze, entwickelt Methoden, z. B. durch

den Transfer aus anderen Bereichen, und bewertet

die Machbarkeit neuer Konzepte, die weit über den

aktuellen Stand der Forschung hinausgehen.

Bauhaus Luftfahrt’s mission is to identify innovation

potentials and changing social and technological

boundary conditions for the long-term evolution of

mobility and aviation. This is achieved by understanding

demand within mobility and aviation and

combining it with potential enabling technologies

to develop novel solution concepts. The nature of the

challenge and the long-term time horizon up to 2050

require an interdisciplinary approach, realized

through an interplay of the entire Bauhaus Luftfahrt

team with competencies related to economics,

social science, geography, physics, chemistry, information

science, and aerospace engineering. The

beneficial by-product of undertaking and subsequently

communicating the results of such unique interdisciplinary

work is that it sets the stage for both

industry and academia to engage in a productive

dialogue.

A good example in 2014 was the first ever thermochemical

production of “solar” kerosene which has

been successfully demonstrated in academic-industrial

collaborative research. Further, fundamental research

in motive power generation, tightly coupled systems

integration, and operations ensures the design

of faster, seamless, cost-efficient, and ecologically

friendly travel options in a future dominated by

megacities. In order to achieve outcomes that are

insightful, interdisciplinary research focus groups

have been fashioned that serve to anchor and provide

a focus to the various research topics undertaken

by Bauhaus Luftfahrt. Under the guidance of senior

experts our young talented team identifies and

evaluates new approaches, develops new methodologies,

and assesses the feasibility of new concepts

by integrating technologies and methodologies from

outside the aviation domain and by tackling topics

far beyond state-of-the-art research.


14 technology radar

energy harvesting for

distributed sensing

hybrid power system strategies

cosmic radiation shielding

crack detection

big data

essential raw materials

autonomic computing

structural health monitoring

advanced thermal management

hybrid aeronautical

broadband communication

superconductivity


15

novel coating technologies

thermoelectric

energy recuperation

frontiers of battery technology

Zukunftstechnologien sind essenziell

für die Luftfahrt, um die Herausforderungen

durch zunehmenden

Mobilitätsbedarf, begrenzte

Ressourcen und Umwelteinflüsse

zu meistern. Eine frühzeitige Identifikation

von designtreibenden oder

disruptiven Entwicklungen ist die

Aufgabe des „Technologieradars“,

das die Technologiedomänen Energie,

Materialien, Photonik und Sensorik

sowie Information beinhaltet.

Wissenschaftliche Durchbrüche

und technologische Entwicklungen

aus allen Disziplinen werden

hinsichtlich ihres Innovationspotenzials

für die Luftfahrt untersucht.

Auf dieser Basis können in weiterführenden

Studien schlüssige

Gesamtkonzepte entwickelt und

Forschungs- und Entwicklungsstrategien

aufgezeigt werden.

technology

radar

renewable

lightweight materials

Future technologies are

essential for aviation to meet

the challenges of anticipated

growth of mobility needs,

limited resources, and environmental

impact. The early

identification of disruptive

developments or those that

drive design is the task of the

“technology radar”, which

comprises the technology

domains of energy, materials,

photonics, and sensor technology

as well as information.

Scientific breakthroughs and

technological developments

from all disciplines are evaluated

regarding their innovation

potential for aviation. On this

basis, conclusive overall

concepts are developed in

follow-up projects and their

research and development

strategies are highlighted.


16

technology radar

Potenzial erneuerbarer

Verbundstoffe

im Flügeldesign

Potential for

renewable composites

in wing design

Die Suche nach erneuerbaren Alternativen zu konventionellen

faserverstärkten Kunststoffen (FVK)

geriet in den letzten Jahren zunehmend in den

Fokus der Forschung. Eine erste Bewertung durch

das Bauhaus Luftfahrt zeigte, dass die mechanischen

Eigenschaften herkömmlicher FVK besser

sind als jene von FVK mit Naturfasern oder ligninbasierten

Carbonfasern. Zwei unterschiedliche

Aspekte wurden deswegen zur Untersuchung von

Strukturkomponenten aus erneuerbaren Rohstoffen

verfolgt. Der Ansatz des „Einspulens“ alternativer

Carbonfasern wurde 2013 vorgestellt: das erdölbasierte

Vorprodukt Acrylnitril wird ersetzt durch

einen erneuerbaren Precursor, wodurch Carbonfasern

entstehen, deren Eigenschaften vergleichbar

sind mit jenen konventioneller Carbonfasern. Der

zweite Ansatz betrifft eine angepasste Auslegung

der Komponenten, wodurch die mechanischen

Eigenschaften von FVK mit Naturfasern anstatt

Carbonfasern (über)kompensiert werden können.

Eine Untersuchung der zweiten Alternative konnte

das prinzipielle Potenzial von naturfaserverstärkten

Kunststoffen (NFK) als lasttragende Komponenten

aufzeigen. Eine mögliche Gewichtsreduktion

durch die Verwendung erneuerbarer FVK in der

Luftfahrt zum Beispiel im Flügelkasten konnte für

einige Materialien nachgewiesen werden. Hindernisse

für die tatsächliche Umsetzung sind mechanische

Eigenschaften abgesehen von E-Modul und

Festigkeit (und deren Streuung in Naturfasern), die

Zertifizierung neuer Materialien und Integrationsaspekte,

wie zum Beispiel eine Reduktion des

Tankvolumens aufgrund von Strukturen mit höherer

Dicke. Die bisherigen Ergebnisse jedoch motivieren

weitere Studien zu einer Optimierung der NFK und

zu einer auf NFK angepassten Strukturauslegung.

Erneuerbare

faserverstärkte

Kunststoffe

können

Gewicht sparen.

Renewable

fiber-reinforced

plastics can

save weight.

In recent years research for sustainable alternatives

to conventional fiber-reinforced polymers

(FRP) has attracted much attention. A first assessment

has shown that conventional composites

are still superior to materials made with natural

fibers and lignin-based carbon fibers. This

encouraged two different approaches for primary

structural components for aviation based on

renewable raw materials. First, the ”loom-in“

approach for alternative carbon fibers for highperformance

FRP was presented in 2013; the

commonly used petrol-based acrylonitrile

precursor for the fabrication of carbon fibers is

then replaced by a renewable one, resulting in

carbon fibers with properties comparable to

conventional carbon fibers. Second, component

design is modified in order to (over-)compensate

for possible inferior mechanical material

properties when using natural fibers like hemp

or sisal instead of carbon fibers.

An analysis of the second alternative has shown

the potential of natural fiber composites (NFC) to

be used in load-bearing components in principle.

In some fiber-matrix combinations the prospect of

weight reduction by using renewable composites

was demonstrated. However, some implementation

hurdles are (1) additional mechanical requirements

apart from Young’s modulus and strength

(and their scatter in natural fibers), (2) certification

of new materials, and (3) integration aspects

such as tank volume reduction due to thicker

structures. The results are convincing enough to

initiate further studies on the optimization in

composite design and on a dedicated structural

layout beyond the models used in this study.


17

Materialien im Leichtbau-Test

Die Leichtbau-Eigenschaften von Materialien lassen sich in vier

Quadranten einteilen:

„Insgesamt schlecht“ (gewöhnliche Kunststoffe, Papier)

„Gut, aber schwer“ (Stahl, Diamant)

„Ideales Material“ (CFK)

„Materialien für alternative Strukturen“

Letzteres eröffnet neue Möglichkeiten für alternative Materialien.

”Good material

properties but heavy

structure“

Mechanical material properties

”Ideal material“

Materials in lightweight test

The performance of future renewable materials in lightweight structures

falls into one of four categories:

”Worse overall“ (common polymers, paper)

”Good material, heavy structure“ (steel, diamond)

”Ideal material“ (CFRP)

”Materials for competitive structures“.

”Worse overall“

Reference

material

Reduction in structural weight

Materials for

competitive

structures

The latter opens up new possibilities for new materials to be analyzed

Ergebnisse der untersuchten Verbundwerkstoffe

entsprechend dem vorgeschlagenen

„Quadranten-Schema“

Obwohl Komposite mit Ramie-Fasern einen niedrigeren E-Modul

als Aluminium aufweisen, kann ihre Anwendung im Flügelkasten

möglicherweise zu einer Gewichtsreduktion führen.

Results for the materials studied

according to the proposed quadrant

scheme

Although composites with ramie fibers have a lower specific

Young’s modulus than aluminum, their application as a material

for wing boxes indicates a weight saving potential.

E/P (MNm/kg)

30

∆m (kg)

0

3000 2000 1000 -1000 -2000 -3000

20

Ref. 7000 Epoxy/Hemp Epoxy/Flax Epoxy/Ramie

50

40

10

0

PLA/Hemp

PLA/Flax

PLA/Ramie

Leichtbau im Flügeldesign

Finite-Elemente-Modell von Flügelaußenhaut

und -holmen, das als Anwendungsfall zur Verwendung

erneuerbarer Materialien im Flugzeugbau

verwendet wurde.

Structural wingbox model

Tornado model

Lightweight wing design

Finite element model of spars and skin of the

reference wing which serves as an assessment

case for renewable lightweight materials.


18 technology radar

Kosmische Strahlenexposition:

Relevanz für

Hyperschallflüge

Cosmic radiation

exposure: relevance for

hypersonic flights

Ein wesentlicher Treiber für die Entwicklung des

Luftverkehrs ist die Reduktion der Reisezeit. Zukünftige

Hyperschallkonzepte versprechen Punktzu-Punkt-Verbindungen

über die größten interkontinentalen

Distanzen in wenigen Flugstunden. Die

Analyse der technologischen Anforderungen und

des Innovationsbedarfs beinhaltet unter anderem

die Untersuchung der Relevanz der kosmischen

Strahlungsexposition für Besatzung, Passagiere

und Bordelektronik.

Seit 2011 stellt das Bauhaus Luftfahrt Entwicklungstrends

wie wachsende Flughöhen und zunehmende

Polarroutennutzung der daraus resultierenden

erhöhten kosmischen Strahlenbelastung

gegenüber und untersucht Synergiepotenziale von

Zukunftstechnologien für zugleich nachhaltiges

und strahlungsarmes Fliegen. Hierbei zeigte sich,

dass beispielsweise als neue Strukturmaterialien

diskutierte Nanokomposite und Wasserstoff als

alternativer Kraftstoff von besonderer Bedeutung

sein können.

Höhere Fluggeschwindigkeiten gehen einher mit

größeren Flughöhen, was zu erhöhten Strahlungsintensitäten

führt. Gleichzeitig verringern sich

die Flugdauer und damit die Strahlungsexpositionszeit.

Eine Untersuchung dieses Trade-offs für

repräsentative interkontinentale Missionen hat

ergeben, dass zu gewissen Zeiten im Sonnenzyklus

die stark verkürzte Flugzeit auf Trajektorien mit

(zum Teil) Hyperschallgeschwindigkeit die höheren

Strahlungsintensitäten kompensieren und sogar

geringere Strahlungsdosen bewirken kann. Allerdings

ist die Besatzung für feste Blockzeiten

deutlich höheren Dosen ausgesetzt. Ökonomische

Vorteile könnten durch Strahlenschutzkonzepte

erzielt werden, die auch eine Vermeidung vermehrter

Ausfälle von Hyperschallflügen während

Sonnenstürmen erlauben würden.

Größere Flughöhen

können

eine geringere

kosmische

Strahlungsexposition

bedeuten –

aufgrund der

höheren Fluggeschwindigkeit.

Higher flight

altitudes can

imply a lower

cosmic radiation

exposure due

to the higher

flight velocity.

A key driver for air transportation development is

the reduction of journey time. Concepts of future

hypersonic commercial aircraft promise point-topoint

travel over the largest intercontinental

distances in at most a few hours’ flight time. The

analysis of technological requirements and of

innovation needs includes the investigation of

the relevance of cosmic radiation exposure for

aircrew, passengers, and aircraft electronics.

Since 2011, Bauhaus Luftfahrt has contrasted

ongoing trends such as growing flight altitudes

and polar route frequencies with the resulting

enhanced cosmic radiation exposure and has

investigated synergy potentials of future aviation

technologies for sustainable air traffic growth at

low radiation levels. Here, it has been shown

that, for instance, nanocomposites as novel

structural materials and hydrogen as an alternative

fuel may be of special relevance.

Higher flight velocities go along with higher flight

altitudes, which lead to enhanced radiation

intensities. Simultaneously, reduced durations of

flight as well as radiation exposure times emerge.

An investigation of this trade-off for representative

intercontinental missions revealed that at

specific times in the solar cycle the strongly

shortened flight times on trajectories with (partly)

hypersonic cruise compensate for the enhanced

radiation intensities and may even yield lower

radiation doses. However, for fixed block hours,

air crews are subject to significantly larger doses.

Economic benefits could be achieved by means of

radiation protection concepts that would also

allow an increased number of canceled hypersonic

flights during solar storms to be avoided.


19

Potenzierte Strahlung in der Höhe

Typische Bereiche von Reiseflughöhen ausgewählter Flugzeugkonzepte

und Höhenabhängigkeit der kosmischen Strahlungszählrate bei unterschiedlichen

geografischen Breiten. Die Strahlungsexposition nimmt

bis zu einer Höhe von 20 – 25 km stark zu und ist an den Polen maximal.

Da zur Vermeidung von Lärmbelästigung zukünftige interkontinentale

Hyperschallmissionen typischerweise über nicht oder dünn besiedeltem

Gebiet wie großen Wasserflächen nahe der Pole verlaufen, ist die mittlere

Strahlungszählrate hier im Reiseflug bis zu dreimal größer als auf heutigen

Reiseflughöhen.

Potentiated radiation at height

Typical range of cruise altitudes of selected aircraft concepts and altitude

dependence of the cosmic radiation count rate at various geographical

latitudes. Up to 20 – 25 km above ground, the radiation exposure grows

strongly with altitude and is maximal at the poles. In order to avoid noise

disturbance, future intercontinental hypersonic trajectories are typically

restricted to flying over areas with low or no population density like large

water expanses close to the poles. As a result, the average radiation count

rate during cruise is up to three times higher than at current cruising

altitudes.

Altitude [km]

40

35

30

25

20

15

10

5

0

1 2 3 4 5 6 7 8

A 380

0 1000 2000 3000 4000

Cruising altitudes

Concorde

Mid-latitudes

ZEHST

Tu-260

Mach number

Cosmic radiation count rate [min -1 ]

Radiation count rates

LAPCAT

-A2

North polar region

LAPCAT-

MR1

South polar region

Brüssel – Sydney im Vergleich

Brüssel – Sydney, eine repräsentative interkontinentale Mission von LAPCAT (Long-term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), einer

im Rahmen der Europäischen Kommission durchgeführten Studie bis 2008, a) in westlicher Richtung über die Beringstraße zur Vermeidung von

Lärmbelästigung im Hyperschallreiseflug mit Mach 5 (längste Strecke), b) in östlicher Richtung aufgrund der Bevölkerungsdichte bis Wolgograd

mit Unterschallgeschwindigkeit und dann bis Sydney mit Überschallgeschwindigkeit mit Mach 4.5 (kürzeste Strecke). Ebenfalls eingezeichnet ist

die heutige Referenzstrecke c) für Unterschallflug in östlicher Richtung mit Zwischenstopp in Abu Dhabi (zweitlängste Strecke). Die Trajektorien

a) und b) mit (zum Teil) Überschallgeschwindigkeit weisen aufgrund der deutlich reduzierten Flugzeit zu gewissen Zeiten im Sonnenzyklus etwa

60 % geringere integrierte Strahlungsdosen auf als die Referenzmission c), obwohl sie zum Teil weitere Distanzen bei größeren geografischen

Breiten und damit bei höherer Strahlenbelastung zurücklegen.

Brussels – Sydney in comparison

Brussels – Sydney, a representative mission of LAPCAT

(Long-term Advanced Propulsion Concepts and Technologies),

a study conducted in the framework of the European

Commission until 2008, a) in western direction over the

Bering Strait to avoid noise disturbance during hypersonic

cruise with Mach 5 (longest distance), b) in eastern

direction up to Volgograd with subsonic velocity due to the

population density and then with supersonic velocity with

Mach 4.5 to Sydney (shortest distance). Also depicted is

the current reference trajectory c) for subsonic cruise in

eastern direction with refueling stop in Abu Dhabi (second

longest distance). Due to the significantly reduced flight

times, the trajectories a) and b) with hypersonic / partly

supersonic cruise would be subject to roughly 60 % lower

integrated radiation doses compared with the reference

mission c) during specific times in the solar cycle. This is

the case even though partly longer distances at larger

geographic latitudes are encountered, which are associated

with enhanced radiation exposure.

D~16,700 km

Bering Strait

a)

Brussels

b)

Abu Dhabi

c)

Sydney

D total ~ 5,160 km + 12,100 km = 17,260 km

D~18,730 km


20 operations

combination of air travel and car sharing

data security

mobility research

more choices to switch between airports

urbanization and growing demand in mobility


21

Der Forschungsschwerpunkt „Operations“

befasst sich mit den veränderten Randbedingungen

der Mobilität der Zukunft sowie

den entsprechenden Implikationen auf den

Luftverkehr. Neben Fragestellungen zu

künftigen Bedürfnissen von Passagieren,

Fluggesellschaften und Flughäfen werden

auch neue Prozesse im Betrieb der Luftfahrzeuge

untersucht. Vielversprechende

Technologien und Ansätze, wie neuartige

Betriebsabläufe oder Geschäftsmodelle,

werden in das Lufttransportsystem implementiert

und ihr Effekt auf operationeller

Ebene bewertet. Auf dieser Basis werden

Effizienzpotenziale identifiziert und Handlungsempfehlungen

für die unterschiedlichen

Akteure der Luftfahrt formuliert.

alliances of transport providers with

internet companies

travel by air and rail with one single ticket

The research theme “Operations” investigates

the implication for air transportation

based on future mobility conditions.

Besides research questions concerning

future requirements of passengers, airlines,

and airports, novel processes related to

aircraft operation are analyzed. Promising

technologies and approaches, such as

novel 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.


22 operations

Virtualisierung

des Luftverkehrs

2025+

Virtualization

of air transport

2025+

Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme

der Technischen Universität München und Airbus

hat das Bauhaus Luftfahrt im Jahr 2014 eine

Szenariostudie zum Thema „Virtualisierung des

Luftverkehrs 2025 +“ durchgeführt. Da immer mehr

Passagiere über mobile Kommunikationsgeräte

verfügen, gibt es bereits jetzt viele Technologien,

die es ihnen ermöglichen, online zu bleiben und/

oder die reale Welt zu simulieren. Unklar ist derzeit

allerdings, wie sich die zunehmende Virtualisierung

auf das Reisen und die Entwicklung des Transportsystems

bis 2025 auswirken könnte. Unter Anleitung

von Experten haben die Studenten drei

Szenarien entwickelt. Der Fokus lag dabei auf

folgenden Faktoren: Passagierverhalten, Angebot

und Verbreitung virtueller Produkte, Datensicherheit

und entsprechende gesetzliche Regelungen

sowie Positionierung bestehender und neuer Luftverkehrsunternehmen.

In einem der Szenarien

kommt es infolge massiver Cyberangriffe zu einer

globalen Harmonisierung der Datenschutzgesetze.

Dadurch nimmt die Datensicherheit zu, die Verbraucher

gewinnen Vertrauen und teilen ihre Daten

bereitwillig. Transportdienstleister bilden Allianzen

mit Internetfirmen, um neue virtuelle Produkte oder

Dienstleistungen zu entwickeln. Im Lauf der Zeit

nimmt der Wettbewerb stark zu, und nur wenige

starke Allianzen (z. B. Google & Star Alliance vs.

Apple & One World) überleben. In diesem Szenario

kommt es für die Unternehmen v. a. darauf an, das

Potenzial der Virtualisierung möglichst früh zu

erkennen und potenzielle Kooperationpartner zu

identifizieren, um in Zukunft eine starke Position

einzunehmen.

Da sich schwer vorhersehen lässt, wie sich die

Virtualisierung weiter entwickelt, bieten Szenarien

eine gute Grundlage, um über Implikationen für

Unternehmen und die Politik nachzudenken.

Apple

Facebook

Google

You

Tube

Die richtigen

Kooperationspartner

sichern

den Unternehmen

eine starke

Position.

The right

cooperation

partners secure

the company a

strong position.

Together with the Institute of Aircraft Design at

Technische Universität München and Airbus,

Bauhaus Luftfahrt carried out a scenario study on

“Virtualization of Air Transport 2025 +” in 2014.

As more and more people are using mobile devices,

new technologies are developed that allow

the customer to stay connected and/or simulate

the real world. Yet it is still unclear how this will

impact travel behavior and experience. The goal

was to consider how the transport system could

develop in the process of increased virtualization

until 2025. Under guidance from experts the

students developed three scenarios, putting a

focus on behavior of passengers, supply and

diffusion of virtual products, data security and

regulation as well as the position of incumbent

and potential new players in aviation. In one

scenario, for example, massive cyber attacks

cause the declaration of globally harmonized

laws on data security. As these laws can

effectively guarantee data security, consumers

gain confidence and share data more readily.

Transport providers form alliances with internet

companies to develop new virtual products and

services. Over time competition becomes so

fierce that only a few alliances survive (e.g., Google

& Star Alliance vs. Apple & Oneworld). In such

a scenario it is essential for airlines to identify

the potential of virtualization and consider

cooperation with new partners from early on to

assume a strong position.

As it is hard to predict how virtualization may

develop further, the scenarios offer a good basis

to think about implications for business and

politics.


23

Technologien, die die Virtualisierung

des Luftverkehrs ermöglichen

Technologies supporting

virtualization of air travel

Quelle: Airbus

Das Szenario zeigt einen möglichen

Entwicklungspfad im Zeitablauf

The example shows a potential

development path including a timeline

2015

Loss of customer data on

the part of several major

internet retailers

2016

International act for data

safety and internet security

2019

Strong competition:

five big travel alliances remain

on the market

2023

Installation of a fully automated

security check system

2025

Door-to-door ticket,

highly individual

travel experience

© Airbus


24 operations

„Neue Wege“ für den

Luftverkehr als Bestandteil

eines reibungslosen

Transportsystems

“New ways“ to

reconfigure aviation

into seamless, hasslefree

transportation

Urbanisierung, die wachsende Nachfrage nach

Mobilität, diversifizierte Passagierbedürfnisse und

neue Informationstechnologien stellen Herausforderungen

an das zukünftige Transportsystem dar.

Daher verfolgte das Bauhaus Luftfahrt einen neuen

Ansatz zur Entwicklung und Bewertung von

Konzeptideen speziell für die Luftfahrt, um ein

reibungsloses Transportsystem zu gewährleisten.

In enger Zusammenarbeit mit zwei europäischen

Produktdesign-Universitäten entwickelte das

Bauhaus Luftfahrt neue Lösungen zur Verbesserung

der Anbindung von Flughäfen. Der Fokus lag auf der

Bewertung und Auswahl vielversprechender

Konzepte durch ein Expertengremium aus der

Boden- und Lufttransportindustrie. Anschließend

wurden die für die Realisierung der ausgewählten

Konzepte erforderlichen Schlüsseltechnologien und

treibenden Industrien identifiziert sowie potenzielle

Vor- und Nachteile für die einzelnen Akteure in der

gesamten Transportkette abgeleitet. Eines der

Konzepte zielt z. B. darauf ab, die bestehenden

Gleisflächen an Bahnhöfen mit einem Flughafen in

der Größe eines Regionalflughafens zu überbauen,

um Reisezeiten von und zu den Flug häfen signifikant

reduzieren zu können.

Ein weiterer Schritt in Richtung eines nahtlosen

Transports bilden die Forschungsaktivitäten im

Bereich der Bewertung neuer Reisedienstleistungen,

die z. B. Schienen- und Luftverkehr durch ein

einziges Ticket für Zug- und Flugstrecke besser

miteinander verbinden. Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit

von intermodalen Konzepten wurden

passagierorientierte Indikatoren entwickelt und

angewendet. Hierdurch konnten Ansatzpunkte zur

Verbesserung und Weiterentwicklung der intermodalen

Konzepte aufgezeigt werden: Das größte

Potenzial besteht hierfür derzeit v. a. in einer verkehrsträgerübergreifenden

Reisekette, insbesondere

in einem integrierten Planungs-, Buchungsund

Ticketingsystem sowie in der klaren Zuordnung

von Verantwortlichkeiten, z. B. bei Verspätungen.

Warum nicht

ein einziges

Ticket für die

Reise von Haustür

zu Haustür?

Why not a single

ticket for the

door-to-door

trip?

Air&Rail-Ticket

Air&Rail-Ticket

Urbanization paired with a growing demand for

mobility together with diversified personal needs

and new information technologies place challenges

on the transportation system. Bauhaus Luftfahrt

successfully conducted a novel approach

for the development and assessment of potential

concepts for aviation to be embedded into a

seamless, hassle-free transportation system.

Together with two teams of different product

design universities Bauhaus Luftfahrt

developed new solutions to improve airport

and aircraft access.

In the approach, a broad panel of industrial

experts related to ground as well as air transport

laid the foundation for the assessment and

selection of the most promising concepts. Moreover,

Bauhaus Luftfahrt identified key enabling

technologies and industrial drivers for concept

realization as well as potential benefits for transportation

stakeholders. For example, one of the

concepts evaluated the constructional integration

of regional airports and inner city train stations to

shorten airport access times.

At Bauhaus Luftfahrt further focus is placed on

assessing new travel concepts providing a more

seamless journey for the passenger, e.g., traveling

by air and rail with only one ticket. An innovative

set of performance indicators with particular

emphasis on the passenger perspective has been

developed, making it possible to benchmark

intermodal concepts. These indicators support the

identification of levers to further enhance intermodal

transport concepts: Integrated journey

planning, joint booking and ticketing as well as a

clear assignment of liability along the journey

demonstrate the highest improvement potential,

for example in the event of delays.


25

Der Innenstadt-Flughafen

The inner city airport

Nutzung bestehender Gleisflächen für das Konzept eines

Innenstadtflughafens: In fünf Ebenen vom Zug zum Abflug.

The inner city airport concept built upon existing rail yards

based on five levels from train platform to runway.

Predictability of passenger journey

4

Concept A

Baggage through-handling

3

Integrated

journey planning

Concept B

Concept C

Passagierorientierte

Bewertungsmethodik

… unterschiedlicher Konzepte für ein

reibungsloses Transportsystem

2

1

0

Concept D

Passenger-oriented

assessment methodology

… of new travel concepts providing a

more seamless journey for the passenger

Quality of physical

platform for interchange

Joint booking and ticketing

Journey time and costs

Liability issues


26 operations

Geringer Wettbewerb

im Bereich des Originärverkehrs

für europäische

Drehkreuzflughäfen

European hub airports

face low level of

competition for their

originating traffic

Traditionell wird bei Flughäfen von beachtlicher

Marktmacht ausgegangen. Die Liberalisierung des

Luftverkehrsmarktes hat jedoch insofern zu mehr

Wettbewerb geführt, als Fluggesellschaften und

Passagiere eine größere Anzahl an Flughäfen zur

Auswahl haben. Heutzutage kann ein großer Teil

der Passagiere in Europa innerhalb von zwei Stunden

Fahrzeit mindestens zwei Flughäfen erreichen.

Zudem werden viele gleiche Destinationen von den

Flughäfen im entsprechenden Einzugsgebiet angeboten.

Eine Studie am Bauhaus Luftfahrt untersucht

die Marktkonzentration im Hinblick auf den

Originärverkehr an den 25 größten europäischen

Drehkreuzflughäfen. Zur Untersuchung der Verteilung

der angebotenen Ziele innerhalb eines Einzugsgebiets

wurde der Herfindahl-Hirschman-Index

(HHI) verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass der

Originärverkehr innerhalb des Einzugsgebiets nach

wie vor sehr stark an den Drehkreuzflughäfen

konzentriert ist und somit Marktmacht besteht

(siehe Abb. 2).

Um ein vollständiges und detailliertes Bild der

Marktstruktur zu erlangen, ist eine Untersuchung

des Transferverkehrs erforderlich, da Passagiere,

deren Reise eine Umsteigeverbindung beinhaltet,

zumeist verschiedene Alternativen haben. Der

Fokus der weiteren Arbeit wird deshalb darauf

liegen, das Maß an Überlappung zwischen den

angebotenen Verbindungen zu analysieren.

Die meisten

Europäer können

innerhalb von

zwei Stunden

Fahrzeit mindestens

zwei Flughäfen

erreichen.

Most Europeans

can reach at

least two airports

within two hours‘

drive.

Traditionally, airports have had considerable

market power. However, as liberalization of air

transport has spurred competition over the last

years, it has been claimed that airlines and passengers

now have more choices to switch between

airports, thereby increasing competition. Today

most European passengers have access to at least

two airports within two hours’ driving time, and

destinations offered at the major hub airports

increasingly overlap with nearby airports. Yet it is

still unclear if this has really constrained the

market power of hub airports. A study at Bauhaus

Luftfahrt is analyzing airport market concentration

in originating passenger traffic for the 25 largest

hubs in Europe. The focus is on analyzing how

certain travel destinations are distributed among

airports applying classical economic indicators

such as the Herfindahl Hirschman Index (HHI). The

results clearly show that traffic is still highly

concentrated within each catchment area, indicating

strong market power (see figure 2).

In order to obtain a comprehensive picture of the

airports’ market structure, it is furthermore

essential to assess competition on the transfer

passenger market since these travelers have

multiple airport options to connect between flights.

The focus in the next step will be on the identification

of the degree of connection overlap between

European hub airports.


27

(Abb. 1)

Herfindahl-Hirschman-Index

für ausgewählte Drehkreuzflughäfen

(Fig. 1)

Herfindahl Hirschman Index

for selected hub airports

1,00

1,00

0,98 0,98

0,94

0,93

HHI route specific

0,90

0,80

0,70

0,60

0,84 0,84 0,84 0,84

0,80

0,78

0,72 0,72

0,69 0,69

0,67

0,64

0,62

0,60

0,60

0,58

HHI regional specific

0,50

0,46

0,43

0,40

0,38

0,30

0,27

0,20

0,10

0,00

LIS ATH MAD CPH BCN HEL CDG PRG ARN FCO IST VIE OSL MUC LHR TXL FRA ZRH DUB MXP AMS MAN LGW BRU DUS

Der HHI berechnet die Summe der quadrierten Marktanteile aller

Firmen im Markt und kann Werte von 0 bis 1 annehmen. Ersteres

weist auf starken Wettbewerb und Letzteres auf eine Monopolindustrie

hin. In dieser spezifischen Studie wird der HHI zum einen

auf regionaler Ebene und zum anderen für individuelle Routen

berechnet. Hier werden alle angebotenen Verbindungen von den

Flughäfen im Einzugsgebiet in Bezug auf angebotene Sitze analysiert.

The HHI calculates the sum of the squared market shares of all

companies in the market and ranges from 0 implying perfect competition

to 1 indicating a monopoly industry. The HHI is calculated on

a regional level, i.e., considering all geographical regions such as

the EU or North America, and on a route-specific level. Here, every

city pair served from each airport within the catchment market is

analyzed in terms of seat capacity concentration.

(Abb. 2)

Einzugsgebiet

Flughafen Frankfurt

(Fig. 2)

Frankfurt Airport

catchment area

EINDHOVEN

LÜTTICH

DUS

PAD

DTM

BIELEFELD

NORDRHEIN-WESTFALEN

DORTMUND

DEUTSCHLAND

CGN

HESSEN

200 km

100 km

FRANKFURT AM MAIN

LUXEMBURG

HHN

FRA

FRANKFURT FLUGHAFEN

LUX

MHG

NUE

ZQW SCN

FKB

SXB

STUTTGART

STR

BADEN-WÜRTTEMBERG


28

operations

Datensicherheit

im Luftfahrtsystem

Data security in the

air transport system

Auch in der zivilen Luftfahrt nimmt die Nutzung von

Datennetzwerken, Computersystemen und Navigationssystemen

kontinuierlich zu. Obwohl Fliegen

insgesamt immer sicherer wird, entstehen durch

die zunehmende Vernetzung der Komponenten des

Luftverkehrssystems (z. B. Flugzeug, Flughafen,

Flugverkehrskontrolle) neue Risiken. Ein komplexes

Informations- und Kommunikationssystem stellt

einen konstanten Austausch innerhalb des Systems

sicher, z. B. zwischen Flugzeugen im Landeanflug

und dem Tower. Ein reibungsloser Abfertigungsprozess

von Flugzeugen ist ebenfalls auf robuste

Datenschnittstellen zwischen Flughäfen, Bodenabfertigungspersonal

und Fluggesellschaften

angewiesen. Manipulierte Daten oder Fehler in der

Übertragung können gravierende Störungen des

Luftverkehrs zur Folge haben.

Bisher wurde Datensicherheit meist spezifisch für

bestimmte Stakeholder betrachtet. Dieser Ansatz

greift jedoch zu kurz: Aufgrund des hohen Vernetzungsgrads

müssen die Risiken auf Gesamtsystemebene

betrachtet und ein gemeinsames Verständnis

der beteiligten Akteure über mögliche Bedrohungen

erreicht werden, um effektive Sicherheitskonzepte

entwickeln zu können. Im Rahmen des durch das

Bayerische Luftfahrtforschungsprogramm geförderten

Projekts „Air Traffic Resilience“ (ARIEL) erforscht

das Bauhaus Luftfahrt zusammen mit verschiedenen

Konsortialpartnern, wie die Widerstandsfähigkeit

des Luftverkehrs im Bereich Datensicherheit erhöht

werden kann. Dabei werden neue Bedrohungspotenziale

identifiziert und die hiermit verbundenen

Risiken im Hinblick auf ausgewählte Szenarien

bewertet.

Das Forschungsprojekt

ARIEL verfolgt

einen ganzheitlichen

Ansatz

zur Verbesserung

der Widerstandsfähigkeit

der Luftfahrt

in Bezug auf

Datensicherheit.

ARIEL

AIR TRAFFIC RESILIENCE

The research

project ARIEL

pursues a holistic

approach to

strengthen the

resilience of the

air transport

system concerning

data security.

The use of data networks as well as computer and

navigation systems is continually increasing in civil

aviation. Although flying as such has become

increasingly safe, new risks arise from the growing

interconnectedness of components of the air

transport system (e.g., aircraft, airport, air traffic

control).

A complex information and communication system

ensures the constant data exchange within this

system, for example between approaching aircraft

and the airport tower. A smooth aircraft turnaround

process also relies on robust data interfaces

between airport, ground handling personnel, and

airline. Manipulated data or transmission errors

can lead to severe disturbances of air traffic.

Up to now, data security has often been addressed

from and limited to the perspective of specific

stakeholders. But this approach does not reach far

enough: Due to the high level of connectivity, risks

related to information and data security need to be

addressed on an overall system level. In order to

develop effective security concepts, it is furthermore

important that the involved stakeholders have

reached a common understanding of possible

threats. In the context of the research project

“Air Traffic Resilience” (ARIEL), which is funded by

the Bavarian Aeronautical Research Programme,

Bauhaus Luftfahrt investigates together with its

consortium partners how aviation’s robustness in

the area of data security can be enhanced. To this

end, new potential threats are identified and

related risks evaluated.


29

Datenvernetzte

Abfertigungsstationen

Data-networked

dispatch stations

Airline

Data exchange

through information

management systems

Airport

Ground handler

Ein kontinuierlicher Datenaustausch zwischen verschiedenen

Komponenten des Luftfahrtsystems stellt die koordinierte

Abfertigung von Flugzeugen sicher.

Continuous exchange along multiple data links between different

components of the air transport system ensures the coordinated

turnaround of aircraft.

Effektive

Sicherheitskonzepte

Durch die wachsende Vernetzung der

Daten im Luftverkehr entstehen neue

Bedrohungspotenziale.

Effective security

concepts

The growing integration of

data in air traffic creates new

potential threats.


technology

30 alternative fuels

production potential

technology readiness

OH

OH

HO

O

HO

O

OH

O

HO

OH

OH

HO

O

HO

O

O

OH

OH

n

HO HO

feedstock

microalgae


31

life cycle analyses

land-use change

water footprint

Erneuerbare Alternativen zu konventionellem

Kerosin rücken aus ökologischen

und ökonomischen Gründen in

zunehmendem Maße in den Fokus der

Luftfahrt. Der Forschungsschwerpunkt

„Alternative Fuels“ am Bauhaus Luftfahrt

konzentriert sich in der komplexen

und vielfältigen Forschungs- und Entwicklungslandschaft

auf die zentralen

Fragestellungen des globalen, nachhaltigen

Produktionspotenzials biomassebasierter

Kraftstoffe und die

langfristig vielversprechenden Optionen

jenseits „klassischer“ Biomasse. Dabei

werden in einem ganzheitlichen Ansatz

die individuellen ökologischen, ökonomischen

und technischen Charakteristika

unterschiedlicher Produktionspfade

bewertet.

cost competitiveness

economies of scale

economics

sustainability

For ecological and economic reasons,

renewable alternatives to conventional

jet fuel have moved into the focus of

interest of the aviation industry. Within

the rapidly growing landscape of

research and development in this field,

several key questions arise that are

addressed in the research theme

“Alternative Fuels” at Bauhaus Luftfahrt.

These questions are related to the

global sustainable production potential

of biomass-based fuels and to promising

long-term options for renewable fuels

beyond “conventional” biomass feedstocks.

The individual economic,

ecological, and technical characteristics

of different fuel production pathways

are assessed in a holistic multiplecriteria

scheme.


32 alternative fuels

Das SOLAR-JET-Projekt:

Weltweit erstmalige

Synthese von „solarem“

Kerosin

The SOLAR-JET project:

The world‘s first

“solar” kerosene

Im Rahmen des EU-Forschungsprojektes SOLAR-

JET 1 wurde das weltweit erste „solare“ Kerosin

aus konzentrierter Strahlung, CO 2 und Wasser

von Forschern des Bauhaus Luftfahrt, der ETH

Zürich, des DLR und des Industriepartners Shell

hergestellt. Damit wird eine besonders effiziente

Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung hochwertiger

Kraftstoffe möglich.

Durch eine Weiterentwicklung des thermochemischen

Konversionsprozesses konnte in Experimenten

an der ETH unter Mithilfe von Forschern des

Bauhaus Luftfahrt Synthesegas (CO und H 2 )

produziert werden, welches von Shell in einer

Fischer-Tropsch-Synthese in flüssige Kohlenwasserstoffe

mit einem hohen Anteil Kerosins umgewandelt

wurde. Damit war eine Weltneuheit

demonstriert: die thermochemische Speicherung

von Strahlungsenergie in Form „drop-in“-fähiger

Kraftstoffe.

Als nächste Schritte unterstützt das Bauhaus

Luftfahrt die Weiterentwicklung zur Verbesserung

des Wirkungsgrades und die Demonstration des

Kraftstoffpfades in einer Pilotanlage an einem

sonnenreichen Standort.

1 Das Projekt SOLAR-JET

(Solar chemical reactor

demonstration and

Optimization for Long-term

Availability of Renewable

JET fuel) wird von der

Europäischen Union im

7. Rahmenprogramm

(FP7/2007 – 2013) unter der

Förderbescheid-Nr. 285098

gefördert.

Weltweit

erstes „solares“

Kerosin

Fischer-Tropsch-Produkte

aus „solarem“ Synthesegas

– langkettige

Kohlenwasserstoffe

(Wachse, links)

und flüssige Kohlenwasserstoffe

mit Wasser

(Mitte).

Rechts: Endprodukt mit

hohem Kerosinanteil aus

dem „Hydrocracking“-

Prozess.

The world’s

first “solar”

kerosene

Direct Fischer-Tropsch

products from “solar”

synthesis gas–long-chained

solid hydrocarbons (waxes,

left) and a mixture of liquid

hydrocarbons and water

(center).

Right: Final product after

“hydrocracking” containing

a large share of kerosene.

The EU research project SOLAR-JET 1 demonstrated

the production of the world’s first “solar”

kerosene. The FP7 project was initiated by its

coordinator Bauhaus Luftfahrt and joins ETH

Zurich, DLR, and Shell in order to research the

synthesis of kerosene from CO 2 , water, and

concentrated radiative energy. The process

provides a particularly efficient pathway to jet

fuel production from solar energy.

The recent success was, for the most part, a

result of continued research on thermochemical

processes at ETH Zurich. Bauhaus Luftfahrt researchers

assisted with the experimental production

of syngas (CO and H 2 ) at ETH Zurich, which

was sufficient to run a Fischer-Tropsch synthesis

at the Shell Laboratories in Amsterdam. The fuel

synthesis was optimized to produce a large share

of kerosene. The entire process chain proved the

novelty to the world: Concentrated solar energy

was stored via thermochemical reactions in the

form of drop-in capable fuel for the first time.

Bauhaus Luftfahrt will continue to promote the

process towards commercialization. The next

steps aim at higher energy conversion efficiencies

and the development of an up-scaled solar fuel

production facility at a suitable location with

excellent solar resources.

1 The project SOLAR-JET

(Solar chemical reactor

demonstration and

Optimization for Long-term

Availability of Renewable

Jet fuel) receives funding

from the European Union

Seventh Framework

Programme (FP7/2007–2013)

under grant agreement

no. 285098.


33

Darstellung des Produktionspfades

Von links nach rechts: Im Solarreaktor wird mithilfe von konzentriertem

Sonnenlicht aus Wasser und CO 2 Synthesegas hergestellt, das im

Fischer-Tropsch-Reaktor zu Kohlenwasserstoffen mit hohem Kerosinanteil

als „solarem Kraftstoff“ umgewandelt wird.

Diagram of the solar fuel path

From left to right: H 2 O and CO 2 are reduced to H 2 and CO

(synthesis gas) within the solar-thermochemical reactor.

The synthesis gas is further processed into “solar kerosene”

via Fischer-Tropsch synthesis.

Solarreaktor

Solar reactor

Fischer-Tropsch-Reaktor

Fischer-Tropsch reactor

Kraftstoff

Fuel

CO,

H2

CO2, H2O

Link zur Webseite des SOLAR-JET- Projekts:

www.solar-jet.aero

Link to the SOLAR-JET project website:

www.solar-jet.aero

Zukünftige industrielle

solare Kraftstoffproduktion

Schematische Darstellung einer

Anlage zur industriellen Produktion

solarer Kraftstoffe. Neben einer

deutlichen Steigerung des thermochemischen

Wirkungsgrades muss

der Synthesegas-Durchsatz erheblich

vergrößert werden, um eine

kommerziell attraktive Kraftstoffsynthese

zu ermöglichen.

Future industrial

solar fuel plant

H 2 O

CO 2 /H 2 O

capt./Storage

Schematics of a future plant for industrial solar fuel production.

A substantial increase of the thermochemical energy conversion

efficiency and considerable scaling of the synthesis gas throughput

are required in order to achieve a commercially attractive synthesis

of solar fuels.

CO 2

Sunlight

Syngas

C x H y

FT

O 2

Concentration

H 2 O/CO 2

Thermochemistry

Gas

storage

Fischer-

Tropsch

Combustion

Work

Heat


34

alternative fuels

Das weltweite

nachhaltige

Biokraftstoffpotenzial

Global potential

for sustainable

biofuels

Verlässliche Informationen über Biokraftstoffpotenziale

bilden ein wichtiges Fundament für strategische

Entscheidungen zur Entwicklung erneuerbarer

Energien. Bisherige Studien hierzu sind jedoch mit

erheblichen Unsicherheiten behaftet. Daher hat

Bauhaus Luftfahrt seine Expertise auf dem Gebiet

der Potenzialabschätzung von Biokraftstoffen weiter

ausgebaut. Bereits 2013 konnte auf der Grundlage

der zuvor errechneten theoretischen Landverfügbarkeit

ein erstes nachhaltiges Potenzial von Flüssigkraftstoffen

aus Jatropha-Samen und Plantagenholz

bestimmt werden.

Im vergangenen Jahr haben nun die Forscher ihren

geowissenschaftlichen Ansatz fortentwickelt: Mit

insgesamt 37 Pflanzenarten wurde das derzeit wohl

umfassendste Kompendium zu Standortanforderungen

und Erträgen von Energiepflanzen erstellt.

Auf dessen Basis wurden hochaufgelöste Kartierungen

der klimatischen und bodenkundlichen

Eignung von Landflächen für jede einzelne Pflanzenart

durchgeführt. Die daraus resultierenden Karten

wurden in einem geografischen Informationssystem

übereinandergelegt und verarbeitet. Auf diese

Weise konnte für jede potenziell verfügbare

landwirtschaftliche Fläche auf der Erde die jeweils

bestgeeignete und produktivste Energiepflanze

identifiziert werden. Die Summe aller Erträge ergab

ein nachhaltiges Biokraftstoffpotenzial von

gegenwärtig 124 Exajoule (124 x 1018 J) pro Jahr,

was in etwa dem Zwölffachen des weltweiten

Gesamtverbrauchs von Kerosin entspricht.

Dieses Potenzial stellt eine geografische Obergrenze

dar, Verluste entlang der Bereitstellungsketten

sowie realökonomische und -politische Aspekte

fanden bei der Berechnung zunächst keine Berücksichtigung.

Es schließt jedoch eine wichtige

Informationslücke in der aktuellen Forschung und

bildet eine fundierte Grundlage für weitergehende

ökonomische Betrachtungen und die Anwendung

von Entwicklungsszenarien zur Abschätzung zukünftiger

Biokraftstoffpotenziale.

Der Forschungsansatz

wurde im

Zuge des Forschungsvorhabens

„Bewertung von

möglichen Rohmaterialkapazitäten

zur Nutzung als

Treibstoff in der

Luftfahrt“ des

Bundesministeriums

für Verkehr und

digitale Infrastruktur

(BMVI) zur Anwendung

gebracht.

The research

approach was

implemented as

part of the research

project ”Assessment

of potential

raw material

capacities for use

as fuels in aviation“

by the Federal

Ministry of

Transport and Digital

Infrastructure.

Reliable information on global biofuel production

potentials represent a prerequisite for strategic

decisions regarding renewable energy developments.

In this context, Bauhaus Luftfahrt has

continuously expanded its expertise in the area of

biofuel potential assessment. As a result of this

effort, described in the previous yearbook, the

sustainable potential for liquid fuels production

from two selected energy crops, namely the

oleaginous plant Jatropha curcas and short-rotation

coppice, was determined on the basis of

pre-calculated land availability.

In the past year, the researchers refined their

geoscientific approach: Containing a total of

37 species of plants, a most comprehensive

compendium on habitat requirements and

productivities of energy crops was completed.

On this basis, high-resolution maps of climatic

and edaphic suitability of land were compiled for

each individual species of plant. Using a geographic

information system, the resulting

suitability maps were then superimposed and

further processed. In this way, the best-suited

and most productive energy crop was individually

identified for each surplus parcel of agricultural

land on Earth.

The sum of all crop yields amounted to a

sustainable biofuel potential of currently 124

exajoules (124 x 1018 J) per year. This corresponds

to approximately 12 times the current

annual global jet fuel consumption.

This potential represents a geographical upper

limit. Real-world issues such as waste and

losses along the supply chain as well as impacts

of political and economic aspects were not yet

taken into account. Nonetheless, the potential

closes a critical information gap in recent

research and thus provides a solid basis for

further work, particularly with a focus on socioeconomic

considerations and the application

of scenarios for long-term developments.


35

Optimale Standorte

Kartierung der bestgeeigneten und produktivsten Energiepflanze

je Fläche (oben) sowie des dazugehörigen Ertrages

an Flüssigkraftstoff (unten) für Westeuropa.

Ideal locations

Mapping of the best-suited and most productive energy

crop per area (above) and of the corresponding liquid fuel

yield (below) for Western Europe.

Best-suited energy crop

Potato

Maize

Not productive

Not available

Woody crops

Rye

Soybean

Wheat

Sweet sorghum

Sugar beet

Goode Homolosine Projection

Max. liquid fuel yield

MJ/ha/yr

0 – 12,500

12,501 – 25,000

25,001 – 37,500

37,501 – 50,000

50,001 – 62,500

62,501 – 75,000

75,001 – 87,500

87,501 – 100,000

100,001 – 112,500

112,501 – 193,840

Not available

Goode Homolosine Projection


36

alternative fuels

Temperatursimulation

in Algen-

Photobioreaktoren

Temperature

simulation in algae

photobioreactors

Mikroalgen sind in der Lage, große Mengen Biomasse

in kurzer Zeit zu generieren. Sie sind daher

ein vielversprechender Rohstoff für die Produktion

von Flugkraftstoffen. Bauhaus Luftfahrt untersucht

die Nachhaltigkeit dieser Kraftstoffproduktion.

Eine wichtige Kenngröße in diesem Zusammenhang

ist die Produktivität der Mikroalgen, die unter

anderem wesentlich von den Parametern Lichtintensität

und Temperatur abhängt. Bauhaus Luftfahrt

hat ein generisches Modell entwickelt, das

auf verschiedene Reaktorkonfigurationen angewendet

werden kann, um den Temperaturverlauf

im Wachstumsmedium bestimmen zu können.

Das Temperaturmodell basiert auf der Bilanzierung

aller wichtigen Energieströme, die zu einer Erwärmung

oder Abkühlung des Reaktors beitragen.

Beispiele hierfür sind die direkte und indirekte

Sonneneinstrahlung, Wärmestrahlung und Konvektion.

Da bei kommerziellen Anlagen davon auszugehen

ist, dass die Reaktoren in enger Nachbarschaft

zueinander platziert werden, wurden auch

Abschattungseffekte im Modell berücksichtigt.

Erste Ergebnisse zeigen, welchen tageszeitlichen

und saisonalen Temperaturschwankungen Algen

in Außenanlagen ausgesetzt sind (siehe obere

Grafik). Vereinzelt auftretende Extremwerte können

die Zellen sogar beschädigen und beschränken die

Kultivierungszeit. Mit dem Modell ist es möglich,

geeignete Standorte für die Algenkultivierung zu

identifizieren. Darüber hinaus bildet das Wissen

um die Reaktortemperatur das Fundament für

realistische Berechnungen der Produktivität von

Algen und leistet damit einen entscheidenden Beitrag,

um das ökonomische und ökologische Potenzial

von Algenkraftstoffen zu bestimmen.

Bei geringem

Abstand der

Reaktorplatten

müssen

Abschattungseffekte

berücksichtigt

werden.

Shading effects

have to be

considered for

small reactor

panel distances.

Microalgae are capable of generating large quantities

of biomass in a short time. They are therefore

a promising feedstock for the production of

renewable aviation fuels. Bauhaus Luftfahrt

analyzes the sustainability of algae-based fuel

production. An important performance indicator

in this respect is the biomass productivity, which

depends significantly on the parameters light

intensity and temperature. Bauhaus Luftfahrt has

developed a generic model that can be applied

to simulate the temporal temperature profile

of the culture medium for various reactor configurations.

The developed temperature model is based on

a balance of all important energy flows with

warming or cooling effects on the culture

medium. Examples of such flows are direct and

indirect solar irradiation, heat radiation, and

convection. Shading of the reactor panels was

included as well, since in a commercial plant the

reactor panels will be arrayed in a compact way

in order to optimize the use of real estate.

First results show the degree of daily and

seasonal temperature fluctuations that algae are

exposed to in outdoor cultivation plants (see

graphic). Sporadically occurring events of

extreme temperatures can even be fatal for

the cell culture and thus limit the total time of

cultivation. The developed model can be applied

to the identification of suitable locations for

algae production. Moreover, knowledge of the

reactor temperature is the basis for realistic

estimations of the algal biomass productivity

and therefore represents a valuable tool for the

assessment of the economic and ecological

potential of algae-based biofuels.


37

Reaktortemperatur

im Jahresverlauf

Für den Zeitraum eines Jahres (typical meteorological year TMY3 data set) modellierter

Temperaturverlauf in Flachplatten-Photobioreaktoren am Standort Phoenix, Arizona

(Plattenabstand: 1,0 m, Reaktordimensionen 2,0 m x 1,0 m x 0,08 m/Länge x Höhe x Breite,

Nord-Süd-Ausrichtung). Der graue Bereich kennzeichnet die Temperatur für optimales

Algenwachstum. Die gestrichelte Linie stellt die noch tolerierbare Maximaltemperatur vieler

Algenspezies dar.

Temperature (ºC)

60

50

40

30

20

10

0

0 50 100 150 200 250 300 350

Day of the year (d)

Upper temperature limit for many algae species

(higher temperatures lead to cell death)

Range of optimal growth

Reactor temperature

during the year

Temporal temperature profile for one year (typical meteorological year TMY3 data set) within

flat plate photobioreactors located in Phoenix, Arizona (plate distance 1.0 m, dimensions of the

reactor 2.0 m x 1.0 m x 0.08 m/length, height, width, orientation: north-south). The gray area

highlights optimal temperatures for algae growth. The dashed line represents the maximum

tolerable temperature for many algae species.

Wichtige Wärmeflüsse, die die

Reaktortemperatur beeinflussen

Darstellung einer Anlage bestehend aus Flachplatten-Photobioreaktoren

einschließlich der wichtigsten Wärmeströme.

Important heat fluxes

affecting the reactor temperature

Display of an algae plant consisting of flat plate photobioreactors

including the most important heat fluxes.

Convection

Diffuse

irradiation

Direct

irradiation

Reactor

heat

radiation

Atmospheric

long-wave radiation

Ground heat radiation

Vertical flat plate photobioreactors


38

alternative fuels

aireg-Arbeitskreis „Nachhaltigkeit“

– hohe Standards

helfen, Nachhaltigkeit von

Biokraftstoffen zu sichern

aireg e.V. working group

”Sustainability“ – high

standards help to ensure

sustainability of biofuels

Als Mitbegründer der „Aviation Initiative for

Renewable Energy in Germany“ (aireg e. V.) arbeitet

das Bauhaus Luftfahrt seit Jahren eng mit Vertretern

aus Forschung, Industrie und Nichtregierungsorganisationen

zusammen, um die Erzeugung und

Verwendung nachhaltiger Kraftstoffe im Luftverkehr

voranzutreiben.

Ein wichtiges Thema des aireg-Arbeitskreises

„Nachhaltigkeit“ (unter Vorsitz des Bauhaus

Luftfahrt) bildete im Jahr 2014 die Analyse und

Bewertung von Zertifizierungssystemen (die von der

EU-Kommission anerkannt sind) für Flugkraftstoffe

auf Basis von Ölen und Fetten. Vom Anbau der

Rohstoffe bis zur Nutzung am Flughafen muss die

Nachhaltigkeit eines Kraftstoffs durch Zertifikate

nachwiesen werden, damit er an die europäische

Biokraftstoffquote angerechnet werden kann.

Der Vergleich von Nachhaltigkeitsstandards wie

dem ISCC (International Sustainability and Carbon

Certification) oder dem RSB (Roundtable of Sustainable

Biomaterials) hat ergeben, dass die

Standards bereits hoch gesetzt sind, jedoch noch

nicht sämtliche, aus Sicht von aireg erforderlichen,

Kriterien erfüllen. Ziel dieser Untersuchung ist es,

die Zertifizierer anzuspornen, ihren Kriterienkatalog

weiter auszubauen.

Im Jahr 2015 wird sich der aireg-Arbeitskreis

„Nachhaltigkeit“ darüber hinaus verstärkt mit der

Harmonisierung von Lebenszyklusanalysen und

Biokraftstoff-Angebotsszenarien befassen. Zudem

wird die Kooperation mit internationalen Organisationen,

wie der nordamerikanischen Commercial

Aviation Alternative Fuels Initiative (CAAFI),

intensiviert werden.

Nur mit Zertifikat

kann der Kraftstoff

an die

europäische

Biokraftstoffquote

angerechnet

werden.

Only certified fuel

can be credited

to the European

biofuel quota.

Bauhaus Luftfahrt co-founded the ”Aviation

Initiative for Renewable Energy in Germany“

(aireg e.V.) and cooperates closely with representatives

of other research institutes, industry,

and non-governmental organizations in order

to promote the production and use of sustainable

fuels in aviation.

In 2014 a key topic of the aireg working group

”Sustainability“ (chaired by Bauhaus Luftfahrt)

was the analysis and assessment of certification

schemes (accredited by the European Commission)

for aviation biofuels based on oils and fats.

Biofuels need to verifiably comply with sustainability

criteria from cultivation of feedstock to the

usage at airports so that they can be credited to

the European biofuels quota. The comparison of

sustainability standards like ISCC (International

Sustainability and Carbon Certification) or RSB

(Roundtable of Sustainable Biomaterials)

indicated that standards are already strict but do

not yet fulfill all important criteria identified by

aireg. The aim of this assessment is to encourage

certification schemes to further expand their

set of criteria.

In 2015, aireg’s “Sustainability” working group

will additionally address harmonized life cycle

analyses for different biofuel pathways as well

as biofuel production scenarios. Furthermore,

cooperation with international organizations,

such as the U.S. Commercial Aviation Alternative

Fuels Initiative (CAAFI), will be intensified.


39

Strenge

Nachhaltigkeitskriterien

Untersuchung von zehn Standards zur

Sicherung der Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen.

Strict sustainability

Analysis of ten certification schemes to

ensure sustainability of biofuels.

Renewable Energy Directive Certification System (REDcert)

Anwendbar für alle Biomassearten

Umsetzung von zusätzlichen ökologischen Anforderungen über

die EU-RED hinaus

Einige Empfehlungen zu sozialen Kriterien, jedoch nicht Gegenstand

einer Verifizierung

Nur in Europa anerkannt

Applicable for all kinds of biomass

Implementation of additional ecological requirements over

and above EU-RED

Recommendations for social criteria, but not part of verification

Accepted only in Europe

Biomass Biofuels Sustainability voluntary scheme (2BSvs)

Anwendbar für alle Biomassearten

Umsetzung der EU-RED-Anforderungen

Applicable for all kinds of biomass

Implementation of EU-RED requirements

Roundtable on Sustainable Palm Oil (RSPO)

Anwendbar für den Palmölanbau

Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen

Anforderungen über die EU-RED hinaus

Applicable for palm oil production

Implementation of additional ecological and social

requirements over and above EU-RED

International Sustainability & Certification Standard (ISCC)

Anwendbar für alle Biomassearten

Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen

Anforderungen über die EU-RED hinaus

Applicable for all kinds of biomass

Implementation of additional ecological and social

requirements over and above EU-RED

Roundtable of Sustainable

Biomatertials (RSB)

Anwendbar für alle Biomassearten

Umsetzung von zusätzlichen ökologischen

und sozialen Anforderungen

über die EU-RED hinaus

Applicable for all kinds of biomass

Implementation of additional

ecological and social requirements

over and above EU-RED

Die

wichtigsten

Zertifikate nachhaltiger

Kraftstoffe

The most important

certificates

for sustainable

fuels

RED Bionergy Sustainability Assurance Scheme (RBSA).

Anwendbar für alle Biomassearten

Umsetzung der EU-RED-Anforderungen

Zertifizierungssystem des Biokraftstoffproduzenten

Abengoa Bioenergia

Applicable for all kinds of biomass

Implementation of EU-RED requirements

Certification scheme of biofuel producer Abengoa

Bioenergia

NTA 8080 - SUSTAINABLY PRODUCED BIOMASS

Netherlands Technical Agreement (NTA 8080)

Anwendbar für alle Arten von Biomasse für die

Produktion von Bioenergie

Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen

Anforderungen über die EU-RED hinaus

Applicable for all kinds of biomass for bioenergy

production

Implementation of additional ecological and social

requirements over and above EU-RED

Scottish Quality Farm Assured Combinable Crops

Voluntary Scheme (SQC)

Zertifizierung von schottischen Landwirten

Anwendbar für Winterweizen, Mais und Ölsaaten

Umsetzung von weiteren Anforderungen aus der HACCP

(Hazard Analysis and Critical Control Points) über die

EU-RED hinaus (z. B. Hygiene, Lagerung, Saat)

Certification of Scottish farmers

Applicable for winter wheat, corn, and oilseeds

Implementation of additional requirements of HACCP

(Hazard Analysis and Critical Control Points) over and

above EU-RED (e.g., hygiene, storage, seed)

RED Tractor Farm Assurance Standard for Crops and Sugar Beet (RED Tractor)

Zertifizierung von Landwirten

Ausschließlich in Großbritannien

Umsetzung von weiteren Anforderungen über die EU-RED hinaus

(z. B. Hygiene, Non-GMO, Dünger, Pflanzenschutzmittel)

Certification of farmers

Accepted only in Great Britain

Implementation of additional requirements over and above EU-RED

(e.g., hygiene, non-GMO, fertilizer, pesticides)

Roundtable for Responsible Soy (RTRS)

Anwendbar für den Sojaanbau

Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen

Anforderungen über die EU-RED hinaus

Applicable for soy production

Implementation of additional ecological and social

requirements over and above EU-RED


40 energy technologies & power systems

integration of

electric motors in a

gas turbine environment

integrated multi-disciplinary optimization of novel energy and propulsion concepts

evaluation of the criticality of important raw materials


41

initial assessment of hybrid- and

full-electric area propulsion systems

conceptual investigation of components

for hybrid power systems

Im Forschungsschwerpunkt „Energy

Technologies and Power Systems“ sind

die am Bauhaus Luftfahrt durchgeführten

Untersuchungen zu neuartigen auf

Verbrennungskraft basierenden sowie

alternativen (hybrid-)elektrischen Antriebs-

und Energiesystemen des Flugzeugs

gebündelt. Die technologischen

Herausforderungen insbesondere durch

voll- oder hybrid-elektrische Antriebsund

Energiesysteme werden am Bauhaus

Luftfahrt von den Grundlagen her

aufbauend adressiert, indem relevante

Schlüsseltechnologien des elektrischen

Fliegens identifiziert, zukünftige Potenziale

von Energiewandlern bewertet und

hybride Systeme im Flugzeug konzipiert

und analysiert werden.

The research theme “Energy Technologies

and Power Systems“ established at

Bauhaus Luftfahrt focuses its research

activities on novel combustion-based

and alternative (hybrid-) electric propulsion

and power systems for future aircraft.

The technological challenges, in

particular stipulated by hybrid- or fullelectric

propulsion and energy systems,

are addressed at Bauhaus Luftfahrt from

the basics upwards, i.e., relevant key

technologies for electric flying are being

identified, the future potentials of energy

converters are assessed, and hybrid

systems are conceptually designed and

analyzed at the aircraft level.

alternative thermodynamic cycles


42 energy technologies & power systems

Die Beteiligungen von

Bauhaus Luftfahrt an

aktuellen FP7-Level-2-Antriebsforschungsprojekten

Bauhaus Luftfahrt’s

involvement in present

FP7 level 2 propulsion

research projects

Das Bauhaus Luftfahrt ist Konsortialpartner in

drei aktuellen Level-2-Triebwerksprojekten des

7. Europäischen Rahmenprogramms (FP7). In jedem

dieser Projekte, LEMCOTEC (Low EMission COre

engine TEChnologies), E-BREAK (Engine Breakthrough

components and subsystems) und ENOVAL

(ENgine mOdule VALidators), hat das Bauhaus

Luftfahrt die Verantwortung für jeweils eine der

sogenannten „Future concept studies“ (zukünftige

Konzeptstudien), die von renommierten europäischen

Universitäten und Forschungsinstituten

im Bereich der Flugzeugantriebe durchgeführt

werden.

Im Rahmen von LEMCOTEC führt das Bauhaus

Luftfahrt Studien zur Entwicklung hocheffizienter

Kerntriebwerke mit maximalen Druckverhältnissen

über 100 („Hekto-Verdichtungsdruckverhältnis“)

durch. Um die individuellen Effizienzvorteile des

Joule/Brayton- und des Seiligerkreisprozesses

optimal nutzen zu können, wird das sogenannte

Kompositzykluskonzept „Composite Cycle Engine“

(CCE) untersucht.

In E-BREAK sucht Bauhaus Luftfahrt neue Technologien,

die den klassischen Joule/Brayton-Prozess

mit alternativen Energiequellen in hybriden Antriebskonzepten

kombinierbar machen. Die Studie

umfasst insbesondere die Identifikation von

spezifischen Anforderungen für die Zustandsüberwachung

(„Health Monitoring“) solcher Hybridantriebe.

In ENOVAL untersucht das Bauhaus Luftfahrt

zu künftige Antriebssystem-Konzeptionen sowie

Flugzeugintegrations aspekte neuer Kreisprozess-

Konzepte und die Grundlagen der Antriebssystem-

Hybridisierung. Als Kernstück der Studie wird ein

hybrides Fanantriebskonzept untersucht.

Das 7. Rahmenprogramm

der

Europäischen

Kommission fördert

drei wegweisende

Antriebsstudien.

The 7th Framework

Programme of the

European Commission

funds three

innovative power

plant studies.

Bauhaus Luftfahrt is a consortium partner in

three present Level 2 aero engine projects of the

7th European Framework Programme (FP7). In each

of these projects, LEMCOTEC (Low EMission Core

engine TEChnologies), E-BREAK (Engine Breakthrough

components and subsystems), and

ENOVAL (ENgine mOdule VALidators), Bauhaus

Luftfahrt takes responsibility for one of the future

concept studies that are performed by European

universities and research institutes of high

renown in the field of aeropropulsion.

As part of LEMCOTEC, Bauhaus Luftfahrt leads

studies on the development of highly efficient

hecto-Pressure Ratio (hPR) cores, i.e., cores with

a maximum pressure ratio over 100. In order to

exploit advantages of the Joule-Brayton and the

Seiliger cycles enabling high thermal efficiencies,

the so-called Composite Cycle Engine (CCE)

concept is investigated.

In E-BREAK, Bauhaus Luftfahrt investigates new

technologies that combine the classic Brayton

cycle with alternative energy sources leading to

hybrid engine design concepts. The study includes

the identification of specific health monitoring

needs for such hybrid engine designs.

The work performed by Bauhaus Luftfahrt in

ENOVAL covers advanced propulsion system

conceptual design and aircraft integration

aspects, and the assessment of novel cycle

concepts and the fundamentals of power plant

hybridization. As a core part of the study, a

hybrid-power fan drive system concept is

investigated.


43

Die drei FP7-Level-2-

Triebwerksprojekte

The three FP7 level 2

engine projects

2

1

“ENgine mOdule VALidators” (ENOVAL) project coordinated

by MTU Aero Engines, Germany

“Low EMission COre engine TEChnologies” (LEMCOTEC) project

coordinated by Rolls-Royce Deutschland, Germany

3

“Engine Breakthrough components and subsystems”

(E-BREAK) project coordinated by Turbomeca, France

No increase in fan diameter

Charging PR = 22.0 (MCL)

Ultra-high BPR

= 21.1 (MCL)

Fan PR

= 1.36 (MCL)

Piston compressors driven by piston engines

Piston engine

peak PR = 336 (MCL)

No increase in

engine size

Engine weight

+22 % vs RTF Buffering volume

Low T 4

= 1600K (T/O)

Höhere Effizienz

Das Composite-Cycle-Engine-Konzept kombiniert eine

Turbofan-Architektur mit einer Kolbenmaschine im Kerntriebwerk,

um radikale Effizienzsteigerungen zu erreichen.

Higher efficiency

The composite cycle engine concept combines turbofan

architecture with a piston system core to achieve radical efficiency

improvements.


44 energy technologies & power systems

Fortschritte in hybridelektrischen

Antriebssystem-Konzepten

Progress in hybridelectric

propulsion

system concepts

Bereits seit einigen Jahren werden am Bauhaus

Luftfahrt Grundlagenuntersuchungen zu hybridund

vollelektrischen Flugantrieben durchgeführt.

Darunter frühere Studien zum Hybridisierungsgrad

auf Flugzeugebene, die grundsätzliche Erforschung

denkbarer Architekturen des Energie- und Antriebssystems

wie auch exergie basierte Analysen der

spezifischen Verluste, wenn elektrische Energie

entweder an der Hochdruckwelle eines Turbotriebwerks,

als sogenannter „integriert-hybrider

Turbofan“, oder an der Niederdruckwelle, als

sogenannter „parallel-hybrider Turbofan“, zugesteuert

wird. Im Jahr 2014 arbeiteten die Forscher

am Bauhaus Luftfahrt an der weiteren Definition

und Leistungsanalyse möglicher Kandidaten für

zukünftige elektro-hybride Antriebssysteme. Im

Fokus standen unter anderem Arbeiten, die das

Verständnis zu Schlüsselkomponenten für derartige

Antriebssystemlösungen erweitern und vertiefen. So

wurden architektonische Optionen für Elektromotoren

erkundet, geeignete Modelle zur Beschreibung

entwickelt und Untersuchungen zu den Auswirkungen

auf Leistungselektronik und Motorsteuerung

angestellt. In der Vorstufe einer Studie wurden

alternative Möglich keiten zur Integration von

Elektromotoren in eine Gasturbinenumgebung

betrachtet. Als aussichts reicher Lösungsansatz für

einen parallel-hybriden Turbofan für Regionalflugzeug-Anwendungen

wurde hier ein Permanentmagneten-Elektromotor

mit außenlaufendem Rotor

identifiziert. Auch die Anwendbarkeit eines seriellen

hybrid-elektrischen Antriebs wurde konzeptionell

definiert und im Rahmen des sogennanten „Propulsive

Fuselage“-Konzepts für verteilte Antriebssysteme

untersucht.

Ein Permanent-

magneten-

Elektromotor

bietet sich für den

parallel-hybriden

Turbofan an.

A permanent

magnet electric

motor is beneficial

for parallel

hybrid turbofan

application.

Fan & drive

system

Gas turbine

Electric motor

For several years Bauhaus Luftfahrt has been

performing basic investigations on hybrid- and

full-electric aero propulsion systems. Past studies

included aircraft level investigations on the

degree of hybridization, generic architectural

exploration at energy and propulsion system

level, as well as exergy-based analyses of the

specific loss characteristics if electrical power is

either introduced to the high-pressure spool, the

so-called “integrated hybrid turbofan”, or to the

low-pressure spool, a so-called “parallel hybrid

turbofan” approach. In 2014, researchers at

Bauhaus Luftfahrt further elaborated the level

of detail in the definition and analysis of

hybrid-electric propulsion system architectures.

Significant effort was expended on an increased

gain of knowledge on key components for

airborne hybrid-electric power trains. Electric

motor architectural options were explored,

suitable modelling developed, and implications

of power electronics and motor controller design

were investigated. An initial concept study

examined alternative options for the integration

of electric motors in a gas turbine environment.

The most promising solution was identified as

a parallel hybrid turbofan approach for use in

regional aircraft featuring a permanent magnet

exterior rotor electric motor. The applicability of

serial hybrid-electric power trains was conceptually

defined and investigated for an advanced

distribution propulsion application referred to as

the “Propulsive Fuselage” concept.


45

Elektromotor

Schematische Darstellung des Leistungskennfeldes

eines Elektromotors inklusive wesentlicher Auslegungseigenschaften

und Betriebsgrenzen.

Torque

I

Voltage

II

Efficiency

Voltage

Electric motor

T Opt

Schematic performance chart of electric motor

showing important design characteristics and

operating limits.

n Opt

T Design

n Design

P Design

P Max

n Max

Rotational speed

n Parallel

n Series

Spannungswechselrichter

Vereinfachtes Schaltbild eines Spannungswechselrichters

zur Steuerung von 3-Phasen-Elektromotoren.

U In

Switching

component

Diode

U Out

M

Voltage source inverter

Basic circuit diagram of a voltage source inverter controlling

device of a three-phase electric motor.

Drei Optionen zur Integration des

Elektromotors in einem parallel-hybriden

Turbofan-Triebwerk

A) Elektromotor mit innenlaufendem Rotor verbunden mit der Welle

der Niederdruckturbine

B) Permanentmagneten-Elektromotor mit außenlaufendem Rotor

verbunden mit der Welle der Niederdruckturbine

C) Permanentmagneten-Elektromotor mit außenlaufendem Rotor

verbunden mit der Fan-Welle

Three options for electric motor

integration on a parallel hybrid turbofan

A) Interior rotor electric motor connected to low-pressure

turbine shaft

B) Exterior rotor electric motor connected to low-pressure

turbine shaft

C) Exterior rotor electric motor connected to fan shaft

A)

B)

C)

Stator windings

Stator laminations

Exterior,

permanent magnet rotor

Exterior,

permanent magnet rotor

Interior,

permanent magnet rotor

Low-pressure spool

Stator laminations

Stator casing

Stator windings

Fan spool

Stator windings

Fan spool

Stator laminations

Stator casing


46 energy technologies & power systems

Elektrifizierung von Flugzeugen:

Engpässe bei

notwendigen Rohstoffen?

Electrification of aircraft:

Shortages of essential

raw materials?

Elektrische Antriebe stellen eine der Möglichkeiten

dar, den Verbrauch von Kraftstoffen, und damit die

Emission klimaschädlicher Gase, zu reduzieren.

Neben Fortschritten bei elektrischen und elektrischhybriden

Fahrzeugen gibt es auch Bestrebungen,

Flugzeuge zunehmend zu elektrifizieren, um die

Abhängigkeit von Erdöl als fossilem Rohstoff zu

verringern. Gleichzeitig aber könnte eine zunehmende

Abhängigkeit von der Verfügbarkeit anderer nicht

erneuerbarer Ressourcen entstehen, die für (hybrid-)

elektrische Antriebe nötig sind.

Die Kritizität von Rohstoffen, die für eine vollständige

Elektrifizierung eines Flugzeuges notwendig

sind, wurde untersucht. Dabei wurde angenommen,

dass hochentwickelte Lithium-Batterien und Hochleistungselektromotoren,

mit Permanentmagneten

oder mit supraleitenden Werkstoffen, die wichtigsten

Komponenten darstellen. Demzufolge wurde

der voraussichtliche Bedarf an Lithium, Neodym,

Dysprosium und Yttrium für die Luftfahrt abgeschätzt.

Die Ergebnisse dieser Studie, die sowohl

die Risikofaktoren einer ungenügenden Versorgung

als auch die Wichtigkeit des Rohstoffs für die

Luftfahrtindustrie berücksichtigt, wurden in

zweidimensionalen „Kritizitätskarten“ dargestellt.

Engpässe könnten in der Zukunft für einige Rohstoffe

entstehen, insbesondere für Seltene Erden,

die für Permanentmagnete gebraucht werden, und

für Lithium – davon ausgehend, dass die Nachfrage

nach Batterien in der Mobilitätsbranche

hoch sein wird. Dennoch konnte die Untersuchung

zeigen, dass es in der Rohstoffversorgung für elektrische

Antriebe im Luftverkehr keine unmittelbaren

Einschränkungen für weitere Entwicklungen gibt.

Geschätzte weltweite

Reserven für Seltene

Erden (Stand 2014) in

Prozent

(wie z. B. Yttrium, Neodym,

Dysprosium)

Estimated global

reserves of rare earths

(as of 2014) in percent

(such as yttrium, neodymium,

dysprosium)

China

42

Brazil

17

Australia 2.5

India 2.4

USA 1.4

Others 31

Source: Mineral Commodity

Summaries 2015, U.S. Geological

Survey, Boston, Virginia, 2015

The electrification of power trains is one of the

options to reduce the consumption of fuel – and

thus the emission of climate-damaging gases –

by the transport sector. Aside from advances in

electric and hybrid-electric land-based vehicles,

efforts are also undertaken to support the

increased electrification of aircraft, including the

future possibility of electric aircraft propulsion.

While electric power trains can decrease the

dependence on mineral-oil-based fuels, they may

entail an increased vulnerability to the availability

of other raw materials needed for e-mobility.

The criticality of important raw materials for the

electrification of aircraft was evaluated,

assuming advanced lithium batteries and highperformance

electric motors using either

permanent magnets or superconductive material

to be crucial components. As a result, lithium,

neodymium, dysprosium, and yttrium were

analyzed with regard to their estimated future

demand in aviation. Results of the study, which

considers factors for the risk of insufficient supply

and the importance of the raw material for

aviation, were represented in two-dimensional

“criticality maps”. Restraints for some raw

materials might occur in the future, notably for

rare earths used in permanent magnets and for

lithium, assuming a high demand of advanced

batteries in the mobility sector. However, the

study indicated that the supply of essential raw

materials required for electrically powered air

transport represents no immediate constraint for

further developments.


47

1

0.8

Kritizität von

Rohstoffen

Kritizitätskarte von Rohstoffen für

elektrisch angetriebene Flugzeuge

für die Jahre 2035 und 2050.

Criticality of

raw materials

Criticality chart for materials

required for electrically powered

aircraft in 2035 and in 2050.

Impact on aviation

0.6

0.4

0.2

0

Li

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Y

Nd

Dy

2035

2050

Supply uncertainty

Energy carrier

Electr. motor (permanent magnets)

Li = Lithium Nd = Neodym Dy = Dysprosium Y = Yttrium

Electr. motor (superconductor)

Lithium: Kostbares Gut aus dem Salzsee

Das leichteste Metall der Erde, bis vor ein paar Jahren nahezu unbeachtet, ist als

Bestandteil für die Herstellung von leistungsfähigen elektrischen Batterien

unverzichtbar geworden. Die in verschiedenen Gesteinen fein verteilten lithiumhaltigen

Mineralien machen den Abbau allerdings aufwendig. Einfacher ist die

Extraktion aus der Verbindung mit Salzablagerungen, z. B. in Salzseen Südamerikas

oder Asiens. Mit Bagger oder Hacke wird das Salz abgebaut, aus dem der begehrte

Rohstoff gewonnen werden kann.

Lithium: Valuable

commodity from

salt lakes

The lightest metal on earth, of

small importance until recently,

has become essential for the

production of powerful electric

batteries. Lithium-containing

minerals are finely dispersed in

various rocks, making mining

expensive. The extraction from

brines, for example from salt

lakes in South America or Asia, is

more convenient. With excavators

or hatchets the salt is obtained,

from which the raw material in

demand can be extracted.


48 energy technologies & power systems

„Propulsive Fuselage“ –

multidisziplinäre Design-

Untersuchung

Propulsive Fuselage –

multidisciplinary design

investigation

Bereits erstmals im Jahrbuch 2011 erwähnt, hat das

Bauhaus Luftfahrt das sogenannte „Propulsive

Fuselage“-Konzept zur verteilten Antriebsintegration

im Flugzeug weiter ausgearbeitet. Im Rahmen

des von der Europäischen Kommission mitfinanzierten

FP7-Level-0-Projekts DisPURSAL („Distributed

Propulsion and Ultra-high by-pass Rotor Study at

Aircraft Level“) wurden im Jahr 2014 wichtige

Fortschritte im Verständnis der Funktionsprinzipien

wie auch der Konzeptdefinition der „Propulsive

Fuselage“-Idee erzielt. Koordiniert durch das

Bauhaus Luftfahrt schloss das Konsortium, im

Weiteren bestehend aus dem Central Institute of

Aviation Motors (CIAM, Russland), dem Office

National d‘Études et de Recherches Aérospatiales

(ONERA, Frankreich) und Airbus Group Innovations,

eine multidisziplinäre Design-Untersuchung

erfolgreich ab. Die gemeinsamen Forschungsaktivitäten

konzentrierten sich vor allem auf numerische

Strömungssimulationen (CFD, Computational Fluid

Dynamics) sowie die konzeptionelle Ausgestaltung

des Antriebsstrangs der Konfiguration aus Rumpf

und integriertem Vortriebsapparat, welcher in Form

eines am Rumpfheck umlaufenden Fans die

Grenzschichtströmung des Rumpfes einsaugt und

beschleunigt. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen

der verschiedenen Disziplinen wurden kontinuierlich

in ein integriertes Berechnungsmodell zur

Flugzeug- und Antriebsauslegung übernommen, um

schnelle Antworten in der Untersuchung des

„Propulsive Fuselage“-Konzepts zu erhalten. Nach

Einbeziehung aller gewonnenen Erkenntnisse

wurde ein Kraftstoff-Verbrauchsvorteil von bis zu

14 Prozent gegenüber einem fortgeschrittenen

Referenzflugzeug für das Jahr 2035 identifiziert.

Ein das Rumpfheck

umlaufender

Fan saugt

die Grenzschichtströmung

des

Rumpfes ein.

A fan surrounding

the rear fuselage

sucks in the fuselage

boundary

layer flow.

First introduced in its 2011 yearbook, Bauhaus

Luftfahrt has further elaborated the so-called

“Propulsive Fuselage” concept for advanced

airframe-propulsion-system integration. Enabled

by the European Commission co-funded FP7 level

0 project DisPURSAL (”Distributed Propulsion and

Ultra-high by-pass Rotor Study at Aircraft Level”),

in 2014, major steps forward were made in

understanding the functional principles and the

conceptual definition of the Propulsive Fuselage

idea. Led by Bauhaus Luftfahrt in the coordinating

role, the consortium comprising the Central Institute

of Aviation Motors (CIAM, Russia), Office

National d‘Études et de Recherches Aérospatiales

(ONERA, France), and Airbus Group Innovations

engaged in a multidisciplinary design investigation.

The collaborative research activities

particularly focused on the CFD (Computational

Fluid Dynamics) simulation of the fuselage body

and integrated nacelle configuration, as well as

on the elaboration of promising power train

arrangements in order to drive the aft-fuselagemounted

fan with intent to ingest the fuselage

boundary layer flow. The results obtained from

different disciplinary investigations were continuously

integrated in an aircraft and propulsion

system sizing and performance environment

suitable for rapid exploration of the Propulsive

Fuselage concept. After incorporation of all

knowledge obtained, a block fuel benefit of up to

14 percent relative to an advanced reference

aircraft was found for the year 2035.


49

Schub-/Widerstandsberechnung

Schematische Darstellung der Konvention für die Synchronisierung

von CFD-Berechnungen und konzeptioneller Flugzeugauslegung.

Thrust/drag bookkeeping

Scheme indicating the convention used for matching of CFD and

aircraft conceptual sizing and performance prediction.

0

AIP

Control volume

Fuselage drag ingested (D Fus, ing )

Boundary layer

velocity profile

2 13 18

Fuselage drag not ingested (D Fus, not ing )

Drag due to jet shear flow (D jsf )

Propulsion system streamtube

Fuselage body

Fˆ N

D Fus, ing

Thrust of propulsor


D DFus, Nac

not ing

Fuselage boundary layer

D jsf

Thermodynamic station numbering


Thrust of propulsor

D Nac

Nacelle drag

Numerische

Strömungsberechnung

Strömungsvisualisierung der Hecksektion des

Propulsive Fuselage, basierend auf 2D-achsensymmetrischen

RANS-Berechnungen, durchgeführt

von ONERA.

Aero-airframe

numerical experimentation

Flow visualization on Propulsive Fuselage rear

section based on 2D axisymmetric RANS

computation performed by ONERA.

Pi

1.65

1.64

1.63

1.62

1.61

1.60

1.59

1.58

1.57

1.56

1.55

1.54

1.53

1.52

1.51

1.50

1.49

1.48

1.47

1.46

1.45

1.44

1.43

1.42

1.41

1.40

1.39

1.38

1.37

1.36

1.35

DISPURSAL Propulsive Fuselage M12_15_04_2014 configuration

M = 0.80 – FL 350

Stagnation pressure Pi/p0

2000 iterations multi-grid with propellers V6 1450 RPM

Mach number

Z

X

M

1.20

1.15

1.10

1.05

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

0.35

0.25

0.20

0.15

0.10

DisPURSAL D1 configuration

M0.80, FL 350

Friction modulus/p0

0.002

0.0016

0.0012

0.008

1.45

Pi/p0

1.5 1.6 1.7

p/p0

1 1.2

1.8 1.9

1.95

0.0002

0.004

0.8 1.4


50 systems & aircraft technologies

wing layout that aims at optimizing

the aerodynamic efficiency

evaluation in terms of emissions reduction,

vehicular efficiency, and operating economics

planetary reduction gear system


51

synergistic propulsion system integration approach

Die Systeme und ihre technologischen

Potenziale im Flugzeug stehen im Fokus

der Arbeiten im Forschungsschwerpunkt

„Systems and Aircraft Technologies“

(SaAT). Mit dem Ziel, die Flugzeugeffizienz

weiter zu verbessern, Emissionen

zu reduzieren und neue Ansätze für

die Entwicklungsprozesse zu erarbeiten,

wirken die Experten aus den unterschiedlichen

Disziplinen hier zusammen.

So sind in dieser Gruppe wichtige

Ergebnisse erzielt worden zur besseren

Antriebs-Aerodynamik-Wechselwirkung,

zur grundlegenden Integration

hybrider Antriebe und zu neuen Ansätzen

in der Echtzeitkollaboration.

Research in aircraft systems and their

technological potential is the focus of

the “Systems and Aircraft Technologies

(SaAT)” research theme. Experts from

different disciplines collaborate to

target aircraft efficiency improvements,

to reduce emissions, and to develop

new aircraft design approaches.

Important results for improved propulsion-airframe

integration, integrational

concepts for hybrid propulsion systems

as well as new approaches in real-time

collaboration could be shown.

real-time collaboration

fulfillment of the future european goals for aviation


52 systems & aircraft technologies

Konzeptionelle

Untersuchung eines

Propulsive-Fuselage-

Flugzeugentwurfs

Conceptual

investigation of a

propulsive fuselage

aircraft layout

Das „Propulsive Fuselage“-Konzept stellt ein

besonders vielversprechendes Konzept zur Verbesserung

der Flugzeugeffizienz dar, was im Wesentlichen

auf eine neuartige, synergistischere Antriebsintegration

zurückzuführen ist, die bereits im

Rahmen früherer Untersuchungen am Bauhaus

Luftfahrt konzeptionell untersucht wurde. Als

Ergebnis einer umfassenden Erkundung des

Designraums erwies sich eine dreimotorige, auf

einer konventionellen Flügel-Rumpf-Anordnung

mit T-Leitwerk beruhende Konfiguration als am

besten geeignet (siehe Abb. 1). Das Haupt merkmal

des Konzepts stellt ein um den hinteren Rumpf

umlaufender „Fuselage Fan“ (FF) dar, der

die Rumpfgrenzschicht einsaugt und somit der

Kompensation des Impulsdefizits im Nachlauf dient.

Ein weiterer Schubanteil wird von unter den Flügeln

installierten fortschrittlichen Getriebefan-Triebwerken

bereitgestellt und trägt somit zur Erfüllung

üblicher Redundanzanforderungen bei. Die axiale

Positionierung des FF ergibt sich aus der aerodynamischen

und strukturellen Integration des Leitwerks

und der FF-Gondel mit dem Ziel, Widerstand zu

minimieren und gleichzeitig adäquate Scheibenbruch-Korridore

zur Verfügung zu stellen. Das

FF-Kerntriebwerk im Heck des Rumpfes liefert

Wellenleistung über ein Planetengetriebe (siehe

Abb. 2). Schlanke Streben im Einlauf dienen der

Übertragung von strukturellen Lasten. Die Luftversorgung

des Kerntriebwerks wird durch einen

Schwanenhals-Einlauf im FF-Nebenstromkanal

realisiert. Obwohl das Leergewicht des Flugzeugs

verglichen mit einem fortschrittlichen, konventionell

ausgelegten zweimotorigen Flugzeug erhöht ist,

ergibt sich für den Propulsive Fuselage infolge eines

um bis zu 14 % reduzierten Kraftstoffverbrauchs ein

annähernd neutrales maximales Abfluggewicht.

-14%

Obwohl sich das

Leergewicht des

Flugzeugs erhöht,

verbraucht es

weniger Kraftstoff.

Although the empty

weight of the aircraft

is increased,

it consumes less

fuel.

As identified in previous investigations conducted

by Bauhaus Luftfahrt, the Propulsive Fuselage

concept constitutes a particularly promising

concept for the enhancement of aircraft efficiency

through a more synergistic propulsion system

integration approach. Resulting from extensive

design space exploration, a tri-engine advanced

tube and wing aircraft layout with T-tail arrangement

was identified as the most suitable

configuration (see Fig. 1). A key feature of the

concept is the Fuselage Fan (FF) power plant

encircling the aft fuselage section, which is

primarily intended to ingest the fuselage

boundary layer, and hence to serve the purpose

of fuselage wake-filling. Residual thrust is

supplied by two under-wing podded advanced

geared turbofans, thereby fulfilling typical system

redundancy requirements. The FF axial positioning

is determined by the aerodynamic and

structural integration of the tail and the FF

nacelle for low drag, and the requirement to

provide appropriate engine disk burst corridors.

The FF power plant arranged in the aft cone of

the aircraft provides shaft power to the fan via a

planetary reduction gear system (see Fig. 2).

Slender struts positioned in the FF intake serve as

load carrying structures. Air supply to the core

engine is provided by a swan neck intake in the

FF bypass duct. Despite an increased empty

weight compared to an advanced conventional

twin-engine aircraft, the substantially decreased

fuel burn of up to 14% yields a close to neutral

maximum take-off weight for the Propulsive

Fuselage.


53

(Abb. 1)

Verbesserte Effizienz

Die dreimotorige Konfiguration erwies sich

als am besten geeignet.

(Fig. 1)

Improved efficiency

The three-engine configuration was found to be

most suitable.

Fuselage Fan

- Single rotating fan design

- Fan diameter approx. 4 m

- Inlet duct height approx. 0.5 m

- Fiber composite materials

Structural integration

Structural loads induced by

the empennage are transferred

through the nacelle into the

fuselage

(Abb. 2)

(Fig. 2)

Tapered fuselage

- From 80 percent of the

fuselage length onwards

- Efficient air inflow for

boundary layer ingestion

Planetary gear system

- Reduction ratio 5:1

- Driveshaft (gas turbine)

- Four planetary wheels

- Ring gear (fuselage fan)

„S“-duct

- Feeds gas turbine with air

- Bypass ratio 18:1

- Similar to inlet duct design

of modern turboprops

Core engine (gas turbine)

- High-speed low-pressure turbine

- Overall pressure ratio 60:1

- No bleed air extraction


54 systems & aircraft technologies

Flugzeugentwurfsmethoden

für hybride

Energieträger

Methods for determining

size and performance of

hybrid energy aircraft

Angetrieben vom technischen Fortschritt der

elektrischen Komponenten sowie deren Integration

in fortschrittliche Antriebsarchitekturen können

hybrid-elektrische Lösungen eine Antwort auf die

zukünftigen Emissionsziele der Luftfahrt sein.

Neben der technischen Systemintegration müssen

hybrid-elektrische Flugzeugkonzepte für unterschiedliche

Marktsegmente auf deren Emissionsreduktionspotenziale,

Energieeffizienzen und

operative Kosten hin bewertet werden. Heutige

Flugzeugentwurfsmethoden können die physikalischen

Eigenschaften und Limitierungen dieser

unkonventionellen Energieträger nur bedingt abbilden.

Dies erfordert eine Erweiterung der konventionellen

Entwurfsmethoden und deren Auswirkungen

auf die Flugleistungen im Hinblick auf

hybride Energieträger. Drei Hauptparameter beeinflussen

den Entwurf und die Leistungsfähigkeit

von Flugzeugen mit hybriden Energiespeichern: die

Integration der Batteriemasse und ihres Volumens

in das Flugzeug, maximale Antriebsleistungen der

elektrischen Motoren und das Leistungsverhalten

der konventionellen Gasturbine sowie der elektrischen

Motoren in unterschiedlichen Flugphasen.

Ferner werden die Flugzeugentwürfe durch den

Ladezustand der Batterien limitiert. Um die

Batterien vor irreversiblen Abnutzungen zu großer

Entladung am Ende einer Flugmission zu schützen,

müssen zusätzliche Batteriemassen iterativ

berücksichtigt werden. Für die Anwendung der

adaptierten Entwurfsmethoden wurde ein Mittelstreckenflugzeug

mit einem hybriden Antriebssystem

ausgestattet. Dabei wurden spezifische

Energiedichten der Batteriezellen von 1,5 kWh/kg

und ein Verhältnis von elektrischer Energie zum

Gesamtenergiebedarf von 18 % gewählt. Auf einer

typischen 900nm-Mission konnte eine Reduktion

des Blockkraftstoffs von bis zu 16 % gegenüber

der Referenz mit konventionellem Antrieb erzielt

werden.

18 %

Verhältnis elektrischer

Energie

zum Gesamtenergiebedarf

Share of electric

energy in the

total energy mix

-16%

Reduktion des

Blockkraftstoffs

gegenüber konventionellem

Antrieb

Reduction of

block fuel

compared to

conventional

systems

Due to the progress made in electrical components

technology and the resulting design of

innovative integrated energy and power systems,

hybrid-electric mobility could close the gap

towards the fulfillment of the future goals for

aviation. The prospects of hybrid-electric aircraft

need to be evaluated for future market segments

in terms of emissions reduction, vehicular

efficiency, and operating economics. However,

the integration of hybrid-electric systems at

aircraft level disrupts traditional sizing and

performance determination methods. As an

extension to the conventional methods used for

fuel-based aircraft, methods for sizing and

performance for hybrid-electric aircraft were

proposed to address the computation of unconventional

energy-power systems in existing

traditional sizing and performance programs.

Three additional design parameters need to be

considered in the design of a fuel-battery hybrid

aircraft: the total battery mass and volume which

needs to be carried on board, the maximum

power of the electric motor installed, and the

power settings of the combustion engine and

the electric motor during the different flight

segments.

Moreover, one additional constraint is introduced

by the state-of-charge (SOC) limitation of the

battery. To protect the battery from any damage

if the SOC is below a given limit at the end of the

mission, the battery mass has to be increased

iteratively. The methods were demonstrated by

conducting a study on a hybrid-electric singleaisle

retrofit aircraft which showed a potential

block fuel burn reduction of up to 16 % against a

conventional reference aircraft for a 900 nm

off-design mission stage length assuming a

battery-specific energy of 1.5 kWh/kg at cell level

(using a mix of fuel energy to electrical energy of

82 % : 18 %).


55

Hybrid-elektrische

Antriebssystem-Architektur

Hybrid-electric propulsion

system architecture

CE ConvSyst PropDevice

P CEOffTake

P Fuel

P CE

P MaxCE P MaxConv

P Shaft

P ElecOffTake

P MaxBattery P MaxEM P MaxElec

PMAD E MOTOR

P Elec

P EM

P Battery

Battery ElecSyst

Entwurfsmethoden für

hybrid-elektrische Flugzeuge

Sizing process for

hybrid-electric aircraft

Power

settings

Maximum

power

electric motor

Hybrid

factor

Energy-power systems

Propulsive device map

Sea-levelstatic

power

Combustion engine performance map

Combustion engine efficiency map

Conventional system

Electrical system

Battery model

Power to

weight

Wing

loading

Wing

reference area

Drag polar

Thrust tables

Energy tables

Payload

Maximum

take-off weight

Operating

empty weight

Fuel mass

Flight performance

Total fuel mass

≤ Fuel mass

Battery mass

and electrical

system mass

Integrated mission performance:

– Total fuel mass

– Electrical power/energy required

– SOC computation with battery model

SOCend ≥ SOClimit

Power ≤ Powerlimit

Performance

constraints

Aircraft sized


56 systems & aircraft technologies

„Neue Wege“ der Flugsteuerungssysteme

für

Flugzeuge der Zukunft

“New ways“ of

flight control systems

for future aircraft

Im Jahr 2012 präsentierte das Bauhaus Luftfahrt

seine Konzeptstudie für ein universell elektrisches

Passagierflugzeug, den Ce-Liner. Ein Merkmal des

Ce-Liners ist sein C-Flügel, der die aerodynamische

Effizienz des gesamten Fluzeugs verbessern soll.

Der C-Flügel besteht aus drei verschiedenen Teilen:

dem Hauptflügel zur Auftriebserzeugung, einem

Seitenflügel, der den Hauptflügel mit dem oberen

Flügel verbindet, und dem oberen Flügel.

Der C-Wing dient der Reduzierung des induzierten

Widerstandes. Der Ce-Liner besitzt kein Höhenleitwerk.

Dessen Steuerungsaufgabe übernimmt

der obere Flügel des C-Flügels. Er verfügt über

mehrere Freiheitsgrade, um seine aerodynamischen

Eigen schaften zu ändern, damit die Steuerbarkeit

und Kontrollierbarkeit des Ce-Liners gewährleistet

ist.

Die Freiheitsgrade des oberen Flügels müssen mit

einem mechanischen System realisiert werden, um

einerseits die strukturelle Integrität beizubehalten

und andererseits die aerodynamische Auftriebsfläche

bereitzustellen. Auch werden Aktuatoren

benötigt, um die Position und die Form des oberen

Flügels anzupassen. Ein erstes Konzept besteht aus

einem aktiven System, das die Schränkung und die

Wölbung des oberen Flügels ändert. Das System

besteht aus einem optimierten Flügelkasten für den

oberen Flügel, um die nötige Steifigkeit für verschiedene

Lastfälle zu gewährleisten. Der vordere und

hintere Teil bestehen aus einer Fachwerkstruktur

und Aktuatoren, die in Spannweiten-Richtung montiert

sind. Die Profilform des oberen Flügels wird

durch eine flexible Haut realisiert. Das Ziel der

Untersuchung war, die aerodynamische Effizienz,

die Steuerbarkeit und die Beladbarkeit des Flugzeugs

einerseits zu erhöhen und andererseits das

Flügelgewicht zu reduzieren. Eine erste Bewertung

hat gezeigt, dass es mit diesem Flügeldesign

möglich ist, das Ziel zu erreichen.

Der Flügel

übernimmt die

Steuerungsaufgabe

des

Höhenleitwerks.

The wing takes

over the control

task of the

horizontal stabilizer.

In 2012 Bauhaus Luftfahrt presented its groundbreaking

concept study for a universally electric

passenger aircraft, the Ce-Liner. One key feature

of the Ce-Liner is its unusual C-wing layout that

aims at optimizing the aerodynamic efficiency of

the entire aircraft. The C-wing consists of three

different parts: the main wing for lift generation,

the side wing, which serves as connection of the

Main-Wing with the upper part, and the top wing.

The shape of the C-wing leads to a significant

drag reduction. Since the Ce-Liner is designed

without horizontal empennage, the control task

is assigned to the top wing, which has several

degrees of freedom to change its aerodynamic

properties, such as incidence angle or camber, to

guarantee necessary control authority.

However, these different degrees of freedom of

the top wing have to be realized with a mechanical

system comprised of components to maintain

the structural integrity, elements to provide the

aerodynamic lifting surface, and actuators to alter

the position and/or the shape of the top wing.

A first concept presented by Bauhaus Luftfahrt

introduces an active compliant system able to

change the outer shape of the top wing, namely

the camber and twist. The system consists of a

topologically optimized structure in the center

wingbox of the top wing to ensure the required

stiffness for different loads. The forward and aft

sections of the top wing are equipped with

trusses and actuators, which are mounted in

several spanwise sections, and a flexible skin to

form the outline of the wing. The objective of the

investigation was to find a way to increase the

aerodynamic performance, the controllability,

and loadability of the aircraft on the one hand

and to reduce the wing weight on the other hand.

A first assessment showed that with this kind of

wing layout it is possible to reach this objective.


57

Der Ce-Liner

Der charakteristische C-Flügel reduziert

den wirbelinduzierten Widerstand.

The Ce-Liner

The characteristic C-wing reduces the vortex-induced drag.

Optimierte Aerodynamik

Anpassung von Schränkung und Wölbung des

Flügelprofils.

Optimized aerodynamics

Twist and camber adaption of the airfoil.

-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

-0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

8% camber (max. low-speed setting)

1% camber (neutral setting)

EMC + MorphCore skin,

bonded to stringers,

spars, and leading edge

Auxiliary spar (CFRP)

Fixed leading edge as

inner lining (CFRP)

Electrostrictive

inchworm actuator,

2-off per rib

Articulated pin joints

Three-dimensional

optimized structure over

entire span of TW

Truss member

(Al 7000 series)

Articulated pin joints

Plain flap (CFRP)


58 systems & aircraft technologies

Das Potenzial von

Echtzeit-Kollaboration

im Flugzeugdesign-

Prozess

The potential of

real-time collaboration

for the aircraft design

process

Die effiziente Zusammenarbeit von Konstrukteuren

und/oder Designern ist essenziell für die Entwicklung

von Produkten und Konzepten. Sie beinhaltet

die Definition gemeinsamer Ziele für den Entwurfsprozess,

die Koordinierung der Entwurfsvorgänge

und das Teilen einer Arbeitsumgebung. Diese

integriert nicht nur alle Datensätze, sondern erstellt

auch eine konsistente Struktur des Konzeptes oder

Produktes. Heute sind Software-Lösungen erhältlich,

die die Zusammenarbeit durch das verteilte

Bearbeiten von Dokumenten und Datenmodellen

unterstützen. Im Gegensatz zu konventionellen

Lösungen des kollaborativen Daten- und Informationsmanagements

erlaubt die sogenannte Echtzeit-Kollaboration

die Vermeidung von Konflikten

aufgrund unterschiedlicher Informationsstände der

Entwickler. Hierdurch werden Unstimmigkeiten

zwischen den Beteiligten direkt offensichtlich.

Eine kritische Frage ist das Potenzial von Echtzeit-

Kollaboration aus der Sicht individueller Entwickler.

Um diese zu adressieren, wurden typische Arbeitssituationen

analysiert: beispielsweise Zusammenarbeit

in Arbeitstreffen, synchrone parallele Arbeit,

Wiederaufnahme einer Arbeit nach Abwesenheiten

und die Koordination verschiedener Simulationszyklen.

Aus den Ergebnissen wurden Anforderungen

ermittelt, um Echtzeit-Kollaborationsfähigkeiten in

existierende Entwicklungsprozesse zu implementieren

und um Erweiterungen für existierende Werkzeuge

zur Nutzung ihrer Potenziale zu entwickeln.

Echtzeit-Kollaboration hat das Potenzial, die

Effizienz bei der Arbeit von Entwicklern nicht nur im

Team, sondern auch individuell zu verbessern.

Letzteres wird sowohl durch intrinsische Motivation

zum frühzeitigen und umfassenderen Teilen von

Inhalten als auch durch die häufigere und verbesserte

Zusammenarbeit mit anderen Konstrukteuren

und/oder Designern im selben Kontext erzielt.

Die Zusammenarbeit

in Echtzeit

vermeidet Konflikte

aufgrund

unterschiedlicher

Kenntnisstände

der Entwickler.

Real-time

collaboration

capabilities

avoid information

conflicts and

disagreements

amongst

developers.

Efficient collaboration amongst designers is

essential for the development process of new

concepts and products. This collaboration

includes the establishment of a common goal for

the design process, the coordination of design

activities, and the sharing of a common workspace,

which not only integrates all data sets but

also establishes a consistent structure of a

concept or product. Recently, software solutions

that support collaboration by allowing distributed

editing of documents and data models have

become available. In contrast to conventional

collaborative data management solutions, this

so-called real-time collaboration capability

allows designers to avoid information conflicts.

Accordingly, disagreements amongst developers

become apparent instantly.

A critical question is the potential of real-time

collaboration from an individual designer‘s

perspective. In order to address this, typical

situations of designers, such as collaborative

meetings, synchronous distributed work,

resumption after vacation, and coordination of

different simulation cycle times, were analyzed.

Results were used to elicit requirements to adopt

real-time collaboration capabilities for existing

design processes and to design extensions for

existing tools in order to leverage their potential.

Real-time collaboration has the potential to

improve designers’ work efficiency not only

collectively but also individually. The latter is

achieved by providing intrinsic motivation

towards sharing more content earlier, and to work

more frequently with other designers within the

same context.


59

Zeitgleiches Arbeiten durch

intelligente Software

Steuerung der Nebenläufigkeit durch Echtzeit-

Synchronisation von lokalen Versionen.

Da es praktisch keine Konflikte zwischen lokalen

Versionen gibt, glauben die Nutzer, an der

gleichen Datei zu arbeiten. Die zentrale Datenund

Informationsablage ist eine optionale

Komponente.

Shared

repository

Simultaneous work with

intelligent software

Concurrency control by real-time synchronization

of local versions. As there are practically no

conflicts between local copies, users are likely

to believe that they are working on the same

resource. The central shared repository is an

optional component.

Synchronize

Synchronize

Synchronize

Local copy

Local copy

Datenstruktur und Modellmanagement

Semantische Ansätze und Technologien basierend auf Ontologien

erlauben eine (semi-)automatisierte Integration von Datenmodellen

unterschiedlicher Quellen im kollaborativen Entwurfsprozess.

Data design and model management

Semantic concepts and technologies based on ontologies enable

(semi-) automation of model integration from differing sources in the

collaborative design process.

Ontology A

Ontology B

Matching

Matching

Trafo

Reference

ontology

Trafo

Metamodel A

Consolidation

Metamodel B

Model

A

Trafo

Exchange

Trafo

Model

B


60 facts and figures

Mio.

€ € € € € € €

500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.00


61

201 2 3 4

p.a.

01

02

03

04

05

06

07

08

09

10

11

12

€ € € € € € €

0 3.000.000 3.500.000 4.000.000 4.500.000 5.000.000 5.500.000


62

facts and figures

Finanzen

Finances

Im Geschäftsjahr 2014 konnte das Bauhaus Luftfahrt

die Umsatzerlöse um + 22.000 EUR (+ 0,5%)

leicht steigern. Der Rückgang der Erträge aus

Aufträgen und Kooperationen mit den Industriepartnern

in Höhe von -109.000 EUR auf 1,66 Mio. EUR

konnte durch die Zunahme bei den Drittmitteleinnahmen

deutlich kompensiert werden. Erträge aus

solchen Förderprojekten konnten um +131.000 EUR

(+ 20,5%) auf 770.000 EUR gesteigert werden.

Dieser Anstieg ist besonders auf neue Projekte

innerhalb des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms

und Horizon 2020 sowie neue Forschungsvorhaben,

die aus der Zusammenarbeit der Ludwig Bölkow

Campus GmbH und Munich Aerospace e.V. entstanden

sind, zurückzuführen.

Für das Jahr 2015 erwartet das Bauhaus Luftfahrt

eine Veränderung in der Zusammensetzung der

Umsatzerlöse. Diese resultiert aus einem Rückgang

bei den Industrieprojekten zugunsten eines weiteren

deutlichen Anstiegs der Drittmitteleinnahmen

aus Förderprojekten. Zudem entfällt ein großer Teil

der bisher fremdbezogenen Forschungsleistungen.

In Summe wird mit leicht rückläufigen Umsatzerlösen

gerechnet.

In its fiscal year 2014, Bauhaus Luftfahrt could

raise its revenues slightly by +22,000 euros

(+0.5%). An increase of funded project revenues

by +131,000 euros (+20.5%) up to 770,000 euros

significantly compensates a decrease in industry

revenues by -109,000 euros to 1,658,000 euros.

This growth is mainly due to new EU research

projects funded by FP 7 and Horizon 2020 programs

as well as to other new research projects emerging

in cooperation with Ludwig Bölkow Campus GmbH

and Munich Aerospace e.V.

For the year 2015, Bauhaus Luftfahrt expects a

change in the revenue structure. This change

results from a decrease in industry projects

whereas third-party-funded projects are expected

to significantly increase. In addition, less research

work will be performed externally. In total,

revenues are expected to decline slightly.

Forschungsaufträge Industrie

Industry research contracts

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


2011 2012 2013 2014

Drittmittel-Förderprojekte (national/EU)

Third-party-funded projects (national/EU)

Mitgliedsbeiträge

Membership fees

Zuschüsse Freistaat Bayern/Spenden

Grants from the Free State of Bavaria / donations


63

Personal

Personnel

Die stabile finanzielle Entwicklung ermöglichte es

dem Bauhaus Luftfahrt, die Zahl der beschäftigten

Wissenschaftler im Jahr 2014 konstant zu halten.

Zum Jahresende waren 28 Wissenschaftler, davon

15 mit abgeschlossener Promotion, beschäftigt. Der

Anteil der Wissenschaftlerinnen blieb mit 21 Prozent

weiterhin stabil. Im Jahresverlauf waren knapp

30 Studenten aus 7 Nationen als wissenschaftliche

Hilfskräfte oder zur Erstellung ihrer Semester-,

Bachelor-, Master- oder Diplomarbeit beim Bauhaus

Luftfahrt tätig. Zudem konnten wie geplant zwei

weitere Stipendiaten für das Promotionsstipendien-

Programm von Munich Aerospace gewonnen

werden. Damit wurde das Bauhaus Luftfahrt auch

in 2014 seinem Ruf als eine international ausgerichtete

Ideenschmiede mit einem hochqualifizierten,

interdisziplinär aufgestellten Team gerecht.

Für das Jahr 2015 plant das Bauhaus Luftfahrt,

selektiv wissenschaftliche Nachwuchskräfte und

Studenten zu gewinnen.

The solid financial development allowed

Bauhaus Luftfahrt to maintain the number of

employed scientists in 2014. By the end of the year,

28 scientists were employed, 15 of them holding

a doctorate degree. The percentage of female

scientists remained stable (21%). During the year,

nearly 30 students from seven nations were

employed as student research assistants or

completed their term thesis papers or bachelor,

master’s, or diploma theses in cooperation with

Bauhaus Luftfahrt. Moreover, Bauhaus Luftfahrt

acquired two scholarship holders for the Munich

Aerospace doctorate scholarship program.

Thus, Bauhaus Luftfahrt did justice to its reputation

as an internationally oriented think tank in the

year 2014. For the year 2015, Bauhaus Luftfahrt is

planning to selectively acquire junior scientists and

students.

Executives

Scientists

Administration

Students

Munich Aerospace

scholarship holders

2

26

10

8

1

1

29

13

14

1

2

28

14

10

3

Mitarbeiter

(am Jahresende)

Employees

(end of the year)

2012 2013

2014


64

facts and figures

Zeitschriftenaufsätze

Journal articles

01.11.2014 International Journal of Knowledge-Based and Intelligent Engineering Systems | Vol. 18, S. 191 – 200;

DOI 10.3233/KES-140300

Managing Complex Socio-technical Systems: A Proactive approach to Airport Security

Autoren/authors: M. Cole, M. Maurer

01.09.2014 CEAS Aeronautical Journal | DOI: a10.1007/s13272-014-0130-3

Parametric Design Studies for Propulsive Fuselage Aircraft Concepts

Autoren/authors: A. Seitz, C. Gologan

26.08.2014 Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/AEAT-05-2014-0062

Integrated Fuel-Battery Hybrid for a Narrow-Body Sized Transport Aircraft

Autoren/authors: C. Pornet, S. Kaiser, A. T. Isikveren, M. Hornung

26.08.2014 Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/ AEAT-05-2014-0075

Cost-Based Flight Technique Optimization for Hybrid Energy Aircraft

Autoren/authors: C. Pornet, S. Kaiser, C. Gologan

26.08.2014 Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/AEAT-06-2014-0079

Conceptual Investigation of a Propulsive Fuselage Aircraft Layout

Autoren/authors: A. Seitz, J. Bijewitz, S. Kaiser, G. Wortmann

26.08.2014 Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/AEAT-08-2014-0122

Pre-design Strategies and Sizing Techniques for Dual-Energy Aircraft

Autoren/authors: A. T. Isikveren, S. Kaiser, C. Pornet, P.C. Vratny

01.03.2014 Journal of Air Transport Management | Vol. 35, S. 12 – 18

Towards proactive airport security management:

Supporting decision making through systematic threat scenario assessment

Autor/author: M. Cole

24.01.2014 CEAS Aeronautical Journal | DOI: 10.1007/s13272-013-0096-6

Optimum number of engines for transport aircraft employing electrically powered

distributed propulsion

Autoren/authors: H.-J. Steiner, P. Vratny, C. Gologan, K. Wieczorek, A. T. Isikveren, M. Hornung

21.01.2014 Journal of Aircraft | angenommen zur Veröffentlichung, DOI 10.25141.C032716

Methodology for Sizing and Performance Assessment of Hybrid Energy Aircraft

Autoren/authors: C. Pornet, C. Gologan, P. Vratny, A. Seitz, O. Schmitz, A. T. Isikveren, M. Hornung


65

Konferenzbeiträge

Conference contributions

04.11.2014 Einladungsvortrag auf dem First Annual Workshop des Italian Sustainable Aviation Fuel Forum | Rom

State of the art and future perspectives of solar–thermochemical fuel production

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

28.10.2014 4th EASN Association International Workshop on Flight Physics and Aircraft Design | Aachen

Multi-disciplinary Design Investigations of Propulsive Fuselage Aircraft Concepts

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

25.09.2014 Workshop on Managing Innovation in Air Transport | Istanbul

Drivers of hub airport competition

Autor/author: A. Paul

Knowledge-Based Decision Making in Complex Environments:

Methodological Aspects of Proactive Airport Security Management

Autor/author: M. Cole

23.09.2014 Materials Science and Engineering | Darmstadt

Highlight Lecture: Pathways Towards Sustainable Lightweight Materials Beyond Conventional Carbon Fibers

Autoren/authors: O. Boegler, L. Lorenz, A. Roth, D. Empl, A. Sizmann

16.09.2014 63. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress | Augsburg

Impact of Short-to-Medium Haul Aircraft Block Time Changes on Airline Yields

Autoren/authors: K. O. Plötner, M. Schmidt, T. Röhm, M. Hornung

Architectural Comparison of Advanced Ultra-High Bypass Ratio Turbofans for Medium to Long-Range Application

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

High-Bandwidth Aeronautical Telecommunication Options

Autoren/authors: K.-D. Büchter, A. Sizmann

Potential of Sustainable Materials in Wing Structural Design

Autoren/authors: O. Boegler, U. Kling, D. Empl, A. T. Isikveren

Essential Raw Materials for the Electrification of Aircraft

Autoren/authors: D. Empl, L. Lorenz, C. Jeßberger, K. O. Plötner

Relevance of Cosmic Radiation Exposure for Hypersonic Flight

Autoren/authors: L. Koops, A. Sizmann

Implications and potential and potential of real-time collaboration for the design process

Autoren/authors: M. Glas, M. Schramme, S. Krusche

09.09.2014 ICAO Conference: Fuelling Aviation with Green Technology | Montreal

Solar Fuels – A Sustainable Drop-In Solution for the Future of Aviation

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


66 facts and figures

07.09.2014 29 th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS) | St. Petersburg

Profit-Based Network Level Evaluation of Aircraft Block Times

Autoren/authors: M. Schmidt, K. O. Plötner, A. Seitz, A. T. Isikveren, M. Hornung

Quasi-Analytical Aerodynamic Methods for Propulsive Fuselage Concepts

Autoren/authors: S. Kaiser, R. Grenon, J. Bijewitz, A. Prendinger, O. Atinault, A. T. Isikveren, M. Hornung

Progress Towards Adaptive Aircraft Engine Nacelles

Autoren/authors: L. Da Rocha-Schmidt, A. Hermanutz, H. Baier, A. Seitz, J. Bijewitz, A. T. Isikveren,

F. Scarpa, G. Allegri, C. Remillat, E. Feuilloley, F. Majic, C. O´Reilly, G. Efraimsson

Recent Advances in Airframe-Propulsion Concepts with Distributed Propulsion

Autoren/authors: A. T. Isikveren, A. Seitz, J. Bijewitz, M. Hornung, A. Mirzoyan, A. Isyanov, J.-L. Godard,

S. Stückl, J. van Toor

Investigation of Universally Electric Propulsion Systems for Transport Aircraft

Autoren/authors: P. C. Vratny, P. Forsbach, A. Seitz, M. Hornung

04.09.2014 Einladungsvortrag auf den Green Aviation Days | Kopenhagen

Renewable jet fuels: long-term availability perspectives

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

22.07.2014 Applied Aerodynamics Conference 2014 | Bristol

Adaptive C-Wing Flight Controls for a Universally-Electric Aircraft

Autoren/authors: U. Kling, A. T. Isikveren, R. M. Ajaj, M. I. Friswell

17.07.2014 ATRS World Conference 2014 | Bordeaux

Performance Indicators to Assess Intermodal Concepts

Autoren/authors: M. Urban, M. Cole, P. Langfermann, A. Paul

Implications of Aircraft Concepts Using Alternative Energy on Ground Operation

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

Benchmarking air-rail connections at European airports

Autoren/authors: P. Langfermann, P. Suau-Sanchez, A. Sharp

28.04.2014 Munich Aerospace Spring School | Frauenchiemsee

Airborne Optical Networking

Autoren/authors: K.-D. Büchter, A. Sizmann

04.04.2014 GARS Workshop ”Air Transport and Climate Change” | Worms

Future Transport Aircraft Ultra-Low Emissions Technology Options

Autoren/authors: A. T. Isikveren, M. Schmidt


13.01.2014 SciTech 2014 | National Harbor

Requirements and Concepts of Operations for a Personalized Air Transport System in 2050

Autoren/authors: N. Randt, S. Sartorius, M. Urban

67


68

facts and figures

Studienarbeiten

Diploma or bachelor theses and term papers

18.12.2014 Bachelorarbeit an der Technischen Universität | München

Bewertung des Potenzials von Echtzeitkollaboration im modellbasierten Systementwurf

Autor/author: M. Schramme

23.09.2014 Bachelorarbeit an der Hochschule | Augsburg

Conceptual Investigation of Hybrid-Electric Regional Aircraft Engines

Autor/author: A. Kalichmanow

15.06.2014 Diplomarbeit an der Technischen Universität | München

Quasi-Analytical Aerodynamic Methods for Propulsive Fuselage Concepts

Autor/author: A. Prendinger

31.05.2014 Diplomarbeit an der Technischen Universität | München

Engineering Concept Study of an Innovative Sideward Retractable Aircraft Seat

Autor/author: M. Götz

31.03.2014 Masterarbeit an der Technischen Universität | München

Concept Development for an Improved Turnaround Process

Autor/author: P. Nguyen

07.02.2014 Masterarbeit an der Technischen Universität | München

Network optimization of hub-and-spoke airlines and implications for future route development

Autor/author: C. Soyk


69

Patente

Patents

EP 1964774 A2

Europäisches Patentamt | München

Fluggerät mit rotierenden Zylindern zur Erzeugung von Auftrieb und/oder Vortrieb

Erfinder/inventor: J. Seifert

DE 102007009951 B3 Deutsches Patent- und Markenamt | München

Fluggerät mit rotierenden Zylindern zur Erzeugung von Auftrieb und/oder Vortrieb

Erfinder/inventor: J. Seifert

DE 102008022452 A1 Deutsches Patent- und Markenamt | München

Flugzeug mit aktiv steuerbaren Hilfsflügeln

Erfinder/inventor: J. Wittmann

DE 102008024463 B4 Deutsches Patent- und Markenamt | München

Flugzeugantriebssystem

Erfinder/inventor: A. Seitz

DE 102012015104.7

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren

zum Betrieb dieses Fahrzeugtriebwerkes

Erfinder/inventor: 0. Schmitz


70

facts and figures

Medienberichterstattung

Media coverage

Expertenvorträge

(exkl. Konferenzen)

Expert talks

(excl. conferences)

Pressemitteilungen des

Bauhaus Luftfahrt

Press releases issued

by Bauhaus Luftfahrt

Nationale Expertenvorträge

(exkl. Konferenzen)

National expert talks

(excl. conferences)

Medienberichte über das

Bauhaus Luftfahrt

Media reports on

Bauhaus Luftfahrt

Internationale Expertenvorträge

(exkl. Konferenzen)

International expert talks

(excl. conferences)

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

0 2 4 6 8 10 12

Printmedien

Print media

2012

2012

Online-Medien

Online media

2013

2014

2013

2014

Audio-visuelle Medien

Audio-visual media

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Impressum

Imprint

Bauhaus Luftfahrt Jahrbuch 2014

Herausgeber /Publisher

Bauhaus Luftfahrt e. V.

Willy-Messerschmitt-Str. 1, 85521 Ottobrunn

www.bauhaus-luftfahrt.net

Redaktion /Editor

Sven Brunsmann

Autoren /Authors

Dr. Valentin Batteiger

Julian Bijewitz

Oliver Boegler

Mara Cole

Dr. Doris Empl

Christian Endres

Christoph Falter

Dr. Martin Glas

Dr. Askin T. Isikveren

Dr. Christoph Jeßberger

Sascha Kaiser

Alexander Kalichmonow

Ulrich Kling

Dr. Lily Koops

Dr. Holger Kuhn

Annika Paul

Dr. Kay Plötner

Clément Pornet

Florian Riegel

Dr. Thomas Röhm

Dr. Arne Roth

Dr. Arne Seitz

Dr. Andreas Sizmann

Marcia Urban

Patrick Vratny

Dr. Sven Ziemer

Bildnachweise /Picture credits

S. 6: Airbus Group, S. 10/12: Jan Greune, S. 16: iStockphoto (Thomas Vogel), S. 18: iStockphoto (Dell640),

S. 19: Fotolia (iuhrlqe), S. 20/21: iStockphoto (Cesair/Sablin/Silkwayrain), S. 22: Getty Images (Michał

Krakowiak), S. 23: Airbus/iStockphoto (GlobalStock/Josef Friedhuber/Kamaga/Lev Mel/MlennyPeople-

Images), S. 24: iStockphoto (Wragg), S. 26: iStockphoto (Ollo), S. 29: iStockphoto (Narvikk)/Shotshop

(mmedp), S. 30/31: DLR (Ernsting)/Getty Images (Jenna Wagner)/iStockphoto (Mario Gut/KTSimage)/

Shutterstock (Lebendkulturen.de), S. 32: Bauhaus Luftfahrt e.V., S. 33: Solar-Jet, S. 35: Goode Homolosine

Projection, S. 36: Shutterstock (Toa55), S. 38: iStockphoto (A330Pilot), S. 39: Fotolia (Frank), S. 41: Getty

Images (John Wildgoose), S. 46: Getty Images (Studio-Pro), S. 47: Shutterstock (Kacmerka/Sunsinger), S. 48:

Bauhaus Luftfahrt e.V., S. 50/51: Bauhaus Luftfahrt e.V./iStockphoto (Bluebay2014), S. 58: Fotolia (Goodluz)

Konzept, Layout, Grafiken /Concept, layout, graphics

ABW Agentur für digitales Marketing GmbH, München

www.abw.de

Lektorat /Proofreading

Deutsches Lektorat: ABW Agentur für digitales Marketing GmbH

Englisches Lektorat: Verbalis, München

Druck /Print

Kessler Druck + Medien GmbH & Co. KG, Bobingen

Auflage /Circulation

400 Exemplare/400 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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