Bauhaus Luftfahrt Jahrbuch 2018

JAHRBUCH

YEARBOOK

2018

foreword chairman

of the board

Axel Flaig

Beiratsvorsitzender

Chairman of the Board

Sehr geehrte Damen und Herren

Das Ziel von nachhaltigem Wachstum des globalen Luftverkehrs

stellt die Luftfahrtbranche vor immer größere Herausforderungen.

Diese können nicht mehr wie in den vergangenen 50 Jahren

mit kontinuierlichem Technologiefortschritt alleine gelöst werden.

Disruptive Technologien hingegen erfordern erhöhte Aufwendungen

und bergen große Risiken.

Neue technologische Konzepte wie Elektrifizierung, autonomes

Fliegen, künstliche Intelligenz oder Connectivity ermöglichen

neuartige Vehikel und Services und eröffnen neue Märkte,

wie zum Beispiel Urban Air Mobility. Gleichzeitig treiben Digitalisierung

und Industrie 4.0 eine tiefgreifende Transformation der

Unternehmen voran.

In dieser komplexeren und von hoher Innovationsgeschwindigkeit

geprägten Zeit fällt es den Luftfahrtakteuren zunehmend

schwerer, Prioritäten für ihre Technologie-, Produkt- und Businessstrategien

zu setzen und damit wichtige Entscheidungen

über den Einsatz limitierter Ressourcen zu treffen.

Ein Thinktank wie das Bauhaus Luftfahrt mit seiner Kompetenz

und seiner Fähigkeit, neue technologische Ansätze ganzheitlich

und interdisziplinär zu integrieren, kann hier mit Studien,

Simulationen, Szenarien und Technologie-Impact-Analysen den

Unternehmen und Institutionen wertvolle Entscheidungshilfe

geben. Mit dem bewussten Blick in andere Geschäfts- und

Forschungsbereiche sollen vielversprechende Trends und Technologien

frühzeitig identifiziert und im Luftfahrtkontext bewertet

werden. So lassen sich neue Möglichkeiten und Potenziale

erschließen und Kooperationen bei der Entwicklung von disruptiven

Technologien forcieren.

Das vorliegende Jahrbuch widmet sich in zwei Sonderkapiteln

den Forschungsthemen „Urban Air Mobility“ (Seiten 14

bis 21) und „Digitale Transformation in der Luftfahrt“ (Seiten 28

bis 33). Darüber hinaus hält die diesjährige Ausgabe wieder

einmalige Einblicke in die Zukunft des Fliegens für Sie bereit.

Ich wünsche Ihnen viel Freude beim Lesen dieses besonderen

Jahrbuches!

Ihr

Axel Flaig

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Dear Ladies and Gentlemen

The goal of sustainable growth in global air traffic poses

ever greater challenges for the aviation industry. These

challenges cannot, as in the past 50 years, be solved by

continuous technological progress alone. Disruptive technologies,

on the other hand, require increased expenditure

and entail major risks.

New technological concepts such as electrification,

autonomous flying, artificial intelligence, and connectivity

make new vehicles and services possible and open up

new markets, such as urban air mobility. At the same

time, digitalisation and Industry 4.0 are driving a farreaching

transformation of companies.

In these more complex and innovative times, it is

increasingly difficult for aerospace companies to prioritise

their technology, product, and business strategies, and

thus make important decisions about the use of limited

resources.

A think tank like Bauhaus Luftfahrt with its competence

and its ability to integrate new technological

approaches in a holistic and interdisciplinary way can

provide valuable decision support for companies and

institutions with studies, simulations, scenarios, and

technology impact analyses. With a conscious look into

other business and research areas, promising trends

and technologies are to be identified at an early stage

and evaluated in the aviation context. In this way, new

possibilities and potentials can be realised and cooperation

in the development of disruptive technologies can

be accelerated.

Two special chapters of this Yearbook are devoted to

the research topics “Urban Air Mobility” (pages 14 to 21)

and “Digital Transformation in Aviation” (pages 28 to 33).

In addition, this year’s issue once again provides you

with unique insights into the future of aviation. I hope

you enjoy reading this special Yearbook!

Your

Axel Flaig

06 foreword

executive director

Prof. Dr. Mirko Hornung

Vorstand Wissenschaft

und Technik

Executive Director Research

and Technology

Liebe Luftfahrtbegeisterte

Die Bedeutung des Luftverkehrs in einer immer globaleren Welt

nimmt eine sehr wichtige Rolle in der Mobilität von morgen ein.

Während das „klassische“ Luftverkehrssystem vor der immensen

Herausforderung steht, das Wachstum immer nachhaltiger

und mit drastisch reduziertem ökologischen Fußabdruck zu

bewältigen, ermöglichen neue Technologien die Erweiterung

der „Luftmobilität“ in völlig neue Anwendungsbereiche.

Mit der zunehmenden Urbanisierung wird der Bedarf nach

effizienten Verkehrskonzepten zwischen und sogar innerhalb

von Städten immer größer. Während das Team des Bauhaus

Luftfahrt bereits in 2016 die CentAirStation konzipiert hat, eine

mögliche Lösung für den hocheffizienten Luftverkehr von Stadt

zu Stadt, direkt aus dem Herzen der Städte hinaus, nehmen

aktuell die Forschungsarbeiten zu innerstädtischen Luftverkehrskonzepten

immer weiter zu. Dieser Fragestellung ist ein

besonderer Schwerpunkt in diesem Jahrbuch gewidmet, der

über grundlegende Zusammenhänge, aber auch mögliche

Lösungsansätze und Konsequenzen informieren soll.

Neben der urbanen Mobilität steht weiterhin die Suche und

Identifizierung von Technologien, Konzepten und Geschäftsmodellen

im Zentrum der Forschung am Bauhaus Luftfahrt, um den

Luftverkehr noch effizienter zu machen. Die Erreichung der Ziele

des Flightpath 2050 ebenso wie ein aktiver Beitrag zur Erfüllung

der langfristigen Klimaziele sind hier die wesentlichen Treiber.

Dafür stehen alternative Kraftstoffoptionen, neue Antriebs-,

Energie- und Flugzeugkonzepte genauso wie radikale Betriebsund

Geschäftsmodelle auf dem Prüfstand. Eine wichtige Grundlage

hierfür liefert das Bauhaus-Luftfahrt-interne Technologieradar

ebenso wie der Trendmonitor, in dem aussichtsreiche

Forschungen identifiziert und mit Bezug auf ihren Einfluss auf

die Luftfahrt bewertet werden.

Das Bauhaus Luftfahrt hat sich in 2018 auch organisatorisch

weiterentwickelt. Mit der Rückkehr von Insa Ottensmann in die

Luftfahrtindustrie wurde die Führungsstruktur neu aufgestellt,

und die Forschungseinrichtung wird in Zukunft nur noch von

einem Vorstand geleitet.

Die große Bandbreite der Technologien und Handlungsoptionen

für die Zukunft der Luftfahrt soll Ihnen mit dem vorliegenden

Jahrbuch etwas nähergebracht werden. Wir wünschen Ihnen,

liebe Leserin, lieber Leser, bei der Lektüre viel Vergnügen!

Ihr

Prof. Dr. Mirko Hornung

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Dear Aviation Enthusiasts

In an increasingly global world, aviation takes a very important

role in shaping the mobility of tomorrow. While the

“classic” air transport system faces immense challenges

to meet the continuously growing demand in a sustainable

manner, while drastically reducing its ecological footprint,

new technologies are enabling the extension of air mobility

in completely new application areas.

Growing urbanisation is fostering the demand for

efficient mobility concepts between and also within urban

areas. While the team of Bauhaus Luftfahrt already in

2016 established the CentAirStation, a possible solution

for a highly efficient air transport system for city-to-city air

travel directly from the heart of the city, actual research is

increasingly focused on inner-urban air mobility. Within this

yearbook, a dedicated emphasis is being placed on technologies

and solutions featuring urban air mobility, providing

information about the key interrelations and challenges.

Besides urban mobility, the search and identification

of technologies, concepts, and business models to improve

the air transport’s efficiency are at the centre of research

at Bauhaus Luftfahrt. To achieve the targets of Flightpath

2050 as well as to actively contribute to the long-term

climate goals are the key drivers for this research. This is

why alternative fuel options, novel propulsion, energy,

and aircraft concepts as much as radical operational and

business models are under scrutiny. A major foundation

for this research provides the Bauhaus Luftfahrt internal

Technology Radar as well as the trend monitor, where

promising research is identified and evaluated in the context

of aviation.

Bauhaus Luftfahrt also evolved organisationally in

2018. With the return of Insa Ottensmann to the aviation

industry, the governance structure of the research institution

has been adopted, leading to a single Executive Director

heading the organisation in the future.

The large bandwidth of technologies and options for

the future of aviation shall be brought to you by this yearbook.

We wish you, dear readers, insightful impulses; enjoy

reading!

Your

Prof. Dr. Mirko Hornung

08 contents

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels

technology

radar

systems

& aircraft

technologies

operations

Vorwort Beiratsvorsitzender

Vorwort Vorstand

Highlights 2018

Mission

editorial

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Foreword Chairman of the Board

Foreword Executive Director

Highlights 2018

Mission

Zahlen & Fakten

60 Facts & figures

+ + + + + + + + + + + +

Impressum 74 Imprint

Was braucht es, damit Urban Air Mobility

zum Massentransport wird?

Konfliktfreie Routenplanung für

Urban Air Mobility

Elektrische Senkrechtstarter für

Urban Air Mobility

urban air mobility

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

What Does It Take for Urban Air Mobility

to Be Mass Transport?

Conflict-Free Routing in

Urban Air Mobility

Electric VTOL Aircraft for

Urban Air Mobility

Zukunftstechnologieanalyse zur

Entscheidungsunterstützung in der Wartung

Von der Natur inspirierte Materialien

und Strukturen

technology radar

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Future Technology Analysis for

Decision-Support in Maintenance

Biologically Inspired Materials

and Structures

Vom Datenbewusstsein zur

Nutzbarmachung von Wissen

Engineering 4.0 und die

Wirklichkeit von Modellen

digital transformation

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

From Data Awareness to

Harnessing Knowledge

Engineering 4.0 and the Reality

of Models

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Zukünftige Veränderungen von

Mobilität in Europa

Wie können Fluggesellschaften in

Zukunft Geld verdienen?

operations

Changing Mobility

in Europe

How Can Airlines Make Money

in the Future?

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Zukünftige Pfade hin zu mehr

Nachhaltigkeit in der Luftfahrt

Partikelreaktorkonzept zur solaren

Synthesegasproduktion

Kraftstoffe durch hydrothermale

Verflüssigung von Biomasse

alternative fuels

Future Pathways towards Sustainability

in Aviation

Particle Reactor Concept for the Production

of Solar Synthesis Gas

Fuels from Hydrothermal Liquefaction

of Biomass

energy technologies & power systems

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Brennstoffzellen als Mobilitätsoption:

Fortschritte und Perspektiven

Antriebs-Vorstudien eines turboelektrischen

„Propulsive Fuselage“

Fuel Cells as Power Option for Mobility:

Progress and Prospects

Powerplant Pre-Design Studies for

a Turboelectric Propulsive Fuselage

systems & aircraft technologies

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Kraftstoff als alternative Wärmesenke

für zukünftige Flugzeugkonzepte

Eine vereinheitlichte Bewertung von

Konzepten mit Grenzschichteinsaugung

Fuel as Alternative Heat Sink

for Future Aircraft

A Unified Bookkeeping Approach for

Boundary Layer Ingestion Concepts

10 highlights 2018

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Das Bauhaus Luftfahrt war vom 25. bis zum 29. April 2018 mit einem eigenen Stand

auf der ILA Berlin – der führenden Innovationsmesse der Luft- und Raumfahrtbranche

– vertreten. Mit im Gepäck hatten die Zukunftsforscher aus München wieder

jede Menge innovativer Denk- und Diskussionsanstöße, die das Potenzial haben,

das Luftverkehrssystem grundlegend zu verändern. Auf 43 Quadratmetern präsentierte

der Thinktank nicht nur eigene technologische Konzepte und operationelle

Lösungsansätze, sondern gab darüber hinaus wissenschaftliche Antworten auf die

zentralen Zukunftsfragen der Luftfahrt. Auch beim Standkonzept ging das Bauhaus

Luftfahrt neue Wege: Im Mittelpunkt stand ein 60 Zentimeter durchmessender

touchfähiger Globus, auf dem der Besucher die ganze Welt der Luftfahrtforschung

interaktiv entdecken konnte.

Ein weiteres Highlight auf dem Stand des Bauhaus Luftfahrt war die Vorstellung

des ersten „solaren“ Flugkraftstoffes am 26. April 2018. Im Rahmen des von der

Europäischen Union geförderten Forschungsprojektes SOLAR-JET war es erstmals

gelungen, synthetisches „solares“ Kerosin herzustellen. Der gesamte Produktionsprozess

für erneuerbaren Kraftstoff aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlenstoffdioxid

wurde erfolgreich durchlaufen, was die Zukunft der Luftfahrt maßgeblich beeinflussen

könnte.

Bauhaus Luftfahrt had its own booth at ILA Berlin – the most innovative trade event

for the aerospace industry – from April 25th to 29th, 2018. Once again, the futurologists

from Munich had a lot of innovative food for thought and discussion in their

luggage, which has the potential to fundamentally change the air transport system.

On 43 square metres, the think tank not only presented its own technological concepts

and operational solutions, but also provided scientific answers to the central

future questions of aviation. Bauhaus Luftfahrt was also breaking new ground with

its booth concept: The focus was on a 60-centimetre diameter, touchable globe, on

which visitors could interactively discover the entire world of aviation research.

Another highlight at the Bauhaus Luftfahrt booth was the presentation of the

world’s first “solar” jet fuel on April 26th, 2018. Within the framework of the SOLAR-

JET research project funded by the European Union, synthetic “solar” kerosene had

been produced for the first time. The entire production chain for renewable fuel from

sunlight, water, and carbon dioxide had been successfully completed, which could

have a major impact on the future of aviation.

Das Bauhaus Luftfahrt hat auch auf

der ILA Berlin 2018 bei Politik (unter

anderem Verkehrsminister Andreas

Scheuer), Fachpublikum und der

breiten Öffentlichkeit für Aufmerksamkeit

gesorgt.

At ILA Berlin 2018, Bauhaus Luftfahrt

once again attracted the attention of

politicians (including Federal Transport

Minister Andreas Scheuer), important

trade visitors, and the wider public.

12 mission

Über das

Bauhaus Luftfahrt

Was treibt die Mobilität von morgen? Welche alternativen

Energieoptionen werden langfristig für die Luftfahrt zur

Verfügung stehen? Welche Antriebs- und Systemtechnologien

werden die Effizienz zukünftiger Flugzeugentwürfe

weiter verbessern, und werden diese zu vollständig

neuen Designs führen? Welchen Einfluss werden

Informationstechnologien auf zukünftige Produkte und

deren Entwicklungsprozesse haben? Entlang dieser

und weiterer Fragestellungen analysiert das Bauhaus

Luftfahrt als Forschungseinrichtung wesentliche Treiber,

neue technologische Ansätze sowie innovative Ideen

und integriert diese in ganzheitliche Lösungen für die

Luftfahrt.

Seit mehr als zehn Jahren betrachtet das Bauhaus

Luftfahrt im Sinne eines Thinktanks Themen aus sehr

unterschiedlichen Blickwinkeln: Die 37 Wissenschaftler

mit fachlicher Expertise aus Sozialwissenschaft und

Ökonomie, Natur- und Ingenieurwissenschaft sowie Informatik

identifizieren und bewerten erfolgversprechende

Ansätze und entwickeln diese, häufig in Zusammenarbeit

mit nationalen und internationalen Partnern, als Grundlage

für neue Produktideen und -konzepte weiter. Damit

nimmt das Bauhaus Luftfahrt eine wichtige Vorreiterrolle

ein – als Ideenschmiede, Forschungseinrichtung und

Impulsgenerator für Fachwelt, Öffentlichkeit und Politik.

Die Luftverkehrsflotte wird sich allen Prognosen nach

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

Ausstoß, deutlich geringere NO X - und Lärmemissionen

gegenüber dem Jahr 2000 sind im „Flightpath 2050“

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

formuliert. Aus dem Luftverkehrswachstum, den „Flightpath

2050“-Zielen und den langen Produktlebenszyklen

von Flugzeugen von bis zu 60 Jahren leitet das Bauhaus

Luftfahrt seinen Auftrag ab, über die Grenzen herkömmlicher

Technologien und Materialien weit hinauszublicken

und neue Aspekte zu betrachten. Dabei sollen und können

keine Voraussagen getroffen werden, welches das

nächste Produkt sein wird. Die Wissenschaftler erforschen

vielmehr neue Technologien und Materialien,

zeigen deren Relevanz für zukünftige Entwicklungen und

schaffen ein Bewusstsein, worin die Potenziale für die

Luftfahrt liegen. Die so gewonnenen Erkenntnisse liefern

zahlreiche Denk- und Diskussionsanstöße – und das

außerhalb der vorhandenen konventionellen Forschungsund

Entwicklungslandschaft. Die Herangehensweise,

zunächst eine Idee in einem interdisziplinären kreativen

Prozess entstehen zu lassen und diese anschließend auf

ihre Anwendbarkeit wissenschaftlich zu überprüfen,

macht das Bauhaus Luftfahrt als Forschungseinrichtung

einzigartig in Deutschland und Europa.

Gegründet wurde der Bauhaus Luftfahrt e. V. im

November 2005 von den drei Luft- und Raumfahrtunternehmen

Airbus, Liebherr-Aerospace und MTU Aero

Engines sowie dem Bayerischen Staatsministerium für

Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie. Namensgebend

war das Staatliche Bauhaus, die fachübergreifende

Kunst-, Design- und Architekturschule von Walter

Gropius im Weimar und Dessau der 1920er-Jahre. Seit

2012 ergänzt die IABG Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft

den Kreis namhafter Industriepartner. Das Bauhaus

Luftfahrt ist seit 2015 auf dem Ludwig Bölkow Campus in

Taufkirchen bei München angesiedelt, dessen Gründungspartner

es ist.

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels

technology

radar

systems

& aircraft

technologies

operations

About

Bauhaus Luftfahrt

What drives the mobility of tomorrow? What alternative

energy options will be available for aviation in the long

term? Which power and system technologies will further

improve the efficiency of future aircraft concepts, and

will these lead to completely new designs? What impact

will information technologies have on future products

and their development processes? In light of these and

other questions, as a research institution, Bauhaus

Luftfahrt analyses major driving forces, new technological

approaches, and innovative ideas and integrates

them into holistic solutions for aviation.

For more than a decade, Bauhaus Luftfahrt is

studying topics from very different perspectives in the

sense of a think tank: The 37 scientists with professional

expertise in their field areas of social sciences and

economics, nature and engineering sciences as well as

informatics identify and assess promising approaches

and develop them, frequently in collaboration with

national and international partners, as a basis for new

product ideas and concepts. Bauhaus Luftfahrt is thereby

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

institution, and an impulse generator for experts, the

public, and politicians.

According to all forecasts, the civil aviation fleet will

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

considerably reduced NO x emissions and noise compared

to 2000 are expressed in Flightpath 2050. From the

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

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

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Bauhaus Luftfahrt derives its task of going far beyond

the boundaries of conventional technologies and

materials and of studying new aspects. Here, no predictions

can or should be made on what the next product

will be. Instead, scientists are searching for new technologies

and materials, showing their relevance for

future developments, and raising awareness of wherein

the potential for aviation lies. The knowledge gained in

this way offers numerous incentives to think differently

and participate in discussions – and all of that is outside

the existing conventional research and development

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

interdisciplinary creative process and then check it in

a scientifically sound manner for its applicability, makes

Bauhaus Luftfahrt unique as a research institution in

Germany and Europe.

Bauhaus Luftfahrt e. V. was founded in November

2005 by the three aerospace companies Airbus,

Liebherr-Aerospace and MTU Aero Engines as well as

the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Regional

Development and Energy. The source of the name was

Staatliches Bauhaus, the interdisciplinary art, design,

and architecture school by Walter Gropius in the

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

Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft has rounded out

the circle of renowned industrial partners. Since 2015,

Bauhaus Luftfahrt has been based on Ludwig Bölkow

Campus in Taufkirchen near Munich, whose founding

partner it is.

14 urban

air mobility

+ + + + + + + + + +

+ RESEARCH + + ON + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

16 urban air mobility

Was braucht es, damit

Urban Air Mobility zum

Massentransport wird?

What Does It Take for

Urban Air Mobility to

Be Mass Transport?

Neue Einsatzgebiete für Luftfahrzeuge eröffnen sich

durch Entwicklungen in der elektrischen Antriebs-,

Batterie- und Sensortechnologie. Zurzeit arbeiten

mehr als hundert Unternehmen an der Realisierung

des Konzeptes von Urban Air Mobility (UAM), dem

Einsatz von vertikal startenden und landenden Flugzeugen

für den inter- und innerstädtischen Personenverkehr.

Um die potenzielle Transportleistung von UAM

zu verstehen, verfolgt das Bauhaus Luftfahrt einen

agentenbasierten Modellierungsansatz, da – im

Gegensatz zum klassischen Vier-Stufen-Ansatz – die

agentenbasierte Modellierung dynamische Agentenentscheidungen

während der Simulation ermöglicht.

Somit können neue Mobilitätsdienstleistungen

wie On-Demand, Sharing oder auch Pooling, wovon

die meisten UAM-Konzepte ausgehen, abgebildet

werden.

Das Transport-Simulations-Framework MATSim

wurde um ein UAM-Modul erweitert, das die Definition

von UAM-Infrastruktur und -Fahrzeugen

ermöglicht und den Agenten der Simulation erlaubt,

UAM als Transportmittel in ihr tägliches Mobilitätsverhalten

zu integrieren. Daher wird UAM in einem

kohärenten Stadtverkehrsmodell simuliert, in dem

UAM mit bodengebundenen Verkehrssystemen sowohl

zusammenarbeitet als auch konkurriert.

Diese Simulationsfähigkeit wird genutzt, um

Sensitivitätsstudien über UAM-Parameter durchzuführen,

die Schätzungen über UAM-Verkehrsaufkommen

und die daraus resultierenden transportsystemweiten

Auswirkungen liefern. Somit können

wesentliche Anforderungen auf Vehikel, Infrastruktur

und Betriebsebene abgeleitet werden.

Physical representation

UAM flight zone

UAM station

Schematische

Darstellung der

Hauptkomponenten

der Modellierungsimplementierung

für UAM in MATSim

Schematic illustration

of the main components

of the modelling

implementation

for UAM in MATSim

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Road

VTOL vehicle

Developments in electric power train, battery, and

sensor technology are opening up new areas of

application for air vehicles. More than one hundred

companies worldwide are currently working on the

implementation of the urban air mobility (UAM) concept,

the use of vertical take-off and landing aircraft

for intercity and intracity passenger transport.

In order to understand the potential transport

performance of UAM, Bauhaus Luftfahrt pursues an

agent-based modelling approach, since – in contrast

to the classical four-step approach – agent-based

modelling enables dynamic agent decisions during

simulation. Thus, new mobility services, such as

on-demand, sharing, or pooling, which are the basis

of most UAM concepts, can be analysed.

The transport simulation framework MATSim has

been extended by a UAM module that enables the

definition of UAM infrastructure and vehicles and

allows the agents of the simulation to integrate

UAM as a means of transport into their daily mobility

behaviour. Therefore, UAM is simulated in a coherent

urban traffic model, in which UAM cooperates and

competes with ground-based traffic systems.

This simulation capability is used to perform sensitivity

studies on UAM parameters that provide

estimates of UAM traffic volumes and the resulting

transport system-wide effects. Thus, essential

requirements at vehicle, infrastructure, and operational

level can be derived.

Nachfragesensitivität für Urban Air Mobility

Unter der Annahme eines UAM-Missionsspektrums von unter 10 km hat die Sicherstellung kurzer Passagierprozesszeiten einen deutlich

höheren Einfluss auf die Passagierzahlen als schnellere UAM-Fluggeschwindigkeiten.

Sensitivity of demand for urban air mobility

Given UAM mission spectrums of below 10 km range, ensuring short passenger process times proofed to have a more significant impact

on passenger numbers than increasingly fast UAM flight speeds.

Change in passenger numbers

20 %

0 %

-20 %

Baseline

-40 %

50 150 250 350 450

Cruising speed [km/h]

Change in passenger numbers

50 %

0 %

-50 %

Total process time [min]

Baseline

-100 %

20 15 10 5 2.5 0.5

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Systematische Platzierung von UAM-Infrastruktur

Mittels Überlagerung von räumlichen Faktoren,

wie Hubschrauberlandeplätzen, wichtigen

Verkehrsknotenpunkten und touristischen

Sehenswürdigkeiten, werden geeignete Standorte

für UAM-Infrastruktur definiert.

Systematic placement of

UAM infrastructure

Through a systematic approach of superimposing spatial factors – like existing

helipads, important transportation hubs, and touristic points of interest – suitable

locations for UAM infrastructure are defined.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Dr. Kay Plötner Head of Economics and Transportation

Ein wesentlicher Schlüssel für eine erfolgreiche Markteinführung von Urban Air Mobility ist neben der technischen

Leistungsfähigkeit zukünftiger UAM-Systeme die breite Akzeptanz in der Bevölkerung. Dafür ist es notwendig,

frühzeitig einen zukünftigen Mehrwert von Urban Air Mobility für einen Großteil der Bevölkerung zu identifizieren. Somit eröffnet

die agentenbasierte Simulation eine detaillierte Sichtweise auf den einzelnen, potenziellen Nutzer sowie das synergetische

Zusammenspiel mit dem bestehenden Verkehrssystem und die Quantifizierung der Auswirkungen auf das gesamte Transportsystem

in einer Stadt.

An essential key to the successful market launch of urban air mobility, besides the technical performance of future

UAM systems, is the broad public acceptance. To achieve this, it is necessary to identify at an early development stage

a future added value of urban air mobility for a large proportion of the city’s population. The agent-based simulation thus opens

up a detailed view of the individual potential user as well as the synergetic interaction with the existing transport system and the

quantification of effects on the entire transport system in a city.

18 urban air mobility

Konfliktfreie

Routenplanung für

Urban Air Mobility

Conflict-Free

Routing in Urban

Air Mobility

Für Zukunftsszenarien, in denen Drohnen und Flugtaxis

in großer Anzahl und niedriger Höhe in bisher

wenig frequentierten Lufträumen operieren, werden

neue Konzepte und Technologien für einen sicheren

und effizienten Flugbetrieb nötig. Neben der technischen

Zuverlässigkeit ist die Kollisionsvermeidung

ein entscheidender Aspekt, der in der traditionellen

Luftfahrt in Sicht- und Instrumentenflug unterschiedlich

umgesetzt wird und unter anderem auf Luftraumstrukturen,

Prozeduren und Telekommunikation

fußt. Da Sichtflug vom Wettergeschehen abhängt

und die Luftraumdichte beim Instrumentenflug

begrenzt ist, sind beide Verfahren nicht unmittelbar

auf die Visionen urbanen Flugverkehrs anwendbar.

Hier werden neue, belastbare Konzepte benötigt.

Mobile Anwendungen, die einen sicheren Drohnenbetrieb

durch digitale Datenbanken und Kartendarstellung

gewährleisten, sind für Drohnenpiloten

heute verfügbar. Bei hohen Luftraumdichten sollten

Flugrouten schon am Boden so weit abgestimmt

und optimiert werden, dass in der Luft im Normalfall

keine Kollisionsvermeidung nötig sein wird. Hierfür

werden Algorithmen benötigt, wie sie zum Beispiel

für die Robotik entwickelt wurden. Da sich nicht

alle Konflikte vermeiden lassen, zum Beispiel, wenn

eine nicht registrierte Drohne auftaucht, sind darüber

hinaus Verfahren zur Echtzeit-Routenanpassung

wichtig.

Zur Untersuchung der Effekte wurde eine Simulation

aufgesetzt, um das statistische Aufkommen

von Konflikten als Funktion der Luftfahrzeugdichte

einschätzen zu können. Ein physikbasierter Algorithmus

zur optimalen Flugführung bei Konfliktvermeidung

wurde implementiert und wird auf seine Leistungsfähigkeit

hin optimiert und analysiert.

Darstellung zufällig

gewählter Flugrouten,

die algorithmisch auf

Konfliktvermeidung

optimiert wurden

Visualisation of

random flight routes,

which were optimised

towards conflict

avoidance

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

In future scenarios, which envision drones and air

taxis operating in high numbers as well as at low

altitude in airspaces that as of yet are not highly

frequented, novel concepts and technologies are

required for safe and efficient operation. Apart from

technical reliability, collision avoidance is a crucial

aspect handled differently in traditional aviation,

according to visual and instrument flight rules, and

based on airspace allocation, procedures, and telecommunications.

As flying according to visual flight

rules is weather dependent and airspace capacity

is limited under instrument flight rules, neither

approach is directly applicable to visions of urban

air mobility. Here, new and robust concepts are

required.

Mobile applications that enable safe operation

using digital databases and visualisation are available

today to drone pilots. As air traffic densities

increase, flight route planning and optimisation

should happen already on ground to forestall collision

avoidance manoeuvres in the air. Algorithms,

for example from the field of robotics, are required

for this task. As certain conflicts may not be anticipated,

for example, the emergence of an unregistered

drone, methods for real-time route adjustments

are required.

In order to investigate the relevant effects, a

simulation was set up to be able to estimate the

statistical occurrences of conflicts as function of air

traffic density. A physics-based algorithm for optimum

flight guidance under the condition of conflict

prevention was implemented and its capability is

being optimised and analysed.

Konfliktvermeidung von automatisierten Fluggeräten

Visualisierung von Konfliktvermeidung. Durch strategische Routenplanung werden Mindestabstände eingehalten,

während Flugzeit und Telekommunikationsaufwand gegenüber taktischen Ausweichmanövern gering bleiben.

Conflict avoidance for automated flight

Visualisation of conflict avoidance. Using strategic route planning, safe separation is assured, while flight time and

telecommunication overhead are kept low compared to tactical manoeuvres.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Analyse der

Konflikthäufigkeiten

Die Rate bilateraler Konflikte wächst mit der

Fahrzeugdichte. Bei hohen Dichten treten auch

Konflikte zwischen mehreren Fahrzeugen mit

signifikanter Rate auf. Kooperative Routenplanung

eliminiert das Auftreten vorhersehbarer

Konflikte.

Conflict rate

0.10

0.08

0.06

0.04

Two-dimensional traffic model,

150 metres minimum distance assumed

Analysis of conflict

frequencies

Bilateral conflicts increase with vehicle density.

At higher densities, higher-order conflicts arise in

significant numbers. Cooperative route planning

eliminates foreseeable conflicts.

0.02

1.00

0.70

0.40

0.20

0.10

Mean vehicle density [1/km 2 ]

0.06

0.03

0.02

4 3 21

Number of

5 conflicting vehicles

20 urban air mobility

Elektrische

Senkrechtstarter für

Urban Air Mobility

Electric VTOL

Aircraft for Urban

Air Mobility

Elektrische Antriebskonzepte sind eine Schlüsseltechnologie

zur Entwicklung senkrechtstartender

Lufttaxis. Die durch elektrische Energieübertragung

ermöglichte Verteilung der Schuberzeugung auf

mehrere, flexibel anordenbare Rotoren oder Fans

eröffnet einen großen Designraum. Eine wichtige

Rolle im Entwurf spielt dabei die Abwägung zwischen

effizientem Schwebe-/Vertikalflug und einer

hohen Effizienz während des Reisefluges. In einem

möglichen zukünftigen On-Demand-UAM-Netzwerk

gilt es außerdem, ein breites Spektrum an Reichweiten

bestmöglich bedienen zu können.

In einer Studie am Bauhaus Luftfahrt wurden

zwei Lufttaxi-Konzepte mit unterschiedlichen

Entwurfsschwerpunkten als mögliche Referenzkonfigurationen

untersucht: ein Multicopter mit

18 konzentrisch angeordneten Rotoren und entsprechend

großer Rotorfläche sowie eine sogenannte

Lift+Cruise-Konfiguration. Letztere ermöglicht vertikales

Starten und Landen mithilfe von acht kleineren

Rotoren und wechselt für den Reiseflug auf einen

eigenen Antriebsstrang mit einem einzelnen Propeller.

Der Auftrieb wird dabei effizient von starren

Tragflächen erzeugt. Dadurch kann im Vergleich zum

Multicopter eine wesentlich höhere Reisegeschwindigkeit

von 180 km/h realisiert werden. Ein Blick auf

die Energieeffizienz für verschiedene Missionsreichweiten

verdeutlicht die unterschiedlichen Stärken

der Konzepte. Der Multicopter benötigt für Missionen

innerhalb seines Einsatzspektrums (bis 19 km)

deutlich geringere Energiemengen. Erst auf längeren

Strecken erreicht das Lift+Cruise-Konzept bessere

Effizienzwerte. Das legt in dieser Hinsicht einen

Flottenmix für künftige UAM-Szenarien nahe.

UAM

VTOL

aircraft

Klassifizierungsschema

für Urban-

Air-Mobility-

Lufttaxi-Konzepte

Classification

scheme for UAM

VTOL aircraft

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Rotarywing

cruise

Fixedwing

cruise

Lift+

Cruise

Rotarywing

Liftfan

Tiltwing/

prop

Tailstitter

Electric propulsion concepts are a key technology

for the development of VTOL air taxis for urban air

mobility. Electric power transmission enables the

distribution of thrust generation to multiple, flexibly

arranged rotors or fans, opening up a large design

space. The balance between efficient hovering/

vertical flight and high efficiency during cruise flight

is an essential design decision. Considering a possible

future on-demand UAM network, it is also important

to be able to serve a broad spectrum of ranges

in the best possible way.

In a study at Bauhaus Luftfahrt, two air taxi concepts

with different design priorities were investigated

as possible reference configurations: a multicopter

with 18 concentrically arranged rotors and

a correspondingly large rotor surface as well as a

so-called lift+cruise configuration. The latter enables

vertical take-off and landing using eight smaller

rotors and changes to a separate drive train with a

single propeller for cruise flight. Lift is then efficiently

generated by fixed wings. This allows a much higher

cruising speed of 180 km/h compared to the multicopter.

A glance at the energy efficiency for different

mission ranges illustrates the different strengths of

the concepts. The multicopter requires significantly

less energy for missions within its mission range

(up to 19 km). Only on longer mission ranges, the

lift+cruise concept achieves better efficiency values.

From an energy efficiency perspective, this indicates

a fleet mix for future UAM scenarios.

Technische Daten

der Lufttaxi-Konzepte

im Vergleich

Der Multicopter setzt mit einem

außergewöhnlich geringen Disc Loading

auf sehr effizienten Schwebeflug. Das

kompaktere und dadurch ineffizientere

VTOL-System der Lift+Cruise-Konfiguration

ermöglicht im Gegenzug eine höhere

aerodynamische Güte im Reiseflug.

Payload [kg]

MTOW [kg]

Cruise speed [km/h]

Range [km]

Disc loading [kg/m 2 ]

Lift/Drag (cruise) [-]

Multicopter (2 PAX)

225 225

555 780

70 180

18.7 63

12.1 35.6

3.1 8.7

Lift+Cruise (2 PAX)

Comparison of

technical data of

air taxi concepts

Multicopter (2 PAX)

Lift+Cruise (2 PAX)

The multicopter relies on a very

efficient hovering flight with an

exceptionally low disc loading. The

more compact and therefore less

efficient VTOL system of the lift+cruise

configuration, in turn, permits much

better aerodynamics in cruise flight.

z [m]

1.5

4 4

3 3

2 2 1 1

0 0 -1 -1 -2 -2 -3 -3 -4 -4 x [m]

-5 -5

y [m]

z [m]

0.5

-0.5

-1

y [m]

-2

-3

-4

-5 -5

-4 -3 -2

-1

x [m]

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Energieeffizienz der Lufttaxi-Konzepte

für zwei und vier Passagiere

Das Multicopter-Konzept ist in seinem Einsatzspektrum deutlich energieeffizienter. Auf längeren

Strecken erreicht die Lift+Cruise-Konfiguration jedoch bessere Werte und benötigt ab 46 km

weniger als 400 Wh pro Passagierkilometer.

Energy efficiency of air taxi concepts

for two and four passengers

The multicopter concept is significantly more energy-efficient in its range of applications. On longer

distances, however, the lift+cruise configuration provides better efficiency and requires less than

400 Wh per passenger kilometre for distances greater than 46 km.

Energy / PAX / km [Wh]

Vertical climb altitude: 300 m

2200

2000

Multicopter 2 PAX

Multicopter 4 PAX

1800

1600

Lift+Cruise 2 PAX

Lift+Cruise 4 PAX

1400

1200

1000

800

600

400

200 0 10 20 30 40 50 60 70

Cruise distance [km]

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Dr. Jochen Kaiser Head of Visionary Aircraft Concepts

Die Entwicklung von Fluggeräten für Urban-Air-Mobility-Anwendungen spiegelt sich in unterschiedlichsten Konzepten

wider, und auch die vorliegende Studie legt einen Flottenmix verschiedener Konfigurationen nahe. Trotzdem ist die

Vorhersage, welche Konzepte schlussendlich erfolgreich sein werden, in Verbindung mit den Freiheitsgraden im Design noch sehr

schwierig. Neben den technologischen Vorteilen werden praktische Aspekte, wie Zulassung, Zuverlässigkeit, operationelle Kosten

oder einfach Präferenzen der Nutzer, über den Markterfolg einzelner UAM entscheiden. Daher liefern solche technischen Analysen,

zusammen mit den Simulationen der Betreibermodelle, eine Grundlage für die Bewertung von Luftverkehr im urbanen Raum.

The development of air vehicles for urban air mobility applications is reflected in various concepts, and the present study

also suggests a fleet mix of different configurations. Nevertheless, it is still very difficult to predict which concepts will

ultimately be successful in combination with the degrees of freedom in design. In addition to the technological advantages, practical

aspects such as approval, reliability, operational cost, or user preferences will determine the market success of individual UAM.

Therefore, such technical analyses together with the simulations of the operator models provide a basis for the evaluation of air

transport in urban areas.

22 technology

radar

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + Advanced + analytics + + + + +

technologies

+ + + + + + + + + + + + + + + +

Monte Carlo simulation for

+ + + + + + + + + + + +

decision

support

+ + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

Mechanical properties

+ + + + + + + + +

of densified

wood

+ + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + Prospective + + concepts + for aeronautics + + + +

are based on the understanding of future

+ + + + + + + + + technology + options + + and their + physical + + +

Schlüssige Luftfahrtkonzepte von morgen boundaries. For early identification of

+ + + basieren + auf dem + Verständnis + + zukünftiger + + design-driving + + developments, + + Bauhaus + + +

Technologieoptionen und deren physi- Luftfahrt has established the “Techno-

+ +

kalischer Leitplanken. Zur Früherkennung logy Radar”, which includes the domains

+ + + + + + + + + + + + +

designtreibender Entwicklungen hat das of energy, materials, photonics, sensors,

+ +

Bauhaus Luftfahrt das „Technologieradar“ and information. The pursued approach

+ + + + + + + + + + + +

etabliert, das die Domänen Energie, to future technology analysis and

+ +

Materialien, Photonik, Sensorik und Information

assessment of innovation potentials

+ + + umfasst. + Der verfolgte + + Ansatz + zur +

+ rests + upon an + interdisciplinary + + culture + + +

Zukunftstechnologieanalyse und Bewertung

and on a specially developed methodo-

+ + + von Innovationspotenzialen + + + stützt + +

+ logy. + This relies + on the + derivation + of + uni-

+ +

sich auf eine interdisziplinäre Kultur und versal metrics and physical benchmarks

+ + + eine eigens + entwickelte + + Methodik. + Diese + + as well + as on + an analysis + of + the scaling + + +

beruht auf der Bestimmung universeller behaviour and disruptive potential of

+ +

Metriken und physikalischer Grenzwerte novel technologies. As guidance to the

+ + + + + + + + + + + +

sowie einer Analyse des Skalierungsverhaltens

future development of sound overall

+ +

+ + und disruptiven Potenzials neuer concepts, performance potentials are

+ + + + + + + + + + + +

Technologien. Als Leitlinie für die zukünftige

determined in the aeronautical context

+ +

Entwicklung stimmiger Gesamtkon-

at various levels of complexity, from

+ + zepte + werden + Leistungspotenziale + + + im Luftfahrtkontext

+ + components, + + devices + to integrated + + + +

auf unterschiedlichen systems.

+ + + Komplexitätsebenen + + + untersucht, + + von + + + + + + + +

Komponenten über Baugruppen bis hin zu

+ + + + + integrierten + + Systemen. + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

24 technology radar

Zukunftstechnologieanalyse

zur

Entscheidungsunterstützung

in der Wartung

Future Technology

Analysis for

Decision-Support

in Maintenance

Der fortschreitende Übergang von zeitbasierten

zu bedarfsorientierten Wartungskonzepten wird

getrieben durch die Nutzung von mehr und mehr

Daten und fortschrittlichen Analysetechnologien.

So können mit Predictive Maintenance Bauteilversagen

frühzeitig erkannt und Standzeiten reduziert

werden. 1 Einen wesentlichen Schritt weiter geht

Prescriptive Maintenance. Durch den Vergleich der

Erfolgsaussichten von Wartungsalternativen und

ihrer Effekte auf zum Beispiel Kosten und Sicherheit

werden optimierte Handlungsschritte empfohlen.

Der Kernfrage, wie ihre Verlässlichkeit und

ihr möglicher Geschäftsvorteil bewertet und verbessert

werden können, ist das Bauhaus Luftfahrt

nachgegangen.

Es wurde ein auf Statistik basierter Ansatz zur

Kostennutzenanalyse gewählt, dessen Wert durch

ein Beispiel verdeutlicht wurde. Wird ein Bauteil

ausgetauscht, kann dies teurer sein, als es zu reparieren,

dafür ist es dann neu und so vielleicht langlebiger.

Das Ergebnis des Kosten-Trade-offs wird

von Unsicherheiten beeinflusst, etwa bezüglich

Restlebensdauer und Kostenfaktoren. Diese wurden

durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen quantifiziert

ebenso wie das Ergebnis für den Kosten-Trade-off,

das anhand einer Monte-Carlo-Simulation bestimmt

wurde.

Der Ansatz zeigt nicht nur, welche Entscheidungsoption

den höheren Gewinn verspricht und

damit präferiert ist, sondern auch, mit welchem

Risiko und potenziellen Kostennachteil sie verbunden

ist. Er lässt zudem bestimmen, an welcher

Stelle höherwertige Daten oder Informationen die

Ergebnisunsicherheit gewinnbringend reduzieren

können. Somit erlaubt er Zuverlässigkeit und Profitabilität

von Prescriptive-Maintenance-Ansätzen

und damit, ihr Einsatzpotenzial für neue Geschäftsmodelle,

wie Servitization oder automatisierte

(Fern-)Wartung, zu steigern.

Daten und Analysetechnologien

eröffnen neue

Geschäftsoptionen

durch automatisierte

Entscheidungsoptimierung.

The combined use

of data and analytics

technologies allow

for new business

options by means of

automated decisionsupport.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

The progressive shift from time-based to demandbased

maintenance concepts is driven by the use

of more and more data and advanced analytics

technologies. In this way, predictive maintenance

can detect early signatures of component failure

and thereby reduce downtime. 1 A significant step

further goes prescriptive maintenance. By comparing

the chances of success of maintenance alternatives

and their effects on, for example, cost and

safety, optimised courses of actions are recommended.

Bauhaus Luftfahrt has investigated the

key question as to how their reliability and their

potential business advantage can be assessed and

improved.

A statistics-based approach to cost-benefit

analysis was chosen, the value of which was illustrated

by an example. Replacing a component can

be more expensive than repairing it, but then it is

new and perhaps more long-lived. The result of the

cost trade-off is influenced by uncertainties concerning,

for example, remaining useful life and

cost factors. These were quantified by probability

distributions, just as the result of the cost trade-off

that was determined by a Monte Carlo simulation.

The probabilistic approach shows not only

which decision option promises the higher profit

and is thus preferred, but also with which risk and

potential cost disadvantage it is associated. It also

determines where higher-quality data or information

can gainfully reduce result uncertainty and

hence be assigned a monetary value. Thus, the

presented approach allows to enhance the reliability

and profitability of prescriptive maintenance

strategies and thereby increases their application

potential for new business models, such as servitization

or automated (remote) maintenance.

1 Koops, L. (2018). ROC-based Business Case Analysis for Predictive

Maintenance-Applications in Aircraft Engine Monitoring. Proceedings of

the European Conference of the Prognostics and Health Management

Society. Utrecht, The Netherlands.

Fortschrittliche Analysetechnologien

Komplexe Entscheidungen an der Schnittstelle von Wartung, Betrieb, Planung und Logistik können

optimal unterstützt werden zur Erhöhung der Servicequalität, Effektivität und Verfügbarkeit.

Advanced analytics

technologies

Advanced analytics technologies

can optimally support complex

decisions at the interface between

maintenance, operation, planning,

and logistics, allowing for enhanced

service quality, effectivity, and

availability.

Human input to decisions

Data Insight Decision Effect

Business value

Diagnostic analytics

Why did it happen?

➝ Patterns

Descriptive analytics

What has happened?

➝ Data/trending analysis

Prescriptive analytics

How do we benefit from

predictions?

What actions to take & when?

How will these decisions

affect everything else?

➝ Recommended best

action

Predictive analytics

What will happen?

When and why will it happen?

➝ Forecasts

Analytics focus

Past

Present

Future

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Beispiel: Monte-Carlo-Simulation

Empfohlen wird hier „Reparatur“ und nicht „Austausch“. In b) ist das Entscheidungsrisiko geringer und der Profit im Mittel

höher als in a), da Kostenparameter aus hochwertigen Daten statt einer Expertenschätzung abgeleitet wurden.

Example:

Monte Carlo

simulation

Recommended action

is “repair” and not

“replacement”. In b),

the decision-making

risk is lower and the

profit on average

higher than in a),

because cost parameters

were derived

from high-quality

data rather than an

expert estimation.

Probability density function

Cumulative distribution function

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Repair better Replacement better

Mean

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

30 % risk of taking wrong decision

70 % repair better

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

Probability density function

Cumulative distribution function

0.18

0.16

0.14

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

5 % risk of taking wrong decision

95 % repair better

Repair better

Mean

Replacement better

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6

Repair costs – replacement costs [k$ per unit]

26 technology radar

Von der Natur

inspirierte Materialien

und Strukturen

Biologically

Inspired Materials

and Structures

Biologische Konzepte und Systeme können Inspiration

für technische Innovationen sein. Die Prinzipien

biologischer Strukturen zu analysieren und

hinsichtlich geeigneter Parameter einzuordnen,

kann deswegen von großem Wert sein, um neuartige

Materialien und Strukturen technologisch

zu realisieren.

Ein bekanntes Beispiel sind selbstreinigende

Oberflächen, die denen der Lotusblätter nachempfunden

wurden. Eine Nano- und Mikro-Strukturierung

der Oberfläche kann auch als passive Antivereisungstechnologie

in der Luftfahrt angewendet

werden, wodurch energieeffiziente Konzepte zur

Enteisung ermöglicht werden. 1

Nicht nur Oberflächen, wie die von Lotusblättern,

sondern auch biologische Materialien als

Ganzes zeigen oft einen über viele Größenordnungen

hierarchischen Aufbau. Dieses Prinzip

bestimmt auch die Eigenschaften von Holz, das

als Konstruktionsmaterial unter anderem in der

Luftfahrt eine bedeutende Rolle spielte und durch

ein innovatives Verfahren in anderer Form wieder

interessant werden könnte.

„Natürliche“ Charakteristika von Holz sind oft

Ursachen für mechanisches Versagen. Durch ein

neues, zweistufiges Verfahren werden diese drastisch

reduziert. 2 Nach dem partiellen Herauslösen

von Lignin wird die Holzstruktur heißgepresst und

hoch verdichtet. Die Zellulosenanofasern sind

dabei ausgerichtet, womit die Bildung von Wasserstoffbrücken

zwischen Zellulosemolekülen erleichtert

wird. Zusammen mit einer Reduktion der

Defektstellen werden durch die neue Struktur eine

erhöhte Zähigkeit und eine zehnfache Erhöhung der

Zugfestigkeit im Vergleich zu unbehandeltem Holz

erreicht, die damit mit der Festigkeit von Aluminiumlegierungen

vergleichbar ist. Laminate aus dem

anisotropen Material können möglicherweise für

innovative Strukturen im Fluggerätebau verwendet

werden.

Neue Materialien und

Strukturen können

auf Basis allgemeingültiger

Prinzipien

der Natur entwickelt

werden.

Novel materials and

structures can be

developed on the

basis of general

principles found in

nature.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Biological concepts and systems can inspire technological

innovations. It can be of great value to

analyse the principles behind natural structures

and assess them with regard to suitable parameters

in order to create novel technological materials

and structures.

One well-known example are self-cleaning

surfaces, emulating the surface of the lotus leaf.

Nano- and microscopic structuring of the surface

can also be used for passive anti-ice surface technologies

for aviation, leading to energy-efficient

de-icing concepts. 1

Not only biological surfaces like those of lotus

leaves, but biological materials as a whole are

often structured in a hierarchical way over many

orders of magnitude. This principle also determines

the properties of wood, which played a major role

as construction material in aviation in the past, and

that might become interesting again in another

form through an innovative densification process.

“Natural” features of wood are often acting

as origins for failure under mechanical load. Their

number can be drastically reduced by a novel twostep

treatment. 2 After partial removal of lignin, the

wood is hot-pressed, resulting in a highly densified

structure. The cellulose fibres are well aligned,

facilitating the formation of hydrogen bonds between

neighbouring cellulose molecules. Together with the

reduction of defects, this results in an increased

toughness and in a more than tenfold rise in tensile

strength compared to natural wood. The values

for strength are then similar to those of aluminium

alloys. Laminates fabricated of this anisotropic

material are potentially applicable to innovative

structures in aviation.

1 Bauhaus Luftfahrt. (2011). The Future Technology Radar. Project Report,

Munich. ID: 621103-12 WP1-D1.2

2 Song, J., Chen, C., Zhu, S., Zhu, M., Dai, J., Ray, U., … Hu, L. (2018).

Processing bulk natural wood into a high-performance structural material.

Nature, 554, pp. 224–228. doi: 10.1038/nature25476

Hierarchische Organisation

biologischer Materialien

Holz als Beispiel für einen hierarchischen

Aufbau. Die besondere Anordnung der

einzelnen Bausteine über mehrere Größenordnungen

hinweg führt zu außergewöhnlichen

Eigenschaften.

Hierarchical organisation

of biological materials

Wood as an example for hierarchical

composition. The specific organisation of the

individual components over several length

scales results in remarkable properties.

[m]

[μm]

[nm]

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Mechanische Eigenschaften von verdichtetem Holz

Vergleich der spezifischen Zugfestigkeiten und E-Moduli von naturbelassenem und nach Quelle 2 behandeltem Holz,

glasfaserverstärktem Kunststoff (GFRP) und zwei gängigen Legierungen für die Luftfahrt (Al2024 und Ti6Al4V).

Mechanical

properties of

densified wood

Comparison of specific tensile

strengths and specific Young’s

moduli of natural and densified

wood, glass fibre reinforced

polymers (GFRP), and two alloys

common in aviation (Al2024

and Ti6Al4V).

Spec. UTS [N mm/g]

500

400

300

200

100

Natural

wood

Specific tensile strength

Al 2024

Ti6Al4V Densified

wood

GFRP

Spec. E [kN mm/g]

Specific Young‘s modulus

Natural

wood

Al 2024

Ti6Al4V Densified

wood

GFRP

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

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

Die aktuelle technologische Evolution hin zu neuartigen vernetzten und an die Umweltsituation anpassungsfähigen Technologien

legt Analogien zur Biologie nahe. Netzwerkintegrierte, intelligente Systeme erzeugen ein neues cyber-physisches

Innovationsparadigma. Bioinspirierte Innovation ist daher aktueller denn je zuvor. Zum Beispiel kann der netzwerkbildende Einzeller

Physarium polycephalum als „biointelligentes“ Vorbild dienen. Er konnte im Labor ein skaliertes urbanes Transportnetz simultan

hinsichtlich Effizienz, Stabilität und Kosten optimieren. Neuronale Quantenrechner sind ein weiteres Beispiel. Daher erforscht das

Technologieradar des Bauhaus Luftfahrt auch bioinspirierte Lösungen für komplexe Herausforderungen der digitalen Transformation.

The recent technological evolution towards connected, situation-aware, and adaptive technologies suggests analogies

with biology. Networked, intelligent solutions create a new cyber-physical innovation paradigm. Bio-inspired innovation

is therefore more relevant than ever. For example, a “bio-intelligent” model is the network-forming unicellular organism Physarium

polycephalum. In a lab demonstration, it simultaneously optimised a scaled urban transport network in terms of efficiency, stability,

and cost. Neural quantum computers are another example. Therefore, the Bauhaus Luftfahrt Technology Radar also explores bioinspired

solutions to the complex challenges of digital transformation.

28 digital

transformation

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + Semantic + + + + + + + + + + + + + +

technologies

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ Awareness: + + + + + + + + + + + + + + +

Data & knowledge

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + Engineering + + 4.0 + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + Agility + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + + 29

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ +

Digitalisierung ist heute längst allgegenwärtig

im (Luftfahrt-)Alltag verankert. Die

+ + + + + + + + + + + + + +

+ +

nachhaltige und langfristige Greif- und

+ + + + + +

Nutzbarmachung des digitalen Veränderungspotenzials

+ + + + + + + +

in der Organisation und

+ + + der gesamten + + Luftfahrt + bedingt + hier eine + + + + + + + + +

soziotechnologische, systemische Herangehensweise:

Digitalisation is a pervasive element of

+ + + + Neu entstehende + + Techno-

+ +

+ the everyday + + life in + aviation. + To make + + +

logie-, Prozess- und Methodenbausteine the digital transformation tangible and

+ + werden + + ganzheitlich + adoptiert + und + in einen + + exploitable + – + in a sustainable + + way and + on + +

disruptiven Gesamtkontext eingebettet, wo a long term for both, aviation organisations

+ + +

emergente

Feedbackschleifen

+ + +

die Tür

+ +

and aviation

general

– demands

neuem Mehrwert öffnen. Die Rückführung for a sociotechnological, systemic

+ +

dieses qualitativ und quantitativ messbaren approach: Newly developed building

+ + + + + + + + + + + +

Mehrwertes in das Engineering-Manu- blocks (technologies, processes, and

+ +

facturing-Operation-Kontinuum ermöglicht methods) are holistically integrated and

die + Erschließung + + neuer Luftfahrt-Geschäfts-

+ + + + embedded + in + a disruptive + overarching + + + +

felder. Deren zentraler Prüfstein in einer context. Here, emerging feedback loops

+ + post-digitalen + + Arbeitswelt + + bleiben + aber + der + potentially + introduce + + additional + value. + + +

beteiligte Mensch und seine Rolle an der The return of this qualitatively and quantitatively

+ + + + Schnittstelle + + zur + Cyberwelt. + + measurable + + added value + into + the +

+ +

engineering-manufacturing-operation

+ + + + + + + + + continuum + enables + + the exploitation + + of + +

new business areas in aviation. However,

+ + + + + + + + the final touchstone at the interface

+ + + + + + +

to the cyber reality of their post-digital

+ + + + + + + +

working environment is provided by

humans.

+ + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

30 digital transformation

Vom Datenbewusstsein

zur Nutzbarmachung

von Wissen

From Data Awareness

to Harnessing

Knowledge

Die Steigerung von Qualität und Nachvollziehbarkeit

im Produktionsablauf ist ein zentrales Versprechen

von Industrie 4.0. Hierfür soll die Bauteilbearbeitung

durch Auswertung von Daten aus dem operativen

Geschäft unterstützt oder sogar neu ausgerichtet

werden. Ziel ist der Aufbau weitreichender Steuerungsmöglichkeiten

auf Basis einer volldigitalisierten

und integrierten Produktionskette. Welches

konkrete Potenzial sich hier für einen Flugzeugkomponentenhersteller

ergeben kann, wurde im Rahmen

des LuFo-Projektes EFFPRO_4.0 anhand einer mehrstufigen

Datenuntersuchung evaluiert.

Basierend auf einer Kartierung der Produktionsdatenlandschaft

mittels einer prozessorientierten

Datenlandkarte (siehe Jahrbuch 2017) wurden Verfahren

aus dem Qualitätsdatenmanagement mit

klassischen Ansätzen aus dem Bereich Data Mining

und Zeitreihenanalyse kombiniert, um quantitative

Aussagen zur Prozessfähigkeit abzuleiten oder auffällige

Messreihen zu identifizieren. Dabei war letztlich

das Wissen der jeweiligen Fachleute ausschlaggebend,

um das Ergebnis im Kontext einordnen zu

können.

Auch wenn das Potenzial bezüglich Datenauswertung

und Vorhersagemöglichkeit an dieser Stelle

sicherlich noch nicht ausgeschöpft ist, zeigt die Evaluierung

in der Praxis, dass hier nicht die Qualität

der Daten, sondern das Prozesswissen im Mittelpunkt

bestimmend ist. Der für tief reichende operative

Entscheidungen notwendige übergreifende

Zusammenhang wird erst durch die Anreicherung

von Kontextwissen möglich. Gerade dieses Wissen

und seine Nutzbarmachung machten die Datenanalysen

erst wertvoll und sollten in zukünftigen

Industrie-4.0-Ansätzen schon von Beginn an stärker

im Zentrum stehen.

Datenanalysen

gewinnbringend zu

integrieren, bedingt

eine vorherige

Nutzbarmachung

des fachlichen

Kontextes.

Integrating data

analysis in a

profitable way

requires harnessing

of its domainspecific

context.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Increasing the quality and traceability in the production

process is a central promise of Industry 4.0. For

this purpose, component manufacturing is supported

or even realigned by evaluating data from the operative

business. One objective is to establish farreaching

operative control options on the basis of

a fully digitalised and integrated production chain.

The LuFo project EFFPRO_4.0 evaluated the concrete

potential of this target for an aircraft component

manufacturer on the basis of a multi-stage

data analysis.

Based on a mapping of the production landscape,

valuable data sources were first chosen

using a process-oriented data diagram (see Yearbook

2017). Procedures from quality data management

were then combined with classical approaches

from data mining and time series analysis in order

to derive quantitative statements on process capability

or to identify conspicuous measurement

series. Ultimately, however, the knowledge of the

respective technical experts was decisive in order

to be able to assess the result in its context.

Even though the potential for data evaluation

and forecasting has certainly not yet been exhausted

at this point, our practical evaluation suggests

that the pivotal success factor is neither the quantity

nor the quality of the underlying data, but the

deeper understanding of the domain’s background.

Thus, making far-reaching operational decisions

requires the sufficient accumulation of contextual

knowledge beforehand. Above all, it is harnessing

this knowledge that makes data analyses valuable

in the first place and thus should be at the heart

of future Industry 4.0 approaches right from the

beginning.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums für

Wirtschaft und Energie unter

dem Förderkennzeichen

20Y1509E gefördert.

Datenaufnahme

und -analyse

Die Ergebnisse der Analyse werden

von den Fachleuten interpretiert, um

die Umsetzung ihrer Vorgaben nachzuvollziehen.

Im Anschluss werden

daraus Rückschlüsse für zukünftige

Anwendungen gezogen.

Data acquisition

and analysis

The analysis’ results are interpreted by

the experts in order to understand the

implementation of their specifications.

Following this, they draw conclusions for

future applications.

Inspection features

Analytics backend

Processing and visualisation

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Wissensmodelle für zukünftige automatisierte Entscheidungssysteme

Zur Vorbereitung von Entscheidungen müssen Prozessdaten umfassend analysiert und mithilfe interner Prozesserfahrung interpretiert werden.

Dieses Wissen muss in zukünftigen Systemen strukturiert abrufbar sein, um automatisiert höherstufige Entscheidungen zu treffen.

Knowledge models for future automated decision-making

In support of decision-making, comprehensive sets of process data are analysed and interpreted with expert knowledge and internal process experience.

This knowledge model must be incorporated in future systems in order to reach a higher level of automated decision-making.

Process data Interpretation Contextual knowledge

Quality

Machine

Component X

requires

Production

process A

applicable in

Machine 2

applicable in

Wear

affects

Process

Environment

error

indication

Machine 1

Vibration

needs

affects

Temperature

Experience

Operative

decision

32 digital transformation

Engineering 4.0

und die Wirklichkeit

von Modellen

Engineering 4.0

and the Reality of

Models

„Modelle sind des Engineerings Kern“ ist wohl eine

Aussage, der jeder Fachmann zustimmt. Modelle

begleiten den Engineering-Prozess von der Anforderungsanalyse

über erste Designentwürfe und Simulationsmodelle

bis hin zu physischen Modellen und

Prototypen. Die fortschreitende Digitalisierung dieses

kreativen Prozesses und die Verfügbarkeit gewaltiger

Rechenkraft verändern dabei die Rolle von Modellen:

Modelle treiben zunehmend das Engineering (vor-)an

und etablieren sich als die eigentlichen Engineering-

Objekte. Modelle und die physischen Produkte gehen

hier eine neue Koexistenz ein: Produkte werden

anhand von Modellen realisiert und über ihren

Lebenszyklus von ihrem digitalen Zwillingsmodell

begleitet.

Die Harmonisierung der aktuellen Modellierungspraxis

über den gesamten Lebenszyklus und unter

Einbeziehung aller teilnehmenden Stakeholder ist ein

wichtiger Schritt, um hier neue, integrierte, modellbasierte

Engineering-Prozesse zu etablieren. Gerade

darin liegt aber eine der größten Herausforderungen

jenseits von technischen Problemen, wie Austauschformaten,

Schnittstellen oder Tools: Modelle werden

stets in einem spezifischen Kontext eines Produktes

und Projektes erstellt. Um die Zusammenarbeit

zwischen den unterschiedlichen Stakeholdern zu

unterstützen, müssen Modelle also ausreichend

Kontext- und Hintergrundwissen über ihren Lebenszyklus

hinweg vorhalten.

Im Workshop „Modellbasiertes Engineering in

der Luftfahrt“ des Bauhaus Luftfahrt mit seinen

Partnern wurden weitere Herausforderungen identifiziert,

die in weiterführenden Diskussionen und

Kooperationen analysiert werden. Das Verständnis

der aktuellen Veränderungen im digitalen Engineering

in der Luftfahrt sowie der Konsequenzen und

Potenziale ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu

einem Engineering 4.0.

Engineering 4.0:

Verschmelzung von

Modell und Produkt

Engineering 4.0:

Melting model and

product

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

“Models are at the heart of engineering”, as every

practitioner would immediately agree. Models are

accompanying the engineering process from requirements

analysis over first design sketches and simulation

models to physical models and prototypes.

Today’s proceeding digitalisation of this creative process

and the availability of immense computation

power are changing the role of models: models are

increasingly becoming the basis and the heart of

engineering – they emerge as principal engineering

entities. Models and the physical products are in a

new coexistence along their lifecycles: products are

realisations of models and are accompanied by their

digital twin model.

Harmonising the state-of-the-art modelling practice,

techniques, and tool chains over the whole lifecycle

is crucial to accomplish a well-integrated,

model-based engineering process and to involve all

participating stakeholders along the lifecycle. Here,

the real challenge lies beyond technical obstacles,

such as interchange formats, interfaces, and tools:

Models are built and updated in a context specific to

a given project and product. Therefore, they should

provide substantial context and background knowledge

supporting the collaboration of stakeholders

along the entire lifecycle.

After organising a first well-received workshop

on “Model-based engineering in aviation” with our

partners, we are looking forward to continue discussions

in subsequent events in order to analyse the

identified challenges. Understanding the ongoing

step-change in digitalised aircraft engineering, its

consequences and potentials is the crucial first step

towards an Engineering 4.0.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums für

Wirtschaft und Energie unter

dem Förderkennzeichen

20Y1509E gefördert.

Modellbasiertes Engineering:

Herausforderungen

Themenfeld und Herausforderungen inspiriert vom

Workshop „Modellbasiertes Engineering in der

Luftfahrt“

Model-based engineering:

Challenges

Representation of subject area and challenges

inspired from the workshop on “Model-based

engineering in aviation”

Reference/depends

Starting point

Concept

Models vs. product

Model-product

coevolution

Model-requirement

coevolution

Challenge

Current work

Models

SotA modelling

practise

Model2Model

transformations

MB[S]E

MDE

Models as requirement?

Requirements as models?

What is a model?

Who is using it

and how?

Stakeholders in

model lifecycle

Model

exchange

Collaborative

model usage

Depends on

context

Knowledge

exchange

Exchange of

models over IP borders

How to treat context

algorithmically?

Embedding in engineeringproduction-operation

continuum

Ontologies for

engineering

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Ausblick:

Engineering 4.0

Neue Wege für Datennachhaltigkeit

entlang einer nahtlos integrierten

Luftfahrtwertschöpfungskette:

Die Sicherung der Kompatibilität

beziehungsweise Robustheit von

Modellen bezüglich deren unvorhersehbaren,

zukünftigen Nutzung in

einem anderen Kontext ist dabei

eine zentrale Herausforderung.

Digital twin

of previous

product

physical

product

Harmonising models

New

requirements

model

engineering

model

Towards

Engineering 4.0

New pathways for sustainable

data handling along a seamlessly

integrated aviation value chain:

A central challenge is the assurance

of compatibility/robustness of the

models regarding their unforeseeable

future usage in a different context.

Data &

models

Formalised

context

Analyses,

simulations,

etc.

Depends on

(bwd in time)

Engineeringproductionoperationmaintenance

continuum

(fwd in time)

34 operations

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ Business + model + innovation + + along + + + + + + + + + + +

the door-to-door travel chain

+ + + + + + + + + + + + + + + +

User-centred and

cross-modal + + transport + + + + + + + + + + + + + +

in Europe in 2030

+ + + + + + + + + + + + + + + +

Auf der Basis eines fundierten Verständnisses zukünftiger Szenarien und Trends befasst

+ + sich + der Forschungsschwerpunkt + + + „Operationelle + + Aspekte“ + + mit den + veränderten + Randbedingungen

+ + + +

der Mobilität der Zukunft und den entsprechenden Implikationen für den Luftverkehr. Neben

+ + Fragestellungen + + zu + zukünftigen + Bedürfnissen + + von + Passagieren, + Fluggesellschaften + + + und Flughäfen + + +

werden auch neue Prozesse im Betrieb von Luftfahrzeugen untersucht. Vielversprechende

+ + Technologien + + und Ansätze, + + wie neuartige + Transportkonzepte, + + + Betriebsabläufe + + oder + Geschäftsmodelle,

werden in das Lufttransportsystem implementiert und ihr Effekt auf operationeller Ebene

+ + +

wie auch im Zusammenspiel eines intermodalen Verkehrs bewertet. Auf dieser Grundlage

+ + + + + + + + + + + + +

werden Effizienzpotenziale identifiziert und Handlungsempfehlungen für die unterschiedlichen

+ +

Akteure der Luftfahrt formuliert.

+ + + + + + + + + + + + + + +

+ + +

With

a profound

understanding

+ +

future scenarios

+ +

and trends

+ + + + + +

impacting aviation, the research focus area “Operations” investigates

+ + the + implications + for + air transport + + based on + future + mobility + conditions. + + + + + +

Starting from a solid knowledge of the future drivers of the air transport

+ +

+ system, + research + questions + + concerning + future + requirements + + of + + + + +

passengers, airlines, and airports as well as novel processes related

+ + + to aircraft + operation + + are analysed. + + Promising + technologies + + and + + + + +

approaches, such as novel intermodal transport concepts, airside

+ +

operations, or business models, are implemented in the air transport

+ + + + + + + + + + + + +

system and evaluated on an operational level. The results identify

RESEARCH

+ +

efficiency potentials and hence recommendations for different stakeholders

of the air transport system can be given.

FOCUS AREA

+ + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

36 operations

Zukünftige

Veränderungen von

Mobilität in Europa

Changing

Mobility in Europe

Das zukünftige europäische Transportsystem steht

vor der Herausforderung, intermodale Lösungen

unter Berücksichtigung der Nutzeranforderungen

zu entwickeln. Im EU-geförderten Projekt Mobility4EU

wurde eine Vision für ein nutzerzentriertes

und intermodales Transportsystem für Europa in

2030 erarbeitet. Das Bauhaus Luftfahrt nahm hier

die Luftverkehrsperspektive ein. Ein Fahrplan für

diese Vision, der Mobility4EU-Aktionsplan, definiert

spezifische Aktionspunkte, die umgesetzt werden

müssen, um die Ziele zu erreichen.

Kurzfristige Aktionspunkte priorisieren vorrangig

den Austausch und die Zusammenarbeit zwischen

den verschiedenen Vertretern der Verkehrsträger,

die Förderung der Dekarbonisierung des

europäischen Transportsystems und das Bestreben

eines besseren Verständnisses der Verhaltensmuster

der Nutzer für die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle.

Darüber hinaus muss ein rechtlicher Rahmen

für die Umsetzung neuer Transportlösungen

auf EU-Ebene geschaffen werden.

Ein wesentlicher Bestandteil eines intermodalen

Verkehrssystems sind der kontinuierliche

Betrieb und die Verbesserung des bestehenden

Luftverkehrs sowie neuartige Ansätze speziell für

den urbanen Lufttransport. Insbesondere die Anbindung

internationaler Flughäfen kann mit Hybridbis

vollelektrischen sowie automatisierten oder

sogar autonomen Lufttransportlösungen verbessert

werden.

Um den Austausch zwischen allen Beteiligten

im Verkehrsbereich zu fördern, wurde das Forum

für Verkehr und Mobilität ins Leben gerufen. Diese

Plattform soll die Implementierung von nutzerzentrierten

und intermodalen Transportlösungen erleichtern

und eine kontinuierliche Diskussion ermöglichen.

European Transport and Mobility Forum:

http://www.etmforum.eu/

Europäisches

Transport- und

Mobilitätsforum

für den Austausch

zwischen Vertretern

verschiedener

Verkehrsträger

European Transport

and Mobility Forum

for cross-sectoral

exchange between

transport stakeholders

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020

research and innovation

programme under grant

agreement No. 690732.

The future European transport system is expected

to provide intermodal solutions meeting the users’

requirements. Within the project Mobility4EU,

funded by the European Commission, a vision for

a user-centred and cross-modal transport system

in Europe in 2030 was developed, where Bauhaus

Luftfahrt focussed on aviation’s future role. A roadmap

towards that vision, the Mobility4EU Action

Plan, defines specific action items, which need to

be implemented to achieve the vision’s objectives.

Major objectives, which are addressed by

immediate action items in the roadmap, focus on

encouraging exchange and collaboration between

different transport stakeholders, promoting decarbonisation

of the European transport system and

gaining a better understanding of users’ behaviour

patterns to develop new business approaches in

transport. Furthermore, an EU legal framework for

the implementation of novel transport solutions is

required.

One integral part of a truly intermodal transport

system are the continuous operation and improvement

of commercial aviation as well as new transport

solutions, such as urban air mobility. Especially

the connection of international airports can be

improved with this concept of hybrid to full electric,

automated or even autonomous flying vehicles.

In order to foster the required exchange among

the all transport stakeholders, the European Transport

and Mobility Forum has been initiated. This

platform intends to continue with the implementation

of user-centred and cross-modal transport

solutions and to enable continuous discussions

about these transport solutions.

European Transport and Mobility Forum:

http://www.etmforum.eu/

Urban design encourages

active modes.

Personalised

navigation systems

Mobility services provide reliable

connections.

Incentives for passengers,

drivers, and shippers

Universal design enables vehicles,

infrastructure, and services usable by all.

Cars are shared and electrified

and provide high safety.

Transport operators and supply chain

refer to a common open data platform.

Smart connected traffic

management

Last mile delivery

becomes sustainable.

Safe and accessible routes

are continuous.

Cyber security is implemented

on a systemic level.

All users can shift easily from any sharing

service to a public transportation mode.

Vision eines nutzerzentrierten und

intermodalen Verkehrs in Europa im Jahr 2030

Die Vision für einen nutzerzentrierten und intermodalen Transport in Europa

in 2030 adressiert die Reduzierung von Lärm- und CO 2 -Emissionen sowie die

Integration des universellen Designs und der nahtlosen Mobilität.

Vision towards user-centred and

cross-modal transport in Europe in 2030

The vision towards user-centred and cross-modal transport in Europe

in 2030 addresses aspects, such as a reduction of noise and carbon

emissions as well as maintaining universal design and seamless mobility.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Zusammenstellung von intermodalen

Transportlösungen für ausgewählte

Nutzeranforderungen

Viele Nutzeranforderungen werden parallel von mehreren

Verkehrsträgern adressiert.

Aggregation of cross-modal

transport solutions for

selected user needs

Selection comprises user needs with a high number

of solutions across all transport modes.

Efficient

transport flows

and networks

Real-time travel

information and

service

Interoperable

seamless

journeys

Protecting climate,

environment, and

health

Resilient

urban design

Safety

Personalised

mobility offers and

shared models

Air

Rail

Waterborne

Road

Freight

Urban

All modes

38 operations

Wie können

Fluggesellschaften in

Zukunft Geld verdienen?

How Can Airlines

Make Money in the

Future?

Ein Großteil heutiger Fluggesellschaften hat Probleme,

ein profitables Geschäftsmodell aufzusetzen.

Innovationen in diesem Bereich sind somit essenziell,

um neue Einnahmequellen aufzutun und im

wettbewerbsintensiven Markt zu bestehen. Im

Rahmen einer Szenarioanalyse in Zusammenarbeit

zwischen der Technischen Universität München,

Airbus, dem Flughafen München und dem Bauhaus

Luftfahrt wurden zukünftige Entwicklungspfade,

Nischenmärkte und Geschäftsmodelle für diesen

Sektor diskutiert.

Eine Vielzahl von Faktoren, die einen Einfluss

auf den zukünftigen Markt von Fluggesellschaften

haben, wie Marktliberalisierung oder veränderte

Passagierbedürfnisse, wurden auf konsistente und

plausible Weise kombiniert, sodass drei unterschiedliche

Szenarien resultierten. Anhand der differenzierten

Entwicklung in jedem Szenario wurden

verschiedene Geschäftsmöglichkeiten und Einnahmequellen

evaluiert. Die Analyse hat gezeigt, dass

Digitalisierung einen entscheidenden Einfluss auf

diesen Sektor hat. Eine nahtlose Reisekette für

Passagiere kann durch den besseren Austausch von

Daten zwischen Transportdienstleistern ermöglicht

werden.

Zudem ist die Ausgestaltung von Geschäftsmodellen

sehr unterschiedlich – vom Anbieter der

gesamten Reisekette bis hin zum reinen Anbieter

des Flugzeuges. Der Szenarioansatz und die Ergebnisse

fördern somit ein besseres Verständnis der

zukünftigen Einflüsse und Entwicklungen, denen

sich die Fluggesellschaften im Speziellen und die

Luftfahrt im Allgemeinen gegenübersehen. Innovationspotenzial

und das Erkennen von Passagierbedürfnissen

können zu einem Wettbewerbsvorteil

und zu neuen Einnahmequellen führen. Das Aufzeigen

neuer Geschäftsmodelle erweitert außerdem

die heutige Diskussion bezüglich Low-Cost-Airlines

und Full-Service-Airlines.

Anhand dreier

verschiedener

Zukunftsszenarien

werden entsprechende

Airline-Strategien

entwickelt.

Developing future

airline business

strategies based

on the developments

within three

scenarios.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

A high share of airlines struggles to operate profitably.

Innovating airline business models is therefore

crucial to tap additional revenue sources and to

persist in a competitive market. Future paths for

the airline industry, new business models, and

niche markets have been discussed within a scenario-based

analysis in cooperation between Technical

University of Munich, Airbus, Munich Airport,

and Bauhaus Luftfahrt.

Multiple factors that have an influence on the

future airline sector, such as liberalisation efforts

or changing passenger expectations, were combined

in a plausible and consistent way to yield

three different scenario frameworks. The distinct

development within each of these scenarios provided

the basis for the evaluation of new airline

business opportunities and related revenue sources.

It showed that digitalisation is one of the main

drivers for changes within this sector. In order to

facilitate a seamless journey, providers of services

and products along the travel chain see increased

need for sharing and accessing relevant data.

Furthermore, airline business models take different

shapes, ranging from an integrated service

company to a mere provider of the aircraft itself.

This approach and the scenario results contribute

to a more detailed understanding of future

challenges and opportunities for the airline sector.

Being innovative and answering to passenger

expectations provide the potential for a competitive

advantage and resulting ancillary revenues. The

discussion of potential new business models

broadens the current debate circling around low

cost carriers and full service network airlines.

DUTY

FREE

SALE

Scenario A

DUTY

FREE

SALE

Scenario B

DUTY

FREE

SALE

Scenario C

Airline-Geschäftsmodelle mit unterschiedlichem

Angebot entlang der Tür-zu-Tür-Reisekette

Airlines können sich in unterschiedlicher Form entlang der Tür-zu-Tür-Reisekette

positionieren, innovative Geschäftsmodelle etablieren und neue Einnahmequellen

auftun.

Airlines providing different segments

of the passenger door-to-door journey

Airlines can participate in various ways in the door-to-door travel

chain, set up innovative business models and thus tap additional

revenue sources.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Unterschiede und Gemeinsamkeiten

über die drei verschiedenen

Szenarien hinweg

Das Erkennen von Unterschieden und Gemeinsamkeiten

über die drei Szenarien hinweg ermöglicht es Fluggesellschaften,

robuste Zukunftsstrategien für ihre Geschäftsmodelle

zu etablieren.

Similarities and differences across

the three different scenarios

Identifying similarities and differences across the three future

development paths enables airlines to derive robust future

strategies and shape their business models accordingly.

Degree of digitalisation

IT company

ATPs

Conventional

airlines

Airline share of travel chain

C B

Door-to-door

provider

Schematic illustration

Similarities in all

scenarios:

Digitalisation as a

main driver for changes

Need to share/access

data

Still a market for highly

valuable products

Differences between

scenarios:

Degree of data

availability

Degree of collaboration

with other industries

Dedicated concentration

on air travel with air

transport providers

(ATPs) in scenario C

Amount of competitors

in the market

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Dr. Annika Paul Lead Operations

Wir erleben heute eine Umgestaltung des Transportsystems, wie wir es bisher kennen. Ein erster Schritt in diese

Richtung zeigt sich in Lösungen, die Kapazitätsengpässe, Emissionsreduktionen und gleichzeitig veränderte Passagieranforderungen

adressieren. Heutige Geschäftsmodelle im Transportsektor werden von neuen Wettbewerbern, die effizientere

und besser auf den Nutzer zugeschnittene Produkte anbieten, infrage gestellt. Ein Umdenken kann jedoch nur dann nachhaltig

realisiert werden, wenn die Zusammenarbeit sowohl innerhalb der Transportmodi als auch mit anderen Interessengruppen intensiviert

wird und Innovationen gemeinsam vorangetrieben und umgesetzt werden.

We are about to witness a redesign of the transport system as we know it today. Coming up with solutions that tackle

increasing congestion, significantly reduce emissions and, at the same time, meet distinct future passenger needs is an

essential step in this direction. New competitors, such as online platforms, are challenging today’s transport business models by

already providing more efficient or better-tailored services and products. A sustainable rethinking can be realised, though, if the

cooperation across transport modes as well as with other stakeholders is intensified and innovations are being mutually pushed

forward and implemented.

40 alternative

fuels

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + +

Hydrothermal

+ + + + +

liquefaction

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + Solar + thermochemical + + + + + +

fuel production

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + +

Climate

+ +

protection goals

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + Erneuerbare + Alternativen + + zu konventionellem

+ + + + + + + + + +

Kerosin rücken aus ökologischen und ökonomischen

+ + + +

Gründen

zunehmend

+ +

in den

Fokus

der Luftfahrt. In diesem vielfältigen Themenfeld

+ + + + + + +

+ + konzentriert sich der Forschungsschwer-

For ecological and economic reasons,

+ + + + + + + + + + + + +

punkt „Alternative Kraftstoffe“ am Bauhaus renewable alternatives to conventional

Luftfahrt auf folgende zentrale Fragestellungen: jet fuel have moved into the focus of interest

+ + +

Welche

Mengen

können

in Zukunft

weltweit

+ +

+ of the + aviation + industry. + In this + diverse + +

auf nachhaltige Weise produziert werden? thematic field, the research focus area

+ + + + Welche + technischen + Produktionspfade

+ + + “Alternative + + Fuels” + at Bauhaus + Luftfahrt + + +

stehen für eine langfristige Versorgung zur addresses the following key questions:

+ + + Verfügung? + Und + wie sind + diese + Pfade + im Hinblick

+ Which + quantities + + could be + produced + + +

auf ihre technischen, ökologischen und worldwide in a sustainable way? Which

+ + + sozioökonomischen + + Potenziale + + zu bewerten? technical production pathways are available

for a long-term supply of renewable

+ + + + + + + +

Langfristige, bislang weniger entwickelte

+ +

Optionen spielen in den Betrachtungen eine fuels? And how do these pathways perform

with respect to technical, environ-

+ + + + + + + + + + + + +

besondere Rolle. Die Produktion aus unkonventionellen

+ + biogenen Rohstoffen, wie Mikromental

and socioeconomic criteria?

+ + + + + + + + + + + + +

algen, oder nicht-biogene Prozesse, wie solare Currently less mature technology options +

Kraftstoffe und Power-to-Liquid (PtL), stellen with promising potentials for long-term

+ + + hierzu + wichtige + + Forschungsansätze + + dar. + applications + + are + of particular + interest + for + +

the work at Bauhaus Luftfahrt. Fuel production

+ + + + + + + + +

+ from + unconventional + + types + of + +

RESEARCH

biomass, such as microalgae, or non-biogenic

+ + + + +

approaches, such as solar fuels

FOCUS AREA

+ + + + + + + + +

and Power-to-Liquid (PtL), represent

+ +

+ + + + + + + + +

important research topics in this context.

+ + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

alternative fuels

Zukünftige Pfade hin

zu mehr Nachhaltigkeit

in der Luftfahrt

Future Pathways

towards Sustainability

in Aviation

Die Luftfahrt steht vor großen ökologischen Herausforderungen.

Durch das starke Wachstum des

Flugverkehrs werden die Treibhausgasemissionen

des Sektors voraussichtlich weiter stark ansteigen.

Dies steht im Widerspruch zum Ziel der Luftfahrt,

die flottenweiten Emissionen bis 2050 um 50 %

gegenüber 2005 zu reduzieren, und dem globalen

Ziel, die Erderwärmung auf möglichst 1,5 °C zu

begrenzen.

Es stellt sich somit die Frage, welche technologischen

Möglichkeiten für eine Reduzierung der

Treibhausgasemissionen zur Verfügung stehen und

welche Kosten durch deren Implementierung auf

die Luftfahrt zukommen könnten.

In Zusammenarbeit mit dem Flughafen München

wurden mithilfe systemdynamischer Simulationsmodelle

verschiedene Technologieszenarien beleuchtet.

Diese umfassen sowohl evolutionäre

Entwicklungen zur Effizienzsteigerung von Flugzeugen

als auch den Einsatz von nachhaltigem Kerosin.

Erste Ergebnisse zeigen, dass eine kombinierte

Strategie aus starken Effizienzsteigerungen und

einer massiven Nutzung nachhaltiger Kraftstoffe

die Erreichung der Klimaziele potenziell ermöglicht.

Unter bestimmten Bedingungen ließe sich dabei

der Anstieg der Kraftstoffkosten pro Passagierkilometer

auf unter 50 % im Vergleich zum heutigen

Niveau begrenzen. Dies erfordert allerdings

günstige sozioökonomische Rahmenbedingungen,

hohe Technologieinvestitionen sowie ernsthafte

und unverzügliche Anstrengungen aller Luftfahrtakteure.

Weiterführende Forschung wird sich auf den

Ausbau der Simulationsmodelle und die Präzisierung

der Rahmenbedingungen konzentrieren, um

erweiterte und robustere Szenarien entwickeln und

Handlungsempfehlungen für die Luftfahrtakteure

ableiten zu können.

Eine wettbewerbsfähige

und nachhaltige

Luftfahrt ist

möglich, erfordert

aber ganzheitliche

Ansätze.

A competitive and

sustainable

aviation industry

is possible, but

requires holistic

approaches.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Aviation is facing substantial ecological challenges.

Strong growth of air travel will likely lead to a sustained

increase in greenhouse gas emissions. This

stands in contrast to the goal of the aviation industry

to reduce fleet-wide emissions by 50 % until 2050

and the worldwide goal to limit global warming to

preferably under 1.5 °C.

This brings up a core question: Which technological

solutions are available in order to achieve

substantial emissions reductions, and which implementation

costs might the aviation industry have

to face?

In cooperation with Munich Airport, system

dynamic models have been developed to shed light

on different possible technology scenarios. These

comprise both evolutionary technologies increasing

aircraft efficiency and the deployment of sustainable

jet fuel. First results show that climate goals

can be achieved with a combined strategy of strong

aircraft efficiency improvements and a massive

use of sustainable fuels. Under certain conditions,

fuel cost increase per passenger kilometre can

be limited to 50 %, compared to current levels.

However, this requires a supportive socioeconomic

framework, high investments in technology, as well

as serious and immediate commitments by all aviation

actors.

In order to develop more complete and robust

scenarios and deduce policy recommendations for

aviation actors, future research will focus on

expanding the simulation models and specifying

more precisely framework conditions.

Technology roadmaps

Technology A, B, C, etc.

EIS, ramp-up & production

Socioeconomic scenarios

RPKs (in billion)

25000

20000

15000

10000

5000

GDP (world)

4.00 % p.a.

(2020 – 2050)

3.44 % p.a.

(2000 – 2020)

RKP (world)

3.78 % p.a.

(2000 – 2050)

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

years

250

200

150

100

Econ. framework conditions , ,

XXX (in billionX)

[%] 10

Air traffic growth p.a.

2012 2016 2020 2024 2028 2032 2036 2040

2012 Industrial Countries XXXXXX XXXXXX

Air traffic growth p.a.

[%] 14

-2

2012 2016 2020 2024 2028 2032 2036 2040

2012 Industrial Countries XXXXXX XXXXXX

Fleet model

yearly RPK growth

slf 2

ASK 2

slf 1

ASK 1

ASK* 2

RPK 1

RPK 2

Year 1 (base year) Year 2

Market growth gap

Retirement gap

Remaining ASKs

(after retirement from previous year)

Capacity gap

Socioeconomic developments

Technology dynamics

Regional/global air traffic dynamics

Substitution rate/market penetration

Retirement rate

Fuel production model

Billionen €

2.5

1.5

0.5

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Capacity and cost dynamics

Time

Fleet in service

Future fleet composition

70000

60000

50000

40000

30000

20000

10000

2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Fuel/CO2 scenarios

CO 2

emissions

Co2 emissions scenarios

carbon-neutral

growth

2005 2020 2030 2040 2050

no action

-50 %

CO 2 scenarios A , A , B , etc.

Seat category

601 – 650

501 – 600

401 – 500

301 – 400

211 – 300

151 – 210

101 – 150

51 – 100

CO 2

emissions

gaps

Integrierte Modellstruktur zur holistischen

Analyse von Zukunftsszenarien

Basierend auf Annahmen zu Technologieentwicklung und sozioökonomischen

Trends, können mit diesem ganzheitlichen Modellierungsansatz Flottenzusammensetzungen,

Kraftstoffbedarfe und -produktionskapazitäten abgeleitet werden.

Integrated model structure for a holistic

assessment of future scenarios

This integrated modelling approach allows to deduce fleet

compositions, fuel demands, and fuel production capacities based on

assumptions for technology development and socioeconomic trends.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Modellierte CO 2 -Emissionstrajektorien der Luftfahrt

im Vergleich zu Emissionsreduktionszielen

Selbst bei starken Effizienzsteigerungen entsteht eine Lücke zwischen den erwarteten

und anvisierten CO 2 -Emissionen. Diese Lücke kann theoretisch durch den massiven

Einsatz alternativer Kraftstoffe geschlossen werden.

Projected CO 2 emissions trajectories of aviation

in comparison to emissions reduction goals

Even with strong efficiency gains, a gap appears between expected and targeted CO 2

emissions. This gap can theoretically be closed by a massive use of alternative fuels.

Projected CO 2 emissions, relative to year 2005 (=100)

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

2005 2015 2025 2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095

Projected growth, no efficiency

improvements

Aviation industry‘s emissions reduction goals

2100

Projected growth, with substantial

efficiency improvements

Paris climate goals (estimate)

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Dr. Arne Roth Lead Alternative Fuels

Die im Pariser Klimaabkommen vereinbarten Ziele zum Klimaschutz erfordern auch von der Luftfahrt eine drastische

Reduktion der Treibhausgasemissionen und langfristig eine vollständige Dekarbonisierung des Sektors. Dafür muss

zum einen der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden, etwa durch technologische Innovationen und operationelle Optimierung. Zum

anderen muss eine Energiewende im Luftverkehr erfolgen, also ein Wechsel zu einer erneuerbaren Energiebasis. Die Analyse

technischer, ökologischer und sozioökonomischer Potenziale von erneuerbaren Energieträgern bildet die zentrale Aufgabe des

Forschungsschwerpunktes „Alternative Kraftstoffe“ am Bauhaus Luftfahrt.

The targets for climate protection defined in the Paris Agreement demand drastic reductions in greenhouse gas

emissions and, ultimately, a complete decarbonisation of all sectors, including aviation. An important measure for

aviation to meet these targets is to reduce fuel consumption, for example, through technological innovations and operational

optimisation. Another mandatory measure is the energy transition in air traffic, that is, the transition to a renewable energy basis.

The assessment of technical, environmental, and socioeconomic potentials of renewable energy carriers represent the central

task of the research focus area “Alternative Fuels” at Bauhaus Luftfahrt.

44 alternative fuels

Partikelreaktorkonzept

zur solaren

Synthesegasproduktion

Particle Reactor

Concept for the

Production of Solar

Synthesis Gas

Solarthermochemische Kraftstoffe könnten den

CO 2 -Eintrag der Luftfahrt um über 80 % gegenüber

konventionellem Kerosin senken und sind prinzipiell

in beliebiger Menge verfügbar. Zu ihrer Herstellung

werden Wasser und CO 2 in einem thermochemischen

Reaktor mit konzentrierter Solarenergie zu

Synthesegas umgewandelt, welches anschließend

im Fischer-Tropsch-Prozess zu Kerosin verarbeitet

wird. Der thermochemische Reaktor mit dem Feststoff-Reaktant

Cerium ist das Herzstück der Prozesskette

mit heutigen Wirkungsgraden von etwa

5 %. 1 Für eine ökonomische Produktion sollten

jedoch Werte von circa 20 % erreicht werden, 2

weshalb neue Konzepte erforscht werden.

Unter den neuen Reaktorkonzepten ist der

Cerium-Partikelreaktor sehr vielversprechend, da

er die effektive Wärmeübertragung von heißem zu

kaltem Reaktant-Material und neue Reaktorgeometrien

ermöglicht.

Im untersuchten Reaktorkonzept laufen die

Partikel vertikal im Gegenstrom, wobei die kalten

Partikel von den heißen aufgeheizt werden. Auf

der oberen, heißen Seite erfolgt die Reduktion des

Materials, welches dann auf der unteren, kalten

Seite durch Oxidation mit Wasser und CO 2 zur

Synthesegasproduktion genutzt werden kann. Die

detaillierte Modellierung der Wärmeübergänge

des Konzeptes zeigt, dass etwa 50 bis 80 % der

Wärme rekuperiert werden können, abhängig von

der Durchmischung der Partikel. Mithilfe des im

Projekt SUN-to-LIQUID entwickelten Modells ist

die Bestimmung der optimalen Geometrie zur Maximierung

des Wirkungsgrades möglich. Die durchgeführten

Arbeiten stellen somit einen wichtigen

Schritt dar auf dem Weg zu effizienteren Reaktoren

für die solarthermochemische Kraftstoffproduktion.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

1800 K

1000 K

Mit dem entwickelten

Modell kann

die Wärmeübertragung

im Detail

untersucht werden.

The developed

reactor model

enables detailed

analysis of heat

transfer.

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020 research

and innovation programme

under grant agreement No.

654408. (www.sun-to-liquid.eu)

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

T [K]

Solar thermochemical fuels could reduce the net

CO 2 emissions of the aviation sector by over 80 %

with respect to conventional fuels and are in principle

available in unlimited volumes. Using concentrated

solar energy in a thermochemical reactor,

water and CO 2 are converted into synthesis gas

from which jet fuel is subsequently synthesised in

the Fischer-Tropsch process. The thermochemical

process step with cerium oxide as the solid

reactant is the cornerstone of the process chain,

achieving energy conversion efficiencies of about

5 % 1 today. For an economical fuel production,

values approaching 20 % 2 should, however, be

accomplished. For that reason, new reactor concepts

are being investigated.

Among the new concepts, a reactor using

mobile cerium oxide particles is very promising

because it enables the effective transfer of heat

from hot to cold reactant material, as well as new

reactor geometries.

In the analysed reactor concept, the particles

move in a vertical counter-flow, whereas the cold

particles are heated by the hot ones. At the upper,

hot side, the material is reduced, while it is subsequently

reoxidised at the lower, cold side of the

reactor for the production of synthesis gas from

water and CO 2 . The detailed modelling of heat

transfer in this concept shows that about 50 to 80 %

of the heat can be recuperated, dependent on the

level of mixing of the particles. Developed in the

SUN-to-LIQUID project, this model can be used to

determine the optimal geometry for the maximisation

of efficiency. The performed work therefore

represents an important step on the path towards

more efficient reactors for solar thermochemical

fuel production.

Marxer, D., Furler, P., Takacs, M., & Steinfeld, A. (2017). Solar thermochemical

splitting of CO 2 into separate streams of CO and O 2 with high

selectivity, stability, conversion, and efficiency. Energy & Environmental

Science, 10(5), pp. 1142–1149. doi: 10.1039/C6EE03776C

Falter, C., Batteiger, V., & Sizmann, A. (2015). Climate Impact and Economic

Feasibility of Solar Thermochemical Jet Fuel Production. Environmental

Science & Technology, 50(1), pp. 470–477. doi: 10.1021/acs.

est.5b03515Taufkirchen, Germany, 2018.

Funktionsweise des

Partikelreaktors

Die Partikel des reaktiven Materials werden bei hohen

Temperaturen reduziert (rot, oben), durchlaufen einen

Gegenstromwärmeübertrager und werden bei niedrigeren

Temperaturen unter Bildung von Synthesegas (H 2 , CO)

oxidiert (blau, unten).

Operating principle

of the particle reactor

Particles of the reactive material are reduced at high

temperatures (red, upper side), moved through a

counter-flow heat exchanger and are reoxidised at lower

temperatures (blue, lower side), producing synthesis

gas (H 2 , CO).

Source: Falter, C., & Pitz-Paal, R. (2018). Modeling counter-flow particle

heat exchangers for two-step solar thermochemical syngas production.

Applied Thermal Engineering, 132, pp. 613–623. doi: 10.1016/j.applthermaleng.

2017.12.087

H 2 O, CO 2

O 2

H 2 ,CO

∆r

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Wirkungsgrad des Wärmeübertragers

im Partikelreaktor

Der Wärmeübergang im Reaktor ist entscheidend von der Durchmischung

der Partikel abhängig und wird zu kleinen Schichtdicken

des Partikelbettes (∆r, Abbildung oben) maximiert.

Efficiency of heat transfer in the

particle reactor

Heat transfer in the reactor is crucially dependent on the level of

mixing of the particles and is maximised towards small thicknesses

of the particle bed (∆r, figure above).

Heat exchanger effectiveness εhe

80 %

70 %

60 %

50 %

40 %

30 %

20 %

10 %

0 %

0 0.01

Perfect mixing

No mixing

0.02 0.03 0.04 0.05

∆r of hot particle bed [m]

Source: Falter, C., & Pitz-Paal, R. (2018). Modeling counter-flow particle heat exchangers for two-step solar thermochemical syngas production. Applied Thermal Engineering, 132,

pp. 613–623. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2017.12.087

46 alternative fuels

Kraftstoffe durch hydrothermale

Verflüssigung

von Biomasse

Fuels from Hydrothermal

Liquefaction

of Biomass

Die hydrothermale Verflüssigung (HTL) ist ein

thermochemisches Verfahren zur Konversion

von Biomasse. Der HTL-Prozess kann selbst

problematische Abfallströme, wie Klärschlamm

und Gülle, ohne energieintensive Trocknung in

ein erdölähnliches Rohprodukt umwandeln.

Dieses „Biocrude“ wird durch petrochemische

Raffination zu Kraftstoffen aufbereitet.

Im EU-geförderten Projekt HyFlexFuel

arbeiten zehn europäische Partner an der Entwicklung

einer HTL-basierten Prozesskette zur

Produktion nachhaltiger Kraftstoffe. Alle Teilprozesse,

einschließlich der Verwertung von

Nebenprodukten und Restströmen, werden im

Projekt unter relevanten Prozessbedingungen

demonstriert.

Im ersten Projektjahr wurden an der Universität

Aarhus (DK) mehrere HTL-Kampagnen

an einer weltweit einzigartigen Pilotanlage

durchgeführt. Dabei wurden durch Konversion

von Klärschlamm, der Mikroalge Spirulina

und dem Energiegras Miscanthus jeweils über

10 kg Biocrude sowie 200 L wässrige Produktphase

gewonnen. 1

Erste Tests zur katalytischen Aufbereitung

des Biocrudes wurden an der Universität Aalborg

(DK) durchgeführt. Dabei konnten der

gebundene Sauerstoff vollständig sowie der

Stickstoff weitgehend entfernt werden. 2 Die

Abtrennung dieser Elemente ist ein wichtiger

Schritt auf dem Weg zur Produktion hochwertiger

Kraftstoffe.

Das Bauhaus Luftfahrt koordiniert das Projekt

HyFlexFuel und ist für die techno-ökonomische

und ökologische Analyse des Prozesspfades

verantwortlich. Erste Analysen zeigen,

dass die Integration einzelner Teilprozesse,

wie etwa die energetische Nutzung der wässrigen

Produktphase, eine entscheidende Rolle

spielt, um HTL-Kraftstoffe zu etablieren.

Produktion von

Biocrude: Biocrude

ist das Rohprodukt

der hydrothermalen

Verflüssigung von

Biomasse.

(Quelle: Universität Aarhus)

Production of

bicrude: Biocrude

is the raw product

of hydrothermal

liquefaction of

biomass feedstock.

(Source: Aarhus University)

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020 research

and innovation programme

under grant agreement

No. 764734. (www.hyflexfuel.eu)

Hydrothermal liquefaction (HTL) is a thermochemical

technology for the conversion of biomass. Even

problematic wastes and residues, such as sewage

sludge and manures, can be processed through HTL

into a raw product that is similar to conventional

crude oil. This “biocrude” is upgraded to fuels

through petrochemical refining procedures.

In the EU-funded project HyFlexFuel, a consortium

of ten European partners collaborates on the

development of an HTL-based fuel production

chain. All sub-processes, including the valorisation

of by-products and residual process streams, are

demonstrated in a relevant operational environment.

In the first year of the project, HyFlexFuel partner

Aarhus University (DK) conducted several HTL

campaigns in a unique pilot facility. These campaigns

yielded more than 10 kg of biocrude and

200 L of aqueous product phase from processing

sewage sludge, microalgae (Spirulina), and the

energy grass miscanthus. 1

First screening experiments on catalytic upgrading

of biocrude were carried out by Aalborg

University (DK). Under certain process conditions,

the chemically bound oxygen could be completely

removed, while removal of nitrogen proved more

challenging and was partially achieved. 2 Complete

deoxygenation and denitrogenation represent

important steps on the way to produce liquid transportation

fuels.

In HyFlexFuel, Bauhaus Luftfahrt acts as coordinator

and is responsible for the techno-economic

and environmental assessment of the entire process

chain. First findings indicate that the integration

of individual sub-processes, such as the energetic

utilisation of the aqueous product phase,

plays a crucial role in the development of a HTLbased

fuel production.

Anastasakis, K., Biller, P., Madsen, R., Glasius, M., & Johannsen,

I. (2018). Continuous Hydrothermal Liquefaction of Biomass in a Novel

Pilot Plant with Heat Recovery and Hydraulic Oscillation. Energies,

11(10), p. 2695. doi: 10.3390/en11102695

Haider, M., Castello, D., Michalski, K., Pedersen, T., & Rosendahl,

L. (2018). Catalytic Hydrotreatment of Microalgae Biocrude from

Continuous Hydrothermal Liquefaction: Heteroatom Removal and Their

Distribution in Distillation Cuts. Energies, 11(12), p. 3360. doi: 10.3390/

en11123360

Von der Biomasse zum Kraftstoff

Änderung der chemischen Zusammensetzung durch hydrothermale Verflüssigung von Biomasse (hier: Mikroalge Spirulina)

und anschließende Aufbereitung: Stickstoff- und Sauerstoffgehalt werden stark reduziert (Quelle: Universität Aalborg). 2

From biomass to fuels

Changing chemical composition upon hydrothermal liquefaction of biomass (here: microalgae Spirulina) und subsequent

upgrading: The contents of nitrogen and oxygen are strongly reduced (Source: Aalborg University). 2

Carbon

Microalgae Spirulina

Biocrude

Hydrogen

Nitrogen

Oxygen

Biocrude upgraded

Composition (daf) wt%

0 % 20 % 40 % 60 % 80 %

100 %

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Steigerung der Prozesseffizienz

Einfluss des Trockenmassegehaltes des HTL-Eingangsstromes

auf die Effizienz der energetischen Nutzung

der wässrigen Produktphase. Erst ab etwa 10 bis

16 % Trockenmassegehalt wird eine positive Energiebilanz

erreicht.

Increase of process efficiency

Impact of dry matter content in HTL feedstock slurry

on the efficiency of energetic utilisation of the

aqueous product phase. A minimum of 10 to 16 %

dry matter content is required for a positive energy

balance.

Energy in MJ

Energy output (methane)

Thermal energy input

A) 73 % heat recovery

B) 83 % heat recovery

5 10 15 20 25

Dry matter content in HTL feed in wt%

energy technologies

& power systems

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + +

Bookkeeping

schemes + + and + + + + + + + + + +

figures of merit

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ Synergistic + + propulsion +

system design

+ + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + +

Wake-filling

+ +

aircraft concepts

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + +

Der interdisziplinäre Forschungsschwerpunkt

+ + + + + + + +

The interdisciplinary research focus area concentrates the

+ konzentriert die For-

research activities on novel combustion-based and alternative

+ + + + + + + + + + + + + +

schungsarbeiten zu neuartigen auf (hybrid-)electric motive power systems for aircraft. This

Verbrennung basierenden und alternativen

extends the search for new aircraft energy options well beyond

+ +

(hybrid-)elektrischen

+ + +

Antrieben

so-called

drop-in

solutions.

+ +

The technological

+ +

challenges

+ + +

in der Luftfahrt. Dies erweitert associated with novel thermo-dynamic cycles as well as fully

+ + die + Suche + nach + neuen Energieoptionen

+ + or hybrid-electric + + motive + power + systems + are + addressed + from + +

im Flugzeug deutlich über so-

the basics upwards: Relevant key technologies are identified,

+ + sogenannte + Drop-in-Lösungen + + + hinaus. + future + potentials + for + energy + converters + are + assessed, + and + +

Die technologischen Herausforde- hybrid systems are conceptually designed and analysed at

+ + rungen + durch + neue + Kreisprozesse + + aircraft + level. + Therefore, + scientists + + and engineers + + search + +

wie auch voll- oder hybridelektrische answers along the main research questions:

+ +

Antriebstechnik werden von den

+ + + + + + + + + +

Grundlagen her aufbauend adressiert:

1) Energy and propulsion technologies:

+ + + +

+ Es werden relevante Schlüssel-

What are enabling key technologies?

+ + + + + + + + + + +

technologien identifiziert, zukünftige 2) Energy conversion devices:

+ + + +

Potenziale von Energiewandlern What are their future potentials?

+ + bewertet + sowie + hybride + Antriebskonzepte

+ + 3) Hybrid + system + architectures: + + + + + + +

entwickelt und auf Flugzeug-

How can the best of two worlds be combined?

+ + ebene + analysiert. + Dabei + arbeiten + die + + + + + + + + + +

Wissenschaftler und Ingenieure entlang

der + wesentlichen + Fragestellungen:

+ + + + + + + + + + + +

+ +

RESEARCH

1) Energie- und Antriebstechnologien:

FOCUS AREA

+ +

Was sind

die Schlüsseltechnologien?

+ + + + + + + + + + + + +

2) Energiewandler: Was sind ihre

+ +

zukünftigen Potenziale?

+ + + + +

3) Hybride Systemarchitekturen:

+ + + + + + + + +

Wie lässt sich das Beste aus zwei

+ + + + Welten + kombinieren? + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

50 energy technologies

& power systems

Brennstoffzellen als

Mobilitätsoption: Fortschritte

und Perspektiven

Fuel Cells as Power

Option for Mobility:

Progress and Prospects

Mit der direkten elektrochemischen Umwandlung

von chemischer in elektrische Energie stellen

Brennstoffzellen eine vielversprechende Lösung für

elektrische Mobilität dar. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor

mit Generator ist die PEM-Brennstoffzelle

kompakter bei vergleichbarer spezifischer

Leistung. Die PEM-Brennstoffzelle ist heutzutage

eine ausgereifte Technologie, wobei Kosten,

Lebensdauer und Zuverlässigkeit drei Hauptkriterien

für den kommerziellen Erfolg und die Akzeptanz

sind, in denen ein Brennstoffzellensystem besser

sein muss als ein herkömmliches System.

Die Kosten eines PEM-Systems werden auf

Zellebene durch den Katalysator und die Membran

bestimmt. Der Stapel hat jedoch nur einen Anteil

von circa 40 % an den Gesamtkosten, die damit

zum größeren Teil durch die Nebenaggregate

bestimmt werden. Letztere sind auch die „Achillesferse“

bei der Zuverlässigkeit. So führen Probleme

mit Lüftern, Kompressoren und Undichtigkeiten

am häufigsten zu einer Abschaltung des Systems.

Die Kernkomponente, der Stapel, arbeitet dagegen

meist zuverlässig über die geforderten Betriebsstunden

und ist wartungsfrei.

Die Technologieziele für die PEM-Brennstoffzelle

von 2009 für das Jahr 2020 sowie die langfristigen

Ziele des „Fuel Cell Technologies Office“ im

„US Department of Energy“ wurden bereits in 2015

erreicht und teilweise übertroffen, wie zum Beispiel

die Leistungsdichte des Stapels und Systems oder

die geforderte Betriebsdauer. Der kommerzielle

Durchbruch erfordert jedoch ein leistungsfähiges

Gesamtsystem mit einer entsprechenden Wasserstoff-Infrastruktur.

Ein solches wird im Rahmen

urbaner Mobilität bereits erprobt. Im Gesamtbild

der Klimawirkung des Luftverkehrs werden am Bauhaus

Luftfahrt die langfristigen Technologiepotenziale

auf allen Hierarchieebenen der Integration

neu bewertet, von der Effizienz des Stapels bis zum

techno-ökonomischen Potenzial des Gesamtsystems.

Schematische

Darstellung eines

Brennstoffzellensystems

Schematic

representation of

a fuel cell system

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

H 2 O 2

With the direct electrochemical conversion of chemical

energy to electrical energy, fuel cells represent

a promising solution for electrical mobility. In contrast

to the internal combustion engine with a

generator, the PEM fuel cell is more compact at a

comparable specific power. The PEM fuel cell is a

mature technology today, whereby cost, lifetime,

and reliability are three main criteria for commercial

success and acceptance on the market, wherein a

fuel cell system must be better than a conventional

system.

The catalyst and the membrane determine the

cost of a PEM system at cell level. At system level,

the auxiliary equipment cost accounts for the largest

share, whereas the stack accounts for about 40 %

of the total system cost. The auxiliary equipment is

also the “Achilles’ heel” in terms of reliability. Problems

with fans, compressors, and leakages are the

most frequent causes for a shutdown of the system.

The core component, the stack, usually works reliably

over the required operating hours and is truly

maintenance-free.

The technology targets for the PEM fuel cell for

2020 and the long-term targets, both set in 2009

by the “Fuel Cell Technologies Office” of the “US

Department of Energy”, were already achieved in

2015 and surpassed in some cases, such as the

power density of the fuel cell stack and system or

the required operating time. The commercial breakthrough,

however, requires a well-performing overall

system with a corresponding hydrogen infrastructure.

Such system is already being tested in the

context of urban mobility. Bauhaus Luftfahrt re-evaluates

in the field of climate impact of aviation the

long-term technology potentials at all levels of integration,

ranging from stack efficiency to the techno-economic

potential of the overall system.

Gravimetrische und volumetrische Leistungsdichte

Aktueller Stand der Technologie 2018 von PEM-Brennstoffzellenstapeln in verschiedenen Leistungsklassen

im Vergleich zu den Technologiezielen des „US Department of Energy“

Specific power

and power density

State of the art (2018) of the

technology of PEM fuel cell

stacks in different power

classes compared to the

technology targets of the

“US Department of Energy”

Specific power in kW/kg

3.5

3.0

Intelligent Energy Ltd.

2.5

DoE ultimate target kW/kg

2.0

1.5

Toyota Mirai

Ballard Power Inc.

1.0

0.5

General Motors

air-cooled

0 0 20 40 60 80 100 120

Net. el. power in kW

Power density in kW/L

4.0

3.5

Intelligent Energy Ltd.

3.0

2.5 DoE ultimate target kW/L

Toyota Mirai

2.0

Ballard Power Inc.

1.5

1.0

General Motors

0.5

air-cooled

0 20 40 60 80 100 120

Net. el. power in kW

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Erfüllung der Technologieziele

Multi-Kriterien-Darstellung des Istzustandes (2015) von PEM-

Brennstoffzellen (Bestwerte) gegenüber den Department-of-Energy

2020-Zielen und langfristigen Ambitionen

Fulfilling technology targets

Multi-criteria representation of the 2015 state of PEM fuel cells (best values)

against the Department of Energy 2020 targets and long-term ambitions

2015

2020 targets

Ultimate targets

(reference)

System

Peak

efficiency

2015

2020 targets

Ultimate targets

(reference)

Stack

Power

density

W/L

Relative cost-specific power

2015

2020 targets

MEA

kW/$

Power

density

W/L

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Power

density

W/L

Durability

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Specific

power

W/kg

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Cost-specific

power

kW/$

Specific

power

W/kg

Cost-specific power

kW/$

Bipolar plate

kW/$

Membrane

kw/$

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

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

Batteriebasierte Elektromobilität hat sich als praxistauglich erwiesen, trotz des bestehenden Entwicklungsbedarfs hin

zu höherer Reichweite. Brennstoffzellensysteme hingegen haben andere Skalierungseigenschaften und bieten daher eine

bessere Lösung bei längeren Betriebszeiten. Während Brennstoffzellensysteme heute mit Verbrennungsmotoren vergleichbar sind,

weisen sie bei ähnlichen elektrischen Gesamtwirkungsgraden im Gegensatz zu einer Gasturbine-Generator-Kombination für den

hohen Leistungsbereich immer noch erhebliche Gewichtsnachteile von bis zu einem Faktor von 10 auf. Brennstoffzellen scheinen

jedoch als APU-Ersatz aufgrund spezieller Integrationsvorteile ein sinnvolles Anwendungspotenzial zu bieten.

Battery-based electric mobility has proven practical, despite the need for further development towards extended operating

range. Fuel cell systems, on the other hand, have different scaling characteristics and may provide a better solution for

extended operation times. Whereas fuel cell systems can compare to internal combustion engines today, they still exhibit significant

weight penalties by a factor of 10 at similar overall electric efficiencies, when opposed to core engines of gas turbines coupled with

an electric generator in the high-power regime. However, fuel cell systems as replacement for the APU seem to have reasonable

potential because of their specific integration benefits.

52 energy technologies

& power systems

Antriebs-Vorstudien

eines turboelektrischen

„Propulsive Fuselage“

Powerplant Pre-Design

Studies for a Turboelectric

Propulsive Fuselage

Die Auslegung des Antriebsstranges eines turboelektrisch

betriebenen „Propulsive Fuselage

Concept“ stellt einen der Forschungsschwerpunkte

des von der Europäischen Union geförderten

Forschungsprojektes CENTRELINE dar. In diesem

Zusammenhang wurden am Bauhaus Luftfahrt Vorstudien

der wesentlichen Systeme durchgeführt.

Das Antriebskonzept zeichnet sich durch flügelinstallierte

Getriebefan-Triebwerke (GTF) aus, die

speziell für die zusätzliche Bereitstellung der Leistung

des elektrischen Propulsors am Rumpfheck

ausgelegt sind. Diese Zusatzleistung übersteigt

die typischen Leistungsbedarfe für Flugzeugsubsysteme

bei Weitem und kann starken Einfluss

auf die Leistungsbilanz der zugehörigen Triebwerkswellen

haben. Für ein Triebwerk mit einer

Design-Entnahmerate von 15 % der Niederdruckturbinenleistung

sind die Auswirkungen operativer

Entnahmeleistungen in der Abbildung rechts

oben gezeigt. Das Teillastverhalten eines konventionellen

GTF ist zum Vergleich dargestellt. Die

Abbildung verdeutlicht, dass die Variabilität der

Entnahme im Off-Design-Betrieb durch verschiedene

Betriebsgrenzen der Turbokomponenten limitiert

ist.

Wichtige Erkenntnisse zum Auslegungs- und

Betriebsverhalten des rumpfinstallierten Propulsors

sind aus der unteren Abbildung ableitbar. Es zeigt

sich, dass sich das Rückgewinnungsverhältnis des

Totaldruckes im Einlauf (p 2 /p 0 ) – ein Parameter,

der bei in der Grenzschicht arbeitenden Antrieben

typischerweise beeinträchtigt ist – signifikant auf

die Systemeigenschaften auswirkt. Neben den

Folgen von Fandruckverhältnis-Änderungen zeigt

die zweite Abbildung auch den ausgeprägten Einfluss

von p 2 /p 0 auf den Fandurchmesser und die

erforderliche Wellenleistung im Startfall.

CENTRELINE –

ConcEpt validatioN

sTudy foR fusElage

wake-filLIng propulsioN

intEgration

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

The conceptual design of the turboelectric drive

train for a Propulsive Fuselage Concept is one of the

research areas investigated as part of the European

Union-funded research project CENTRELINE. In this

context, pre-design studies of major systems were

conducted at Bauhaus Luftfahrt. The power transmission

concept is characterised by wing-installed

geared turbofan (GTF) engines specifically designed

to allow for power off-takes required for the operation

of the fuselage-installed electric propulsor.

These power extractions are significantly greater

than the amount typical for aircraft subsystems and

may have a strong impact on the power balance

of the engine spools. The powerplant off-design

study presented in the upper figure on the right page

shows the implications of varying operational power

extraction levels for a design off-take representing

15 % of the low-pressure turbine power output. For

comparison, the part power characteristic of a conventional

GTF is shown as well. As can be seen, the

extraction variability during off-design operation is

constrained by several operating limits of the associated

turbo components.

Important results on the design and operating

characteristics of the fuselage-installed propulsor

can be derived from the figure below. It has been

established that freestream total pressure recovery

ratio (p 2 /p 0 ) – a parameter that is typically impaired

in case of propulsors working in the boundary layer

– has a significant impact on the performance characteristics.

Beside the implications of design fan

pressure ratio variations, the second figure shows

the pronounced effect of p 2 /p 0 on fan diameter and

required shaft power at take-off conditions.

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020 research

and innovation programme

under grant agreement

No. 723242.

Untersuchung signifikanter

Leistungsentnahmen

Die Grafik erläutert den Einfluss operationeller Leistungsentnahme-Variationen

von der Niederdruckwelle auf TSFC.

Die erzielbaren Entnahmen sind durch Betriebsgrenzen der

beteiligten Turbokomponenten limitiert.

Investigation of significant

power off-takes

The graphic indicates the impact of operational variations

in relative off-take from the low-pressure spool on TSFC.

Feasible power off-takes are constrained by operating limits

of associated turbo components.

Thrust-specific fuel consumption (TSFC) [g/(kN x s)]

0.80

PLP,rel,ds = 0

0.85

Rel. corrected fan speed (NL,rel,corr) [-]

0.90

1000

Typical cruise condition

(M0.82, FL350, ISA+10K)

Design LP spool power offtake (PLP,rel,ds): 0.15

HP power offtake for aircraft subsystems: 600 kW

Scaling factor of relative LP power offtake [-]

Total power offtake [kW]

Inner fan surge margin constraint (10 %)

IPC surge margin constraint (15 %)

HPC corrected speed constraint

Flow path sizing point

3000

2000

0.95

4000

5000

1.00 1.01

1.65

0.10

1.00

PLP,rel,ds = 0.15

15 20 25 30 35 40 45 50 55

Net thrust (FN) [kN]

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Auslegungsstudie des im Rumpfheck

installierten Antriebssystems

Einfluss des von der Grenzschicht beeinträchtigten Druckrückgewinnungsverhältnisses

im Einlauf und des Design-Fandruckverhältnisses

auf die Dimension und die Startleistung

des rumpfinstallierten Propulsors

Sizing study of the fuselage fan

propulsion system

Impact of the boundary layer-impaired intake total pressure

recovery ratio and the design fan pressure ratio on dimension

and take-off performance of the fuselage fan propulsion system

Design thrust-specific power consumption (TSPC) [W/N]

900

800

700

600

500

400

300

Study settings:

Flow path sizing point:

FL350, M0.82, ISA+10K

Fan inlet hub diameter: 1.15 m

Takeoff point:

SL, M0.25, ISA+15K

Fan relative corrected speed: 0.7

Color contours:

Design-specific thrust [m/s]

Design intake total 0.80

pressure recovery ratio 7

(p2/p0) [-]

0.90

0.95

1.65

0.85

1.50 1.40

1.30

Design fan pressure ratio [-]

1.25

Shaft power at takeoff

[MW]

1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

110

100

Fan inlet tip diameter [m]

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

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

Elektrische Antriebe sind ein Schlüsselfaktor zur Erschließung neuer Marktsegmente am unteren Ende des Nutzlast-

Reichweiten-Spektrums. Wärmekraftmaschinen werden jedoch auch weiterhin das Rückgrat der klassischen Transportluftfahrt

bilden. Damit die Antriebselektrifizierung eine größere Relevanz für die Nachhaltigkeit der Luftfahrt erlangen kann, muss sie

eng mit fortschrittlicher Gasturbinentechnologie integriert werden. Dies gilt auch für das vielversprechende turboelektrische

„Propulsive Fuselage Concept“. Entscheidend sind hierzu geringe Verluste im turboelektrischen Antriebsstrang und eine optimale

Abstimmung der Haupttriebwerke und des Rumpfheckantriebes.

Electric propulsion and power are a key enabler for new market segments at the low end of the payload-range spectrum.

Heat engines, however, will remain the backbone for propulsion and power in classic air transportation. To enable

a strong impact on aviation’s sustainability, the electrification of aircraft motive power requires a synergistic systems design

integration with advanced gas turbine technology. This holds true for the promising turboelectric Propulsive Fuselage Concept,

where low losses in the turboelectric power train and an optimum design and operational matching of the main power plants and

the aft fuselage fan are essential.

54 systems aircraft technologies

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + Unconventional

+ + + +

configuration

generation and

+ + + + + + + + + + + + assessment + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ Innovative + + thermal + + + + + + + + + + + + +

management systems

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + Transparent + + bookkeeping + +

of technology impacts

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + Die + Systeme + und + ihre technologischen + + + Potenziale + im Flugzeug + + stehen + im Fokus + der +

Arbeiten im Forschungsschwerpunkt „System- und Flugzeugtechnologien“. Experten

+ + + + +

aus unterschiedlichen

+ + +

Disziplinen

wirken

hier

zusammen,

die Flugzeugeffizienz

+ + +

weiter zu verbessern, Emissionen zu reduzieren und neue Ansätze für die Flugzeugentwicklung

+ + + + zu erarbeiten. Die betrachteten Emissionen beinhalten klimatische Aus-

+ + + + + + + + + + +

wirkungen in Verbindung mit dem Kraftstoffverbrauch des Flugzeuges sowie Lärmbewertungen.

Des Weiteren werden auch die Flugzeugsysteme detailliert untersucht

+ + + +

und

alternative

Architekturen

+ +

inklusive

Sensitivitäten

+ +

gegenüber

+ +

Änderungen

+ +

durch

unkonventionelle Aspekte modelliert. So sind in dieser Forschergruppe wichtige

+ + + + + Ergebnisse + zur + besseren + Antriebs-Aerodynamik-Wechselwirkung + + + + + und + zur grundlegenden

+ +

Integration hybrider Antriebe erzielt worden.

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + +

RESEARCH

+ + +

FOCUS AREA

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + +

Research in aircraft systems and their technological potentials is the focus of the

+ + + + + + + + + + + +

“Systems and Aircraft Technologies” research focus area. Experts from different

disciplines collaborate together to target aircraft efficiency improvements, to develop

+ + + + + new + aircraft + design + approaches, + and + to reduce + emissions. + + The emissions + + cover +

environmentally relevant exhausts, which are closely linked to aircraft fuel consumption,

+ + + + as well + as noise + impacts. + The + aircraft + systems + themselves + are + also + actively + investigated + +

and architectural alternatives are modelled, including sensitivities to the changes

+ + + + introduced + + by unconventional + + aspects. + Important + + results + for improved + propulsion-airframe

+ + +

integration and integrated concepts for hybrid propulsion systems could be

shown.

+ + + + + + + + + + + + + + + +

56 systems &

aircraft technologies

Kraftstoff als alternative

Wärmesenke für

zukünftige Flugzeugkonzepte

Fuel as Alternative

Heat Sink for Future

Aircraft

Das Bauhaus Luftfahrt untersucht Kraftstoff als

alternative Wärmesenke, um den Kühlbedarf

zukünftiger Flugzeuge zu decken. Mit der Einführung

von teilweise elektrischen Antriebssystemen

wird der Kühlbedarf im Vergleich zu heutigen Flugzeugen

voraussichtlich um bis zu einer Größenordnung

steigen. Für Hybridkonzepte stellt der

Kraftstoff eine mögliche Alternative als Wärmesenke

im Vergleich zur traditionell verwendeten

Stauluft dar. Er hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit,

Wärmekapazität und Dichte. Außerdem wird

der Kraftstoff in flügelintegrierten Tanks gelagert,

sodass die Flügel als Wärmetauscher mit der

Umgebungsluft fungieren können, ohne dass sich

die benetzte Oberfläche des Flugzeuges erhöht.

Darüber hinaus kann die Masse des Kühlsystems

durch kürzere Übertragungswege und kompaktere

Komponenten reduziert werden.

In einer ersten Studie wurde ein paralleldiskret-hybridelektrisches

Kurzstreckenflugzeug

mit einer maximalen Wärmebelastung von 120 kW

untersucht. Das erste entwickelte Modell ist stationär,

wobei jedoch mehrere Betriebspunkte berücksichtigt

wurden. Ein Kraftstoffstrom absorbiert die

gesamte Abwärme des elektrischen Antriebssystems

und zirkuliert unter der Flügelhaut, um die

Wärmeübertragung an die Umgebungsluft zu verbessern.

Das System ist in der Lage, die gesamte

Abwärme unter allen Betriebsbedingungen mit

Ausnahme des Rollens am Boden abzuführen.

Während des Fluges hat das konservativ dimensionierte

System die Fähigkeit, temporäre Spitzenbelastungen

aufzunehmen. Die Studie zeigte, dass

Kraftstoff eine geeignete alternative Wärmesenke

für Flugzeuge mit großen Abwärmebelastungen

ist. Das bestehende Modell wird weiterentwickelt,

um die Leistung unter schwierigen Bedingungen,

wie beispielsweise beim Rollen, weiter zu untersuchen

und zu optimieren.

b = 43.3 m @ H p 50 %

Der Bauhaus Luftfahrt

Quad Fan

verfügt über zwei

konventionelle

Getriebefantriebwerke

und zwei

Elektrofans, um

das Bypassverhältnis

zu erhöhen.

The Bauhaus Luftfahrt

quad fan has

two conventional

geared turbofan

engines and two

ducted electric

fans to increase

the bypass ratio.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Geared

turbo fan

Geared

turbo fan

Electric

fan

Electric

fan

L = 37.6 m

H p 50 %

H p 30 %

H p 10 %

b = 36.1 m @ H p 10 %

Bauhaus Luftfahrt investigates fuel as an alternative

heat sink to manage future aircraft’s cooling

needs. With the introduction of partial electric propulsion

systems, cooling requirements are likely to

increase by up to an order of magnitude compared

to today’s aircraft. For hybrid concepts, fuel poses

an excellent alternative as heat sink compared to

traditionally used ram air. It has a higher thermal

conductivity, heat capacity, and density. It is stored

in wing-integrated tanks, which enables the wings

to act as heat exchangers with ambient air, without

the addition of a drag increment to the aircraft

system. Furthermore, the cooling system mass can

be reduced due to shorter transmission distances

and more compact components.

In a first case study, the Bauhaus Luftfahrt quad

fan – a short-range, year-2035+, parallel discrete

hybrid-electric aircraft concept with a maximum

heat load of 120 kW – was investigated. The first

developed model is stationary, but multiple operating

points were considered. A fuel flow absorbs

all emitted waste heat from the electric propulsion

system and circulates underneath the wing skin

to enhance heat transfer to ambient. The system

is able to remove the entire waste heat during all

operating conditions, except for the taxi case.

During flight, the conservatively designed system

has the capacity to absorb temporary peak loads.

The study showed that fuel is a viable alternative

heat sink for aircraft with large waste heat loads.

The developed model can be refined to further

investigate and optimise performance in challenging

conditions, such as the taxi case.

Thermodynamisches Modell eines

flügelintegrierten Kraftstoffwärmetauschers

Abwärme (Q in ) wird auf kalten Kraftstoff aus dem Tank übertragen. Der heiße Kraftstoff zirkuliert

dann unter der Flügeloberfläche, um die Wärmeübertragung an die Umgebung zu verbessern (Q out ).

Thermodynamic model of wing-integrated

fuel heat exchanger

Waste heat (Q in ) is transferred to cold fuel from the tank. The hot

fuel then circulates underneath the wing surface to enhance

heat transfer to ambient (Q out ).

Ambient

Qin

Tank

Q out

Wall

Fuel

Insulation

Tank

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Leistung des kraftstoffbasierten Kühlsystems

Tatsächliche Wärmeübertragungsrate, normiert mit der erforderlichen Wärmeübertragungsrate

(Q/Q req ) über dem Kraftstofffluss (w f ) für verschiedene maximale

Brennstofftemperaturen an verschiedenen Betriebspunkten.

Fuel cooling system performance

Actual heat transfer to required heat transfer ratio (Q/Q req ) over

fuel flow (w f ) for different maximum fuel temperatures at different

operation points.

Take-off

Cruise

Taxi

Q/Q req [–]

400 K

360 K

320 K

2 3 4

W f [kg/s]

Q/Q req [–]

400 K

360 K

320 K

2 3 4

W f [kg/s]

Q/Q req [–]

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

400 K

360 K

320 K

2 3 4

W f [kg/s]

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Fabian Peter Lead Systems and Aircraft Technologies

Die Handhabung von Abwärme nimmt eine zentrale Rolle für viele alternative Antriebskonzepte ein. Beispielsweise

ist sowohl für Brennstoffzellen als auch Leistungselektronik, sofern sie Teil der primären Antriebsarchitektur sind, die

Kühlung eine der größten Herausforderungen für die Integration in Passagierflugzeugen. Wärmeströme dieser Größenordnung

können sinnvoll nur auf Gesamtflugzeugebene bewertet und verarbeitet werden. Innovative Ansätze für die synergetische Einbeziehung

von Flugzeugkomponenten wie Strukturelementen und weiteren Subsystemen in ein Kühlkonzept können entscheidend

für die erfolgreiche Integration alternativer Antriebe sein.

The handling of waste heat plays a central role in many alternative propulsion concepts. For example, for both fuel cells

and power electronics, if they are part of the primary propulsion architecture, cooling is one of the biggest challenges

for integration in passenger aircraft. Heat flows of this magnitude can only be reliably evaluated and processed at the overall

aircraft level. Innovative approaches for the synergetic integration of aircraft components, such as structural elements and other

subsystems, into a cooling concept can be crucial for the successful integration of alternative propulsion systems.

58 systems &

aircraft technologies

Eine vereinheitlichte

Bewertung von

Konzepten mit Grenzschichteinsaugung

In den vergangenen Jahren haben Flugzeugkonzepte

an Aufmerksamkeit gewonnen, die mithilfe

des „Wake filling“-Prinzips aus dem bisher ungenutzten

Potenzial schöpfen, das sich durch eine

stärkere Integration des Antriebssystems in die

Gesamtkonfiguration ergibt. Diesen Konzepten

mit grenzschichteinsaugenden Antrieben ist ein

besonders hoher Kopplungsgrad zwischen Aerodynamik-

und Antriebscharakteristiken zu eigen.

Klassische Vereinfachungen in der systemischen

Bewertung von Antrieben in Gondelanordnung

werden somit ungültig. In der Vergangenheit wurden

daher für unterschiedliche Konfigurationen

spezifische Methoden entwickelt, um den Vorteil

von Grenzschichteinsaugung zu quantifizieren.

Die meisten dieser Methoden können nicht ohne

Weiteres auf andere Konzepte und auf die verschiedenen

Phasen des Flugzeugvorentwurfes

angewandt werden. Unter diesen Gesichtspunkten

und dem fortschreitenden Detaillierungsgrad des

„Propulsive Fuselage Concept“ wurde im Rahmen

des EU-Forschungsprojektes CENTRELINE eine

Übersicht existierender Bewertungsmethoden

erarbeitet. Darauf aufbauend wurde ein Bewertungsansatz

entwickelt, der für die konzeptionelle

Bewertung der Eigenschaften unkonventioneller

Konfigurationen mit einer starken Kopplung

zwischen Antriebssystem und Flugzeugaerodynamik

universell anwendbar ist. Der Ansatz basiert auf

integraler Impulserhaltung in einem Nahfeld-

Kontrollvolumen. Die Methode ist mit Standard-

Flugzeug- und Antriebssystemauslegungsmethoden

kompatibel und kann unter bestimmten Annahmen

auf Berechnungsmethoden unterschiedlich hoher

Genauigkeit, wie zum Beispiel semiempirische

Methoden, numerische (CFD) oder experimentelle

Methoden, angewandt werden.

Darstellung des

CENTRELINE-

Konzeptes

Artist’s view of

the CENTRELINE

concept.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020 research

and innovation programme

under grant agreement

No. 723242.

A Unified Bookkeeping

Approach for

Boundary Layer

Ingestion Concepts

Targeting the exploitation of thus far unused vehicular

efficiency benefits, aircraft concepts with a

closely coupled propulsion-airframe integration,

such as boundary layer ingestion (BLI) configurations,

have gained much attention in the recent

past. These concepts feature a closely integrated

propulsion system and therefore exhibit a high level

of coupling between airframe aerodynamics and

propulsion system characteristics. Their performance

assessment cannot be based on an existing

bookkeeping scheme for a conventional aircraft

with separated airframe and propulsion system.

A number of bookkeeping approaches can be found

in literature that address this issue in various ways

for specific configurations and particular purposes.

Most are not easily applicable to other concepts or

to all phases of conceptual design. The increasingly

detailed investigation of a Propulsive Fuselage

Concept in the on-going project CENTRELINE drove

the need for a unified bookkeeping scheme. An

approach was developed that is able to integrate

results from numerical optimisation as well as

experimental assessment in an integrated sizing

and optimisation process, being able to consider

all closely coupled aerodynamic effects of BLI. The

bookkeeping scheme follows an integral momentum

conservation approach in a near field control volume.

It is universally applicable to coupled airframe-propulsion

aircraft concepts, compatible with

standard aircraft and propulsion system sizing

methods, and under certain assumptions deployable

for low- and high-fidelity evaluation methods, such

as semi-empirical methods as well as computational

fluid dynamics or physical testing results.

Nahfeld-Kontrollvolumen-Ansatz

Der entwickelte Ansatz sieht ein Gesamtkontrollvolumen bestehend aus fünf aneinandergrenzenden Kontrollvolumen

vor. So können alle benötigten Parameter mithilfe der Impulserhaltung berechnet werden.

CV0

CV1

CV2

CV5

Control volume

boundary

Boundary layer profile

Propulsions system

streamtube contour

Fuselage boundary

layer thickness

CV3

CV4

0 1 2 13 18

Thermodynamic stations

Near field control volume approach

The proposed bookkeeping scheme consists of an overall control volume, which is subdivided into five interfacing

control volumes. Thus, all parameters of interest can be calculated with a momentum conservation approach.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Klassifizierung der existierenden Bewertungsmethoden

Die existierenden Bewertungsmethoden werden nach zugrunde liegenden Erhaltungsgrößen, Kontrollvolumen sowie

dem Integrationsgrad des Antriebssystems klassifiziert.

Differential methods

Integral control

volume methods

Force (momentum)

Kinetic (mechanical)

energy

Exergy

Far field

Near field

Power balance

Exergy balance

Isolated/uninstalled

propulsion system

Installed

propulsion system

+ Thermal

energy

Classification of existing bookkeeping methods

Existing bookkeeping methods are classified by conserved quantity (momentum, energy, exergy), control

volume, as well as by the degree of the propulsion system integration.

60 facts figures

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ Finances + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + Personnel + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + Publications + + + +

+ + + + + + + + + Patents + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + + 61

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + Lectures + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + Media + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + +

62 facts & figures

Finanzen

Finances

Im Geschäftsjahr 2018 sind die Erträge des Bauhaus Luftfahrt

unter Berücksichtigung der Bestandsveränderungen

für unfertige Leistungen um 13,9 % auf 5,1 Millionen EUR

angestiegen. Der Anstieg ist unter anderem auf die Aufträge

mit den Industriepartnern zurückzuführen. Diese sind deutlich

um 349.000 EUR (+ 36,3 %) angewachsen. Auch die

Drittmitteleinnahmen haben sich im Jahr 2018 wesentlich

um 395.000 EUR (+ 34,3 %) erhöht. Die Steigerung der

Drittmitteleinnahmen ist im Wesentlichen auf die beiden

im Vorjahr gestarteten EU-Projekte zurückzuführen.

Für das Jahr 2019 erwartet das Bauhaus Luftfahrt einen

weiteren deutlichen Anstieg bei den Aufträgen mit den

Industriepartnern. Die Drittmitteleinnahmen werden voraussichtlich

auf dem Vorjahresniveau bleiben.

+ + + + + + + + + + + + + + +

In the fiscal year 2018, earnings of Bauhaus Luftfahrt

increased by 13.9 % to 5.1 million euros, taking into

account the changes in inventories of work in progress.

The increase is attributable to the revenues from

industrial partners. These grew by 349,000 euros

(+ 36.3 %), compared to the previous year. Funding

from third-party projects rose as well significantly by

395,000 euros (+ 34.3 %). The increase in revenues

mainly results from two new EU projects that have

started in the previous year.

For the year 2019, Bauhaus Luftfahrt further expects

a distinct increase in revenues from industrial partners.

Funding from third-party projects will probably stay at

the previous year’s level.

€

5,500,000

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

2016

2017

2018

Forschungsaufträge Industrie

Industry research contracts

Drittmittelförderprojekte national/EU

Third-party-funded projects national/EU

Mitgliedsbeiträge

Membership fees

Zuschüsse Freistaat Bayern/Spenden

Grants from the Free State of Bavaria/donations

Personal

Personnel

Der Personalbestand des Jahres 2018 stellt sich im Vergleich

zu den Vorjahren mit rund 50 Mitarbeitern konstant

dar. Zum Jahresende waren am Bauhaus Luftfahrt 36

Wissenschaftler beschäftigt, davon 17 mit einer abgeschlossenen

Promotion. Drei Wissenschaftler, wovon zwei

inzwischen aus dem Bauhaus Luftfahrt ausgeschieden

sind, konnten im Jahr 2018 erfolgreich ihre Promotion

abschließen. Eine weitere wurde bereits eingereicht. Der

Anteil der Wissenschaftlerinnen am Bauhaus Luftfahrt

betrug im Jahr 2018 25 %. Die Anzahl der Studenten war

auf Planniveau. Im Jahresverlauf waren 27 Studenten und

zwei Stipendiaten aus 13 Nationen als wissenschaftliche

Hilfskräfte, Praktikanten oder zur Erstellung ihrer Studienarbeit

am Bauhaus Luftfahrt tätig. Insgesamt beschäftigte

das Bauhaus Luftfahrt Mitarbeiter aus 17 Nationen.

Zum 30. September 2018 ist der Vorstand Finanzen und

Organisation ausgeschieden. Mitarbeiter aus dem Bereich

Finanzen und Recht & Personal haben die Aufgaben übernommen.

Für das Jahr 2019 plant das Bauhaus Luftfahrt weitere

Einstellungen von wissenschaftlichen Nachwuchskräften.

Durch Teilnahme an Recruitingmessen und Austauschprogrammen

versucht das Bauhaus Luftfahrt, als möglicher

Arbeitgeber oder auch als Ideengeber für die Anfertigung

von Abschlussarbeiten sichtbar zu bleiben.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Compared to previous years, the number of employees in

2018 remained constant at around 50. At the end of the

year, Bauhaus Luftfahrt employed 36 scientists, 17 of

whom had completed their doctorates. Three scientists,

two of whom have since left Bauhaus Luftfahrt, successfully

completed their doctorates in 2018. Another has

already been submitted. The proportion of female scientists

at Bauhaus Luftfahrt was 25 % in 2018. The number of

students was on target. In the course of the year, 27 students

and two scholarship holders from 13 nations worked as

scientific assistants, interns, or to write their theses at

Bauhaus Luftfahrt. In total, Bauhaus Luftfahrt employed

people from 17 nations.

As of September 30th, 2018, the Executive Director

Finance and Organisation retired. Employees from the

Finance and Legal & Human Resources departments took

over the tasks.

Bauhaus Luftfahrt plans to recruit more junior scientists

in 2019. By participating in recruiting fairs and exchange

programmes, Bauhaus Luftfahrt seeks to remain visible as

a potential employer or as a source of ideas for the

preparation of theses.

Mitarbeiter

(am Jahresende)

Employees

(end of the year)

2016

2017

2018

Executives

Scientists

Administration

Students

Munich Aerospace

scholarship holders

64 facts & figures

Zeitschriftenbeiträge

Journal Contributions

01.12.2018 Solar Energy | Vol. 176, pp. 230–240, DOI 10.1016/j.solener.2018.10.042

Energy analysis of solar thermochemical fuel production pathway with a focus on waste heat recuperation

and vacuum generation

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

18.10.2018 Zeitschrift für Verkehrswissenschaft | Vol. 89, No. 1, pp. 68–95

On-Street vs. Off-Street Parking: An Urban Economic Analysis

Autoren/authors: A. Straubinger, S. Tscharaktschiew, G. Hirte

01.08.2018 Journal of Air Transport Management | Vol. 71, pp. 175–192, DOI 10.1016/j.jairtraman.2018.04.005

Airline categorisation by applying the business model canvas and clustering algorithms

Autoren/authors: M. Urban, M. Klemm, K. Ploetner, M. Hornung

27.07.2018 Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering |

Vol. 232, No. 14, pp. 2688–2712, DOI 10.1177/0954410018790141

Conceptual study of a mechanically integrated parallel hybrid electric turbofan

Autoren/authors: A. Seitz, M. Nickl, A. Stroh, P. Vratny

10.07.2018 IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine | pp. 10, DOI 10.3929/ethz-b-000274798

Demand estimation for aerial vehicles in urban settings

Autoren/authors: M. Balac, A. Vetrella, R. Rothfeld, B. Schmid

01.06.2018 The Aeronautical Journal | Vol. 122, No. 1252, pp. 869–888, DOI 10.1017/aer.2018.46

Investigations of the synergy of Composite Cycle and intercooled recuperation

Autoren/authors: S. Kaiser, M. Nickl, C. Salpingidou, Z. Vlahostergios, S. Donnerhack, H. Klingels

29.03.2018 Environmental Science & Technology | Vol. 52, No. 9, pp. 5490–5498, DOI 10.1021/acs.est.7b05545

Modeling Microalgae Productivity in Industrial-Scale Vertical Flat Panel Photobioreactors

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

05.03.2018 Applied Thermal Engineering | Vol. 132, pp. 613–623, DOI 10.1016/j.applthermaleng.2017.12.087

Modeling counter-flow particle heat exchangers for two-step solar thermochemical syngas production

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

05.01.2018 Chemie Ingenieur Technik | Vol. 90, No. 1–2, pp. 127–140, DOI 10.1002/cite.201700129

Power-to-Liquids as Renewable Fuel Option for Aviation: A Review

Autoren/authors: P. Schmidt, V. Batteiger, A. Roth, W. Weindorf, T. Raksha

Buchbeiträge

Book Contributions

01.10.2018 Towards User-Centric Transport in Europe | Springer-Verlag, pp. 255–276, ISBN 978-3-319-99756-8

Assessment of Passenger Requirements along the D2D Air Travel Chain

Autoren/authors: U. Kluge, A. Paul, M. Urban, H. Ureta

66 facts & figures

Konferenzbeiträge

Conference Contributions

10.10.2018 Ökobilanzwerkstatt 2018 | Osnabrück

Sustainable fuel production through hydrothermal liquefaction of various types of feedstock

Autoren/authors: C. Penke, B. Portner

01.10.2018 The 6th International Conference on Enterprise Systems | Limassol

Extracting and Modelling Knowledge about Aviation for Multilingual Semantic Applications in Industry 4.0

Autoren/authors: J. Lehmann, A. Heussner, M. Shamiyeh, S. Ziemer

27.09.2018 3D-Mobilität | Stuttgart

Urban Air Mobility – Trends & Challenges

Autor/author: J. Kaiser

19.09.2018 4. HTP-Fachforum „Hydrothermale Prozesse zur stofflichen und energetischen Wertschöpfung“ | Leipzig

HTL-based liquid fuel production: First results from the European collaborative project HyFlexFuel

Autoren/authors: A. Roth, K. Anastasakis, P. Biller, I. Johannsen, D. Castello, L. Rosendahl, F. Velghe

11.09.2018 22nd International Forum on Advanced Microsystems for Automotive Applications | Berlin

Urban Air Mobility – Trends & Challenges

Autor/author: J. Kaiser