Bauhaus Luftfahrt Jahrbuch 2019

BauhausLuftfahrt
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JAHR

BUCH

YEAR

BOOK

2019




04

foreword chairman

of the board

Axel Flaig

Beiratsvorsitzender

Chairman of the Board


05

Sehr geehrte Damen und Herren

Die öffentlichen Diskussionen zum Klimaschutz im vergangenen

Jahr zeigen die Notwendigkeit von langfristigen Lösungen für

den Luftverkehr von morgen. Im Rahmen des vierten internationalen

wissenschaftlichen Symposiums haben rund 200 namhafte

Experten aus Industrie, Politik und Forschung über anderthalb

Tage radikale Technologien und Ansätze diskutiert, welche die

Klimawirkung des Luftverkehrs aktiv und vor allem positiv beeinflussen

können. Hierbei wurden die Optionen – vor dem Hintergrund

der ambitionierten Flightpath-2050-Ziele – mittels technischer,

wirtschaftlicher und regulatorischer Kriterien auf ihre

Eignung bewertet.

Ein wichtiger Bestandteil einer langfristigen Energiestrategie

für die Luftfahrt ist die Umstellung von fossilen auf erneuerbare

Kraftstoffe. Im vergangenen Jahr gelang innerhalb des Projektes

SUN-to-LIQUID erstmals die Herstellung von solarem Kerosin

aus Sonnenlicht, Wasser und CO 2 unter realen Bedingungen.

Als Projektkoordinator war das Bauhaus Luftfahrt an diesem

zukunftsweisenden Fortschritt in solarer Kraftstofftechnologie

maßgebend beteiligt. Der von der ETH Zürich entwickelte solarthermochemische

Reaktor wurde erstmalig hinsichtlich einer

industriellen Kraftstoffproduktion validiert. Die Demonstration

dieser Technologie wird große Auswirkungen auf den Transportsektor

und im Speziellen auf die Luftfahrt haben, die auf langen

Strecken weiterhin auf flüssige Kraftstoffe angewiesen bleibt.

Als Ideenschmiede und Impulsgenerator für Fachwelt,

Öffentlichkeit und Politik nimmt das Bauhaus Luftfahrt eine

wichtige Vorreiterrolle ein, unter anderem bei der Bewertung

externer Effekte auf die langfristige Entwicklung des Luftverkehrs.

Dank seiner interdisziplinären Struktur kann der Thinktank

für die Luftfahrt sowohl technologische als auch sozioökonomische

Treiber identifizieren und deren Wirkung auf

den Luftverkehr umfassend evaluieren. Eine Rolle, die gerade

heute immer wichtiger zur Identifikation von Handlungsfeldern

wird.

Das vorliegende Jahrbuch widmet sich diesen Herausforderungen

der Luftfahrt und zeigt Impulse und mögliche Handlungsoptionen

auf. Ich wünsche Ihnen viel Freude beim Lesen

dieses besonderen Jahrbuches!

Ihr

Axel Flaig

Dear Ladies and Gentlemen

The public discussions on climate protection last year

show the need for long-term solutions for tomorrow’s air

traffic. During the fourth international scientific symposium,

around 200 renowned experts from industry, politics,

and research spent one and a half days discussing

radical technologies and approaches that can actively

and, above all, positively influence the climate impact of

aviation. In doing so, the options were evaluated for their

suitability – against the background of the ambitious

goals of the Flightpath 2050 – using technical, economic,

and regulatory criteria.

An important component of a long-term energy strategy

for aviation is the transition from fossil to renewable

fuels. Last year, the SUN-to-LIQUID project succeeded in

producing the first solar kerosene from sunlight, water,

and CO 2 under real field conditions. As project coordinator,

Bauhaus Luftfahrt played a key role in this forwardlooking

breakthrough in solar fuel technology. The solarthermochemical

reactor developed by ETH Zurich was

experimentally validated for the first time with regard to

industrial fuel production. The demonstration of this technology

will have important implications for the transportation

sectors, especially for aviation, which will remain

strongly dependent on drop-in liquid fuels over long distances.

As a think tank and impulse generator for experts,

the public, and politicians, Bauhaus Luftfahrt is playing a

key pioneering role, including in the assessment of external

effects on the long-term development of air traffic.

Due to its interdisciplinary structure, the think tank is

able to identify both technological and socioeconomic

drivers for aviation as well as comprehensively evaluate

their impact on air traffic. A role that is becoming

increasingly important, especially today, in identifying

fields of action.

This Yearbook is devoted to these challenges of

aviation and shows impulses and potential options for

action. 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


07

Liebe Luftfahrtbegeisterte

Als Zukunftsforscher werden wir immer wieder gefragt: „Wann

sehen wir radikal neue Flugzeuge im Luftverkehr?“ Nur, was

macht eine Lösung radikal? Muss dafür ein Flugzeug in der

Zukunft vollständig anders aussehen?

Die größte Herausforderung der Luftfahrt ist es, ein über

acht Dekaden optimiertes System so umzubauen, dass es ökologisch

nachhaltig wird und auch ökonomisch bleibt. Und dies

vor einer global stetig wachsenden Nachfrage nach Mobilität.

Hierfür wird ein enges Zusammenspiel zwischen bestehenden

Lösungen und neuartigen Konzepten und Technologien notwendig

sein.

Während in den letzten Jahren die Frage nach einer stärkeren

Elektrifizierung im Vordergrund der Forschung stand,

wissen wir heute über die technologischen Optionen in diesem

Bereich viel mehr. Wir können absehen, dass sich die wesentlichen

Potenziale des elektrischen bzw. hybrid-elektrischen

Fliegens eher in kleineren Flugzeugen und auf kurzen Strecken

realisieren lassen, während diese Technologien auf größeren

Reichweiten eine Option mit Effizienzverbesserungen vergleichbar

mit Verbesserungen in der Aerodynamik oder dem

Leichtbau darstellen.

Auf der Suche nach radikalen Lösungen hat sich das interdisziplinäre

Forscherteam in 2019 im Rahmen eines Gruppendesignprojektes

intensiv mit dem Luftverkehr auf der Langstrecke

beschäftigt, einem Segment, welches originär nur vom

Luftverkehr abgedeckt werden kann. Nach einer sehr intensiven

Analyse des heutigen Status quo wurde neben neuen

Betriebs- und Betreibermodellen und dem Einsatz von Wasserstoff

auch ein angepasstes Flugzeugkonzept mit reduzierter

Reisefluggeschwindigkeit entwickelt. Das Team konnte hierbei

weitreichende Synergien identifizieren. Diese Ansätze zeigen

ein sehr hohes Potenzial, die hochgesteckten Klimaziele bei

Sicherstellung der Transportkapazitäten besser zu erreichen

als mit einer rein technologischen Weiterentwicklung. Im Sinne

der Definition ein radikaler Lösungsansatz für die Luftfahrt,

obwohl das Flugzeugkonzept recht konventionell wirkt.

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!

Dear Aviation Enthusiasts

As futurists, we are quite frequently asked: “When will we

see radically new aircraft in aviation?” But, what makes a

solution radical? Is it necessary to have an aircraft, which

looks completely different than today?

The biggest challenge for aviation is to transform our

air transport system, which has been optimised over eight

decades, in a way that it becomes ecologically sustainable

while staying economically viable. And this in front of an

increasing demand for mobility. This will require a tight

interplay between existing solutions and novel concepts

and technologies.

Electrification being in the focus of research over the

last years, we know quite a bit about the technological

options it brings today. We are able to envisage, that the

main potential of fully electric or hybrid-electric aircraft

would rather be realised on small aircraft for small ranges,

while those technologies only offer potentials similar

to aerodynamic and structural improvements on longer

ranges.

On the quest for radical solutions, the interdisciplinary

research team of Bauhaus Luftfahrt tackled the long-haul

air traffic in their group design project in 2019. Especially

this segment is unique for aviation applications. After an

intensive assessment of the status quo, new operational

and business models have been derived besides the implementation

of hydrogen as an energy carrier. Based on this,

a novel aircraft concept was derived featuring, among

others, also reduced cruise speeds, still enabling similar

travel times as today. The team was able to identify significant

synergies and could show that the overall approach

could enable a far better climate impact than a pure technical

evolution. This makes the approach rather radical,

despite the aircraft still looking quite conventional.

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

Ihr

Prof. Dr. Mirko Hornung


08 contents

energy

technologies &

power systems

alternative

fuels

technology

radar

systems

& aircraft

technologies

operations

Vorwort Beiratsvorsitzender

Vorwort Vorstand

Highlights 2019

Mission

editorial

04

06

10

12

Foreword Chairman of the Board

Foreword Executive Director

Highlights 2019

Mission

Zahlen & Fakten 64 Facts & Figures

Impressum 80 Imprint

Operationelle Emissionsreduzierung

im Langstreckenverkehr

Wasserstoff als Kraftstoff:

Bereitstellung und Speicherung

Wasserstoffbetriebenes

Langstreckenflugzeug

the Hy-ShAir concept

16

18

20

Operational Emissions Reduction

in Long-haul Traffic

Hydrogen as an Alternative Aviation Fuel:

Generation and Storage

Hydrogen-powered

Long-haul Aircraft


09

technology radar & digital transformation

Ökonomischer Einfluss von SHM auf

schadenstolerante Flugzeugstrukturen

Zukünftige Materialien für

PEM-Brennstoffzellen

Maschinelles Lernen für zukünftige

Qualitätskontrolle im 3D-Druck

Luftfahrt-Ontologie erschließt

Unternehmenswissen für Industrie 4.0

24

26

28

30

Economic Impact of SHM on

Damagetolerant Aircraft Structures

Future Pathways for Materials in

PEM Fuel Cells

Machine Learning for Future

Quality Control in 3D Printing

Aviation Ontology Taps into Corporate

Knowledge for Industry 4.0

Potenzial von Urban Air Mobility

für die Metropolregion München

Analyse des Marktpotenzials von

hybrid-elektrischen Regionalflugzeugen

Umweltbewusstes Verhalten: Wie sieht

die Zukunft für die Luftfahrt aus?

operations

34

36

38

Potential of Urban Air Mobility

for the Munich Metropolitan Region

Analysis of the Market Potential of

Hybrid-electric Regional Aircraft

Pro-environmental Behaviour:

What Future for Aviation?

Nebenprodukte verbessern die

Ökobilanz von Algenkraftstoffen

Produktionspotenziale für HTL-Kraftstoffe

aus Abfall- und Reststoffen

Solar-thermochemische Kraftstoffe:

Status und Perspektiven

Projekt PowerFuel: Strombasierte Kraftstoffe

aus Wasser und CO 2

alternative fuels

42

44

46

48

By-products Can Boost the

Greenhouse Gas Balance of Algae Fuel

Production Potential for HTL Fuels

from Waste and Residues

Solar-thermochemical Fuels:

Status and Perspectives

The PowerFuel Project:

Electrofuels from Water and CO 2

energy technologies & power systems

Modellierung radikal neuer

thermodynamischer Kreisprozesse

Optimalbetrachtungen für das

Propulsive-Fuselage-Flugzeugdesign

Erste Abschätzung des theoretischen

Potenzials von Flugzeugoberflächen

als Wärmesenke

52

54

56

Developments in Modelling of

Radically Advanced Thermodynamic Cycles

Optimality Considerations for

Propulsive Fuselage Aircraft Design

Initial Evaluation of Aircraft Surface

Heat Exchanger Potential

systems & aircraft technologies

Bewertung des Boardingprozesses

eines Mittelstreckenflugzeuges

Potenzial von Brennstoffzellen in

elektrischen Subsystemarchitekturen

60

62

Evaluation of the Boarding Process

of a Medium-range Aircraft

The Potential of Fuel Cells in

Electric Subsystem Architectures


10 highlights 2019


11

4th Bauhaus Luftfahrt

SYMPOSIUM

Das Bauhaus Luftfahrt hat 2019 sein mittlerweile viertes wissenschaftliches

Symposium zur langfristigen Entwicklung des Luftverkehrs veranstaltet.

Rund 200 Teilnehmer aus 17 Ländern waren der Einladung der renommierten

Luftfahrt-Ideenschmiede auf den Ludwig Bölkow Campus bei München

gefolgt. Im Atrium der IABG begrüßte Hausherr und IABG-Geschäftsführer

Prof. Dr. Rudolf F. Schwarz den Kreis der namhaften Experten aus Industrie,

Politik und Forschung.

Das Bauhaus-Luftfahrt-Symposium stand im vergangenen Jahr unter dem

Thema „Luftfahrtziele über den Flightpath 2050 hinaus“. Während der Plenarsitzung

am ersten Tag präsentierten fünf hochkarätige Redner aus unterschiedlichen

Branchen und Institutionen radikale Technologien und Konzepte, mit

welchen der Luftverkehr der Zukunft den Klimawandel aktiv und positiv beeinflussen

kann. Am zweiten Tag des Symposiums hatten die Anwesenden die

Möglichkeit, zwischen jeweils zwei interessanten Sitzungen am Vormittag und

am Nachmittag zu wählen.

Bauhaus-Luftfahrt-Vorstand Mirko Hornung zog am Ende des zweitägigen

Fachforums eine durchweg positive Bilanz: „Neben radikalen technologischen

Konzepten wurden im Dialog zwischen den Experten und Teilnehmern des

Symposiums intensiv Lösungsansätze für eine ökologisch nachhaltige Luftfahrt

diskutiert.“

Diskutierten die Klimawirkungen des Luftverkehrs

(v. l. n. r.): Prof. Dr. Mirko Hornung

(Bauhaus Luftfahrt), Prof. Dr. Robert Sausen

(DLR), Glenn Llewellyn (Airbus), Dr. Chris

Malins (Cerulogy), Dr. Andreas Sizmann

(Bauhaus Luftfahrt) und Dominique Kronenberg

(Climeworks).

Discussed the climate impacts of aviation

(from left to right): Prof. Dr. Mirko Hornung

(Bauhaus Luftfahrt), Prof. Dr. Robert Sausen

(German Aerospace Center), Glenn Llewellyn

(Airbus), Dr. Chris Malins (Cerulogy),

Dr. Andreas Sizmann (Bauhaus Luftfahrt),

and Dominique Kronenberg (Climeworks).

In 2019, Bauhaus Luftfahrt held its fourth scientific symposium on the longterm

development of aviation. Around 200 participants from 17 countries

accepted the invitation of the renowned aviation think tank to attend the

Ludwig Bölkow Campus near Munich. In IABG’s atrium, host and IABG Managing

Director Prof. Dr. Rudolf F. Schwarz welcomed the circle of renowned

experts from industry, politics, and research.

Last year’s Bauhaus Luftfahrt Symposium was devoted to the topic

“Aviation targets beyond Flightpath 2050“. During the plenary session on the

first day, five top-class speakers from various industries and institutions presented

radical technologies and concepts with which the aviation of the future

can actively and positively impact climate change. On the second day of the

symposium, the guests had the opportunity to choose between four interesting

sessions in the morning and afternoon.

At the end of the two-day expert forum, Bauhaus Luftfahrt Executive Director

Mirko Hornung drew a thoroughly positive balance: “In addition to radical

technological concepts, solutions for ecologically sustainable aviation were

discussed intensively in the dialogue between the experts and participants of

the symposium.“


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 39 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.


13

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 39 scientists with professional

expertise in their fields 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

the Hy-ShAir

concept

ENERGY SUPPLY

SCENARIO

AIR TRANSPORT

NETWORK

AIRCRAFT AND

CABIN DESIGN


15

Die Zukunft

der Langstrecke neu denken.

Wie können wir die Luftfahrt fit für die Zukunft machen? Das interdisziplinäre Team am Bauhaus Luftfahrt führt in

regelmäßigen Abständen interne Gruppendesignprojekte zu dieser Frage durch. Im Jahr 2019 hat sich das Team im

letzten Gruppendesignprojekt Hy-ShAir mit operationellen und technischen Innovationen auf dem Langstreckenmarkt

befasst, die zur Emissionsreduktion in diesem Sektor beitragen können. Ein ganzheitlicher Ansatz und Umdenken

sind notwendig, um den ökologischen Fußabdruck zu verringern, Flugzeuge besser zu nutzen und ein angenehmeres

Reiseerlebnis für Passagiere zu ermöglichen. Dieses hat zu folgenden Fragen im Rahmen des Projektes geführt:

(i)

Mit welchen Änderungen des heutigen operationellen Netzwerkes von Airlines kann das

Langstreckennetz effizienter gestaltet werden?

(ii) Welche Energiequelle ist eine gute Alternative zu fossilen Kraftstoffen und kann einen

deutlichen Beitrag zur Reduzierung der CO 2 -Emissionen leisten?

(iii) Welche Implikationen entstehen hieraus für das zukünftige Flugzeug- und Kabinendesign?

Re-thinking the future of long-haul aviation.

How can we make aviation ready for the future? The interdisciplinary team at Bauhaus Luftfahrt carries out internal

group design projects on this issue at regular intervals. Focusing on aviation’s contribution to reducing overall

emissions, the 2019 group design project Hy-ShAir dealt with the long-haul air transport market, incorporating

both operational and technical innovations. A holistic approach is required to re-think the future aviation sector,

to reduce the ecological footprint, use aircraft in a better way, and make a long-distance trip more enjoyable for

passengers, thus raising the following questions in the project:

(i)

What can we change about today’s operational structure in the airline sector in order to

increase the efficiency of the long-distance network?

(ii) What energy source is a good alternative for today’s fossil fuels and to reduce CO 2 emissions

significantly?

(iii) What do a new aircraft and cabin look like if we integrate new fuel options and a new

operational structure?


16 the Hy-ShAir concept

Operationelle

Emissionsreduzierung

im Langstreckenverkehr

Operational

Emissions Reduction

in Long-haul Traffic

Der Beitrag der Luftfahrt zur Verringerung von Treibhausgasemissionen

ist derzeit Gegenstand intensiver

Diskussionen. Neben technischen Innovationen

bieten eine verbesserte Nutzung vorhandener Transportkapazitäten

sowie gesteigerte operationelle

Effizienz die Möglichkeit, Emissionen auf Flottenebene

zu reduzieren. Während nur ein Zehntel der

Passagiere auf Strecken mit mehr als 3500 km reist,

verantwortet dieses Segment 35 % bis 40 % des

gesamten Kraftstoffverbrauchs. Der Anteil von

Umsteigeverbindungen beträgt hier über 60 %,

längere Reisezeiten für Passagiere sind die Folge.

Im Rahmen des Gruppendesignprojektes hat sich

ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern

am Bauhaus Luftfahrt mit dem Konzept einer offenen

„Seat Exchange Platform“ befasst – „ShAirline“.

Hierbei wird das klassische Airline-Flugzeug-

Besitzverhältnis aufgelöst, einzelne Sitzplätze

werden von Anbietern aus unterschiedlichen Branchen

geleast und den Passagieren angeboten. Durch

die Bündelung der Nachfrage zwischen zwei Flughäfen

durch Transportanbieter werden überschüssige

Kapazitäten vermieden und mehr Direktverbindungen

ermöglicht. Diese reduzieren Abweichungen

von der optimalen Strecke und verkürzen somit die

zurückgelegte Distanz im Vergleich zu Umsteigeverbindungen.

Wegfallende Zwischenlandungen können

in geringere Reisegeschwindigkeiten übersetzt

werden, ohne Auswirkung auf die Reisezeit des

Passagiers. Die daraus resultierenden Veränderungen

des Netzwerkes sowie von Geschäftsmodellen

können signifikant zu einer Emissionsreduktion beitragen

und sind Bestandteil zukünftiger Forschung

am Bauhaus Luftfahrt.

Langstreckenflüge

sind häufig durch

Hin- und Rückflüge

zu einer spezifischen

Destination bestimmt

– lange, ungenutzte

Standzeiten sind die

Folge.

Long-haul flights

are often defined by

outward and return

flights to a specific

destination – long,

unused downtimes

are the result.

The contribution of aviation to reduce greenhouse

gas emissions is currently the subject of intense

discussions. In addition to technical innovations,

an improved use of existing transport capacities

and increased operational efficiency offer the possibility

of reducing emissions at fleet level. While

only one tenth of passengers travel on routes

exceeding 3500 km, this segment accounts for

35 % to 40 % of total fuel consumption. The share

of connecting flights in this segment is over 60 %,

resulting in longer travel times for passengers. As

part of the group design project, an interdisciplinary

team of scientists at Bauhaus Luftfahrt worked on

the concept of an open “Seat Exchange Platform” –

“ShAirline”. This involves dissolving the classic

airline-aircraft ownership relationship, with individual

seats being leased by vendors from various

industries and then offered to passengers. By

bundling demand between two airports through

transport providers, surplus capacity is avoided and

more direct connections are made possible. This

reduces deviations from the optimal route and thus

shortens the distance covered compared to transfer

connections. Omitted stopovers can be translated

into lower travel speeds without affecting the

passengers’ travel time. The resulting changes to the

network and business models can contribute significantly

to reducing emissions and are part of future

research at Bauhaus Luftfahrt.


17

Streckenlängenabweichung von

Flügen mit Zwischenlandungen

Ein Großteil der Passagiere auf der Langstrecke muss

mindestens einmal umsteigen, um an das finale Ziel zu

gelangen. Dies führt zu Abweichungen von der optimalen

Route sowie Wartezeiten für die Passagiere am Boden.

Stage length deviation of flights

with intermediate stops

A high share of passengers change flights at an intermediate

stop to get to the final destination, causing deviations from

the optimal route as well as on-ground waiting times for

passengers.

Deviation from great circle distance [%]

Average deviation of travelled

distance from great circle distance

On routes from airport with over

1000 long-haul departures in 2017

80

60

40

20

0

5000 7500 10,000

Great circle distance [km]

Number of passengers

> 0

> 500,000

> 1,000,000

> 1,500,000

> 2,000,000

> 2,500,000

Number of stops

One-stop

Two-stop

Three-stop

Data source: Sabre Corporation

Das „ShAirline“-Konzept, umgesetzt auf Flugzeugebene

Das „ShAirline“-Konzept fördert die Beteiligung

Dritter an der Erbringung von Dienstleistungen

für die Passagiere während des Fluges.

Ein Unterdeck und größere

Frachtcontainer können leicht

ausgetauscht werden, um den

Passagieren während des Fluges

zusätzliche Angebote zu ermöglichen.

Passenger-centric

journey

Passenger defines trip

characteristics:

Origin and destination,

time, amenities

Aircraft fleet

composition

Aircraft fleet is

scheduled according to

demand on route level

and rotates globally

The “ShAirline”

concept, implemented

on aircraft level

The “ShAirline” concept fosters the involvement

of third parties in providing services for

passengers during the flight; lower-deck and

larger-than-today cargo containers can be

swapped easily in order to provide additional

offers for passengers during the flight.

SEAT EXCHANGE PLATFORM

Extra services in lower

deck cargo compartment

Stakeholders such as hotels,

cafes, restaurants,

entertainment, and amenities

can lease cargo space

to provide services on board

Dr. Annika Paul Lead Operations

Viele Diskussionen im Luftfahrtbereich konzentrieren sich darauf, wie Emissionen in diesem Sektor signifikant reduziert

werden können. Die Kombination verschiedener operationeller und technologischer Hebel leistet hierzu einen entscheidenden

Beitrag. Ein Umdenken der heutigen Netzwerkstruktur kann geflogene Umwege einsparen und somit Emissionen reduzieren.

Hierfür sind Anpassungen der Routenplanung von Fluggesellschaften, digitale Plattformen für die Einführung neuer Geschäftsmöglichkeiten

oder neuartige Flugzeug- und Kabinenkonzepte erforderlich. Das Aufbrechen bestehender Strukturen hört sich

gewagt an, aber nur so können Veränderungen in dieser Industrie umgesetzt werden.

Aviation stakeholders are involved in ongoing discussions how the carbon footprint of this industry can be significantly

reduced. Different operational and technological levers, considered holistically, can yield an essential decline in

emissions. Rethinking the current network structure to reduce detours and hence emissions is one area which requires an adjustment

of airline routing, the introduction of new digital platforms as enablers for innovative business opportunities, or novel aircraft

and cabin design. Breaking up established structures may sound bold, but will bring forward the changes we need in this specific

industry.


18

the Hy-ShAir concept

Wasserstoff als

Kraftstoff:

Bereitstellung und

Speicherung

Hydrogen as an

Alternative Aviation

Fuel: Generation

and Storage

Die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse

zählt mittlerweile zu den kostengünstigsten Methoden,

erneuerbare Energieträger zu gewinnen. Eine

Analyse geeigneter Speicheroptionen für die Luftfahrt

zeigt, dass für Langstreckenflugzeuge, wie sie

im Rahmen von Hy-ShAir betrachtet werden, kryogene

Tanksysteme für flüssigen Wasserstoff (LH 2 )

am vielversprechendsten sind.

In einem zukünftigen Szenario mit erneuerbarem

Wasserstoff im globalen Energiesystem dient die

Power-to-Liquid-Synthese von Kerosin aus H 2 und

CO 2 als Referenzfall. Die Produktion von LH 2 kann

deutlich effizienter und kostengünstiger sein, da

kein CO 2 benötigt wird, Prozessschritte entfallen

und kaum Koppelprodukte entstehen. Diese Vorteile

überwiegen die höheren Kosten und Verluste entlang

einer repräsentativen LH 2 -Versorgungskette.

Die energieintensive Verflüssigung zur Bereitstellung

von LH 2 sollte direkt am Standort der Wasserelektrolyse

stattfinden, da dort erneuerbarer Strom

kostengünstig zur Verfügung steht. Auf dem Seeweg

erfolgt die Logistik über LH 2 -Tankschiffe, auf dem

Landweg kommen Tankwagen zum Einsatz. Somit

könnte LH 2 an allen großen Flughäfen kostengünstig

bereitgestellt werden.

Für die beste Speicheroption von Wasserstoff

an Bord von Flugzeugen mit großer Reichweite ist

die spezifische Energie von LH 2 mit Kryotank entscheidend.

Um das Gewicht und die aerodynamischen

Nachteile aufgrund der erforderlichen großen

Kryotanks zu minimieren, wurden verschiedene

Tankoptionen, in Form und Einbauort, im Hyliner-

Flugzeugentwurf untersucht, wobei aus Sicherheitsgründen

mindestens zwei Tanks erforderlich sind.

Die resultierende spezifische Energie einschließlich

des Tanks ist um den Faktor 2,3 größer als im Fall

von Kerosin. Dies verringert die Abflugmasse.

Zudem überwiegen die ökologischen Vorteile des

Gesamtsystems.

Electrolysis

Liquefaction

Storage &

logistics

Energieverhältnisse

bei der Bereitstellung

von

erneuerbarem

Wasserstoff

Energy relations

for the supply of

renewable hydrogen

Hydrogen production via water electrolysis has

evolved into one of the most cost-effective methods

to generate renewable energy carriers. In aviation,

an analysis of suitable storage options shows that

cryogenic tank systems for liquid hydrogen (LH 2 ) are

most promising for long-haul aircraft, such as those

considered in the Hy-ShAir project.

In a future deep decarbonisation scenario, the

power-to-liquid (PtL) synthesis of renewable jet fuel

serves as a reference case. The production of liquid

hydrogen can be significantly more efficient and

less costly than the PtL reference case as no CO 2

is needed, less process steps are required, and no

major by-product streams are generated. These

advantages can overcompensate the higher cost

and the boil-off losses along a representative LH 2

supply chain. It is preferable to perform the energy

intensive liquefaction step at the location of the

electrolysis plant where renewable electricity is

available at low cost. The logistics chain assumes

transport by sea via LH 2 carriers and LH 2 trailers for

inland transport. In this way, it is possible to supply

all major airports with LH 2 at reasonable cost.

For the best storage option of hydrogen on

board long-range aircraft, the specific energy of LH 2

including the cryotank is crucial. In order to minimise

the weight and aerodynamic penalties due to

the large tanks required, different tank options, in

shape and location, have been investigated in the

Hyliner aircraft design where a minimum of two

tanks are required for safety reasons. The resulting

specific energy including the tank weight is 2.3

times higher compared to a kerosene system. On

the one hand, this solution reduces the take-off

mass, and on the other hand, potential penalties are

outweighed by the ecological advantages of the

overall system.


19

Speicheroptionen für

Wasserstoff

Vergleich verschiedener Speicheroptionen

bezogen auf die Wasserstoffmenge und das

Tanksystemgewicht

Storage options for

hydrogen

Comparison of different storage options in

terms of hydrogen quantity and tank system

weight

Hydrogen-to-tank weight ratio

in kg-H 2 / kg-tank

10

1

0.1

0.01

Liquid hydrogen Non-vacuum isolated

Liquid hydrogen Vacuum isolated

Cryo-compressed hydrogen Vacuum isolated

Compressed gaseous hydrogen Type-4 pressure vessel

0 10 100 1000 10,000 100,000

Hydrogen weight in kg

Spezifische Emissionen

und Kosten erneuerbarer

Drop-in-Kraftstoffe

Die Produktion von LH 2 ist deutlich effizienter

und kostengünstiger als bei PtL-/StL-Kraftstoffen,

da kein CO 2 benötigt wird, Prozessschritte

entfallen und wenig Koppelprodukte

entstehen.

Specific emissions and

potential costs of

renewable drop-in fuels

The production of LH 2 is significantly more

efficient and cost-effective than for PtL/StL fuels,

since no CO 2 is required, process steps are

omitted, and few by-products are produced.

Specific GHG emissions in g-CO 2 -eq /MJ

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

329

Conventional jet fuel

HEFA / jatropha

BtL / eucalyptus

HEFA / microalgae

BtL / municipal solid waste

HEFA / used cooking oil

HEFA / yellow grease

BtL / poplar

HEFA / camelina

HTL /

PtL StL

forestry residues LH 2 BtL / forestry residues

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4

BtL: Biomass to liquid

HEFA: Hydroprocessed esters and fatty acids

HTL: Hydrothermal liquefaction

Minimum fuel selling price * in EUR/L

[ * for LH 2 : per kerosene equivalent]

LH 2 :

PtL:

StL:

Liquid hydrogen

Power to liquid

Sunlight to liquid

8.43

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

Die Idee einer Wasserstoffwirtschaft ist älter als 150 Jahre, dennoch ist ihre Vorstellung sehr attraktiv und heutige

Technologiebausteine könnten die Vision einer deutlichen Emissionsreduzierung ermöglichen. Der Aufwand für den

Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft ist enorm, könnte sich aber in Zukunft durch die Etablierung eines nachhaltigen

Kreislaufes mithilfe erneuerbarer Energien auszahlen. Wasserstoff im Straßenverkehr ist von der Produktion bis zum Verbrauch

gut verstanden. Die Einführung von Wasserstoff in das Flugzeug ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Mehrere Studien erörtern

die wichtigsten Designkriterien, bei denen das zusätzliche Volumen und neue Technologien gegenüber emissionsfreiem Betrieb

und Bodenprozessen abgewogen werden. Es ist eine Chance!

The idea of a hydrogen economy is older than 150 years, nevertheless its conception is still appealing and today’s

technology bricks could enable the vision of significant emissions reduction. The effort for a transition to a hydrogen

economy is enormous, but may pay off in the future by establishing a permanent cycle with the help of renewable sources.

Hydrogen as a fuel for ground transportation is well understood from production to consumption. Introducing hydrogen into the

aircraft is a challenging task. Several studies discuss the key design criteria balancing the extra volume and new technologies

against the emissions-free operation and ground procedures. It is a chance!


20 the Hy-ShAir concept

Wasserstoffbetriebenes

Langstreckenflugzeug

Hydrogen-powered

Long-haul Aircraft

Der Entwurf eines Langstreckenflugzeuges im

Rahmen des Gruppendesignprojektes ist stark von

den operationellen Veränderungen sowie der Wahl

des Energieträgers beeinflusst. Eine Absenkung der

Fluggeschwindigkeit auf Mach 0.7 ermöglicht eine

deutliche Energieeinsparung, gleichzeitig soll die

Produktivität durch eine Kapazität von 400 Passagieren

auf vergleichbarem Niveau gehalten werden.

Die Netzwerkstruktur wird so verändert, dass zeitgleich

geplante Flüge zusammengelegt werden,

wodurch die Auslastung verbessert wird. Der Ausbau

der Direktverbindungen hilft, die Gesamtreisezeit

der Passagiere trotzdem nicht steigen zu lassen.

Für das resultierende Flugzeugkonzept Hyliner (2.0)

wird Flüssigwasserstoff (LH 2 ) als Energieträger

gewählt, welcher in Gasturbinen verbrannt wird,

aber in der Speicherung an Bord ein wesentlich

größeres Volumen benötigt (bis zum Faktor 4). Da

konventionelle Flügelintegraltanks weder das benötigte

Speichervolumen besitzen noch die erweiterten

Anforderungen an Wärmeisolierung und

Druckfestigkeit erfüllen können, werden Rumpftanks

verwendet. Ein LH 2 -Flugzeug kann aufgrund

des geringeren Gewichtes trotz größerer Volumina

energieäquivalent zu einem konventionellen Flugzeug

selbigen Technologielevels entworfen werden.

Im Rahmen des Projektes wird jedoch der Rumpfquerschnitt

durch das zusätzliche Platzangebot für

den Passagier sowie die Serviceoptionen im dritten,

für Passagiere nutzbaren Deck so stark vergrößert,

dass der Energieverbrauch um 9 % höher ist. Um

diesen Energiemehraufwand zu minimieren, fokussiert

sich die aktuelle Forschung am Bauhaus Luftfahrt

auf die synergetischen Einsparpotenziale.

Neben einem Rumpfpropulsor ermöglichen zusätzlich

der tanklose Flügel und die niedrige Flugmachzahl

die Nutzung neuer Technologien, z. B. eines

Laminarflügels hoher Streckung.

Bauhaus Luftfahrts

Hyliner-(2.0)-Flugzeug

mit einem Flügel

hoher Streckung

und einem Rumpf

mit verhältnismäßig

großem Durchmesser

inklusive

LH 2 -Tanks

Bauhaus Luftfahrt‘s

Hyliner (2.0) aircraft

with a high aspect

ratio wing and a

fuselage with

relatively large

diameter including

LH 2 tanks

The design of a long-range aircraft in the group

design project is strongly influenced by operational

changes as well as the choice of energy source.

Setting the airspeed to Mach 0.7 allows for significant

energy savings, while increasing the capacity

to 400 passengers permits to keep productivity

at the same level. Through the modification of the

network structure, parallel flights are combined

leading to an improved utilisation. The increase

in direct connections helps not to expand total

travel times for the passenger. For the resulting

aircraft concept Hyliner (2.0), liquid hydrogen (LH 2 )

is chosen as the energy source, which is burned

in gas turbines, but requires significantly larger

volumes on board for storage (up to four times).

Since conventional wing tanks neither have the

required storage volume nor can meet the

extended requirements for thermal insulation and

compressive strength, fuselage tanks are used.

Such a LH 2 aircraft can, due to its reduced weight

despite the higher volumes, be designed energyequivalent

to a conventional aircraft of the same

technology level. As part of the project, the fuselage

size is enlarged by the extra space and the

service options of a third, passenger-friendly deck,

leading to an increase in energy consumption of

9 %. In order to minimise this additional energy

expenditure, current research at Bauhaus Luftfahrt

is focusing on the synergistic saving potentials.

Beside a fuselage propulsor, these are the tankless

wing and the low flight Mach number, which

allow the use of new technologies, e.g., a laminar

wing with high aspect ratio.


21

Wasserstoffflugzeug mit Rumpfpropulsor

Durch die vergrößerte Rumpfoberfläche eines Wasserstoffflugzeuges ergibt sich ein

synergetisches Einsparpotenzial bei Anwendung eines Rumpfpropulsors.

Hydrogen aircraft with

propulsive fuselage

Due to the enlarged fuselage surface of a hydrogen

aircraft, there is a synergetic savings potential

when using a propulsive fuselage.

Emissionen

Abschätzung der Emissionen des LH 2 -Flugzeuges (cruise @Mach 0.7)

im Vergleich zu einem fortschrittlichen konventionellen Referenzflugzeug

(cruise @Mach 0.82)

Emissions

Estimation of the emissions of the LH 2 aircraft (cruise @Mach 0.7) compared

to advanced conventional reference aircraft (cruise @Mach 0.82)

Emissions

CO 2 (local)

SO X

NO X

H 2 O

Soot

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

Change in emissions LH 2 vs. reference aircraft (2040) in %

Dr. Jochen Kaiser Head of Visionary Aircraft Concepts

Wasserstoff als Energieträger in Verkehrsflugzeugen ist keine revolutionär neue Idee und auch der Flugzeugentwurf

erscheint in der ersten Betrachtung vielleicht nicht übermäßig radikal. In der Kombination mit verschiedenen Technologien

kann Wasserstoff aber gerade auf der Langstrecke die gewünschte Reduzierung der Emissionen ermöglichen. Neben

diesem positiven Beitrag würde die Einführung von Wasserstoff zusätzlich deutliche Auswirkungen auf die Versorgungsinfrastruktur

zur Erzeugung und Verteilung des Kraftstoffes haben, die dann in ihrer Gesamtheit einen revolutionären Schritt in

der Luftfahrt darstellen würden.

Hydrogen as an energy carrier in commercial aircraft is not a revolutionary new idea, and even the aircraft design may

not seem particularly radical at first glance. In combination with various technologies, however, hydrogen can enable

the desired reduction in emissions, especially on long-haul routes. In addition to this positive contribution, the introduction of

hydrogen would also have a significant impact on the supply infrastructure for fuel production and distribution, which in its entirety

would then represent a revolutionary step in aviation.


22

technology radar &

digital transformation

STRUCTURAL

HEALTH

MONITORING

POTENTIALS

FUTURE

MATERIALS FOR

PEM FUEL CELLS

MACHINE

LEARNING FOR

ADVANCED

QUALITY CONTROL

DIGITALISATION

BACKBONES:

ONTOLOGIES


23

Die Früherkennung von disruptiven Technologien,

deren physikalischer Leitplanken

sowie des digitalen Veränderungspotenzials

ist der Schlüssel zu langfristigen,

nachhaltigen Innovationen in der Luftfahrt.

Das „Technologieradar“ des Bauhaus

Luftfahrt fungiert als Antenne für Technologiesprünge

in den Domänen Energie,

Materialien, Photonik, Sensorik und

Information. Um Zukunftstechnologien

quantitativ zu analysieren, wird eine eigens

entwickelte, auf naturwissenschaftliche

Prinzipien gestützte Methodik angewandt.

Die Potenziale der „Digitalen Transformation“

werden entlang der Wertschöpfungskette

und im Kontext neuer Geschäftsmodelle

durch eine transdisziplinäre,

soziotechnologische und systemische

Herangehensweise erforscht. Die technologischen

und digitalen Innovationspotenziale

werden so auf unterschiedlichen

Komplexitätsebenen bewertet und

ermöglichen die Entwicklung stimmiger

Zukunftskonzepte.

The early detection of disruptive technologies,

of their ultimate physical performance

capability and of the digital

transformation potential is the key to

long-term, sustainable innovations in

aviation. The “Technology Radar” of

Bauhaus Luftfahrt acts as an antenna

for step-change technological advancements

in the domains of energy,

materials, photonics, sensors, and

information. In order to analyse future

technologies quantitatively, a specially

developed method based on scientific

principles is used.

The potential of “Digital Transformation”

is researched along the value

chain and in the context of new business

models using a transdisciplinary, sociotechnological,

and systemic approach.

The technological and digital innovation

potentials are evaluated at different

levels of complexity and enable the

development of sound overall future

concepts.


24

technology radar &

digital transformation

Ökonomischer Einfluss

von SHM auf schadenstolerante

Flugzeugstrukturen

Economic Impact

of SHM on Damagetolerant

Aircraft

Structures

Technologien zur kontinuierlichen Strukturüberwachung

(„Structural Health Monitoring“, kurz SHM)

können detaillierte Kenntnisse über den Zustand

von Flugzeugstrukturen liefern. Potenziale in den

Bereichen Gewichtsreduktion, Instandhaltung und

Lebenszeitverlängerung sind komplex zu bewerten,

und verfügbare Studien zu Kostenvorteilen lassen

noch keine eindeutigen Aussagen zu.

Im Rahmen des LuFo-Projektes STRUBATEX

wird in einer integrierten techno-ökonomischen

Lebenszyklusbetrachtung SHM auf einer einheitlichen

Basis bewertet. Sensorcharakteristiken, operationelle

Aspekte, Instandhaltungsanforderungen

sowie Struktureigenschaften werden über den

gesamten Lebenszyklus berücksichtigt. Ermüdungsanfällige

metallische Strukturen mit schadenstoleranter

Auslegung stehen dabei im Zentrum der

Betrachtung.

Die Strukturermüdung eines Airbus A320-200

wird mit dem Gesetz nach Paris simuliert. Dazu

werden Oberfläche, Rippen, Spanten und Holme

der Rumpf- und Flügelstruktur in Bleche segmentiert.

Gewicht und Ermüdungsverhalten sind dabei

mittels Luftfahrttechnischem Handbuch und Maintenance

Planning Document kalibriert. Die potenzielle

Gewichtsersparnis bei verschiedenen Lastszenarien

während des Betriebes kann hieraus

in Abhängigkeit eines optimalen ökonomischen

Lebensendes bestimmt werden.

Modellbetrachtungen weisen nicht nur auf

erhebliche Gewichtseinsparungspotenziale, sondern

auch auf signifikante Lebenszeitverlängerungen

auf Flugzeugebene hin. In weiterführenden

Arbeiten werden neben möglichen Fehldetektionen

des Sensorsystems und verpassten Entdeckungen

auch Gewichtsbetrachtungen und Flottenaspekte

einbezogen. Kombiniert mit der Unsicherheit über

vorhandene Materialdefekte wird hiermit der Einfluss

auf die Ausfallwahrscheinlichkeit der Flugzeugstruktur

berücksichtigt.

Strukturwartung

macht etwa

20 % der direkten

Betriebskosten über

das Leben eines

Flugzeuges aus.

Airframe maintenance

accounts

for about 20 % of

direct operating

costs over the life

of an aircraft.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Energie

unter dem Förderkennzeichen

20X1737B gefördert.

Technologies for continuous structural health

monitoring (SHM) may provide detailed knowledge

about the condition of aircraft structures. Potentials

in the areas of weight reduction, maintenance,

and life-time extension are complex to

evaluate, and available studies on cost advantages

still do not find consistent results.

Within the scope of the STRUBATEX LuFo project,

SHM is evaluated on a uniform basis in an

integrated techno-economic life-cycle analysis.

Sensor characteristics, operational aspects, maintenance

requirements, and structural properties

are considered over the entire life cycle. Fatigueprone

metallic structures with damage-tolerant

design are in the focus of the analysis.

The structural fatigue of an Airbus A320-200

is simulated with the Paris law. For this purpose,

the surface, ribs, frames, and spars of the fuselage

and wing structure are segmented into sheets.

Weight and fatigue behaviour are calibrated using

the Aeronautical Engineering Manual and Maintenance

Planning Document. The potential weight

reduction under various load scenarios during

operation can be determined from this in relation

to an optimal economic end of life.

Model studies not only point to considerable

weight saving potentials, but also to significant

life-time extensions at aircraft level. In further

work, weight considerations and fleet aspects will

be included in addition to potential misdetections

of the sensor system as well as missed detections.

Combined with the uncertainty about existing

material defects, the influence on the probability

of failure of the aircraft structure will be considered.


25

Lebenszykluskosten beeinflussen das Potenzial

kontinuierlicher Strukturüberwachung

Eine kontinuierliche Zustandsüberwachung erhöht die Kenntnis über nutzungsabhängige Strukturschäden und beeinflusst die Restlebensdauer.

Dieses Potenzial kann auch dazu genutzt werden, Strukturen a priori leichter auszulegen.

Life-cycle costs affect the potential of continuous structural health monitoring

Continuous condition monitoring increases the knowledge of usage-dependent structural damages and influences the remaining service life.

This potential can also be used to design structures a priori in a lighter way.

Life extension

Weight saving

Annual cost

Planned structural retirement

Economic retirement

Annual cost

Economic retirement

Planned structural retirement

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

Year

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

Year

Cost of ownership (COO) Direct operating cost (DOC) Total annual cost (DOC + COO) of replacement at commissioning

Aktive Strukturüberwachung

ermöglicht genauere Last- und

Schädigungsverfolgung

SHM kann abhängig vom optimalen ökonomischen

Zeitpunkt der Außerdienststellung und der erfahrenen

Betriebslasten sowohl die Strukturlebensdauer

verlängern als auch Gewichtseinsparungen während

der Auslegung ermöglichen.

Active structural health

monitoring enables more precise

load and damage tracking

Depending on the optimum economic timing of

decommissioning and experienced operating loads,

SHM can both extend structural life and provide

weight savings during design.

Total potential weight savings [%]

30

20

10

0

Expected end of life

at design load

0

0.0 0.5 1.0 1.5

Deviation from design life time

Translation of smaller

anticipated loads into

weight saving

1

Optimal economic

retirement

Translation of smaller

loads into longer usage

and weight saving

3

Average loads

experienced in fleet

Translation of smaller

loads into longer usage

2

1.00 0.95 0.85 0.80 0.75 0.70

Fraction of design load


26 technology radar &

digital transformation

Zukünftige

Materialien für PEM-

Brennstoffzellen

Future Pathways

for Materials in PEM

Fuel Cells

Angesichts zunehmender Umweltverschmutzung

und stärker werdender Effekte der Klimaerwärmung

werden auch für den Luftverkehr Antriebsund

Energiespeicheroptionen abseits der Nutzung

fossiler Brennstoffe gesucht. Brennstoffzellen

bieten dabei eine besonders saubere Form der

Energieumwandlung. Unter verschiedenen Systemen

hat sich insbesondere die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle

(PEMFC) auch für

mobile Anwendungen als geeignet herausgestellt.

Der effiziente Betrieb bei relativ niedrigen Temperaturen

macht die PEMFC ökonomisch interessant

und bietet außerdem den Vorteil von raschen

Startphasen. Die geringen Betriebstemperaturen

verlangen jedoch die Verwendung von Katalysatoren,

unter denen jene mit einem gewissen Anteil

an Platin nach wie vor die effizientesten sind.

Neben Langlebigkeit und Stabilität sind es vor

allem die hohen Kosten und die Verfügbarkeit

dieses Edelmetalles, die problematisch sind, wie

eine aktuelle Studie zeigt. Andere Lösungen werden

erforscht, darunter Oxide und Nitride von Übergangsmetallen

und graphenbasierte Materialien.

Dabei kann Graphen an Anode und Kathode katalytisch

wirksam sein, indem es den Elektronentransfer

erleichtert. Gleichzeitig eignet sich Graphen

aufgrund der Protonendurchlässigkeit als Membran.

Eine solche zweifache Funktion wird in aktuellen

Studien untersucht. Das Ausgangsmaterial für

Graphen kann Kunststoffabfall sein, der thermisch

dissoziiert wird. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend,

vor allem aber konnte gezeigt werden,

dass es auch einfache, umweltfreundliche, kostenund

ressourcengünstige Möglichkeiten gibt,

Bestandteile von Brennstoffzellen herzustellen.

O 2 HO -

Die katalytische

Wirkung von

Graphen ist bereits

länger bekannt

und ist besonders

interessant für die

Reduktionsreaktion

von Sauerstoff.

The electrocatalytic

activity of graphene

has long been known

and is particularly

interesting for the

reduction reaction

of oxygen.

In light of increasing environmental pollution

and more pronounced effects of global warming,

options for propulsion and energy storage beyond

the use of fossil fuels are also being sought for

aviation. Fuel cells offer a particularly clean form

of energy conversion. Among different systems,

the Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell

in particular has proven to be suitable also for

mobile applications. The efficient operation at

relatively low temperatures makes the PEM fuel

cell economically interesting and offers the advantage

of rapid start-ups. However, the low operating

temperatures require the use of catalysts, among

which those with a certain amount of platinum

are still the most efficient. In addition to durability

and stability, it is foremost the high costs and the

availability of this precious metal that are problematic,

as a recent study shows. Other solutions are

being explored, including catalysts with oxides and

nitrides of transition metals and graphene-based

materials. Graphene can be catalytically active at

anode and cathode by facilitating electron transfer.

At the same time, graphene is suitable as a membrane

due to its proton permeability. Such a dual

function is set out in current studies. The starting

material for graphene can be plastic waste, which

is thermally dissociated. The first results are promising,

but above all, it could be shown that there

exist simple, environmentally friendly, cost-effective,

and resource-efficient ways of producing constituents

for fuel cells.


27

Vergleich des zukünftigen

Platinbedarfs mit der Versorgung

in 2017

Die breite Verwendung von Katalysatoren und die voraussichtliche

Zunahme von Brennstoffzellen in Fahrzeugen

treiben die Nachfrage nach Platin. Diese nimmt stark zu,

wenn Brennstoffzellen in kleinen und mittleren Fluggeräten

einbezogen werden.

Comparison of future platinum

demand with supply in 2017

The extensive use of catalytic converters and the expected

growth of fuel cells in road vehicles push the demand for

platinum. This demand accelerates when considering fuel

cells in small and medium-sized aircraft.

Platinum demand relative to 2017 supply [%]

200

180

160

140

120

Total platinum supply in 2017

100

80

60

40

20

0

2020 2025

2030 2035 2040

Demand of road vehicles,

proactive scenario

Demand of road vehicles,

delayed scenario

Demand of air vehicles

Beispielhafte Polarisationskurven für PEMFC im H 2 /O 2 -Betrieb

In Hellblau sind Standard-Pt-Elektroden dargestellt, Orange wurde mit Fe/N/C-Kathoden und Pt-Anoden erhalten.

Die dunkelblaue Kurve zeigt Messungen mit einer Graphen/Fe-Oxid-Membran-Elektrodeneinheit.

Representative polarisation

curves for PEMFC in H 2 /O 2

operation

In light blue are standard Pt electrodes,

orange was obtained with Fe/N/C cathodes

and Pt-based anodes. The dark blue curve

represents measurements with graphene/

Fe-oxide membrane electrode assembly (MEA).

Cell voltage [V]

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Current density [mA/cm 2 ]

Pt/C Fe/N/C Graphene/Fe-oxide MEA


28 technology radar &

digital transformation

Maschinelles Lernen

für zukünftige Qualitätskontrolle

im 3D-Druck

Machine Learning for

Future Quality Control

in 3D Printing

Der 3D-Druck erlaubt, Teile komplexer Geometrie

zu fertigen, etwa durch selektives Schmelzen

sukzessiver Pulverschichten. Mangelnde Prozessstabilität

kann zu Defekten führen, die nach jetzigem

Standard erst post factum erkannt werden.

Maschinelles Lernen (ML) verspricht, Deskriptoren

für Prozessqualität und -stabilität in Echtzeit

aus Sensordaten zu extrahieren, um bei Abweichungen

einen Auftragsabbruch oder letztlich

Korrekturmaßnahmen zu ermöglichen. So könnten

angestrebte mechanische Teileeigenschaften mit

weniger Ausschuss, Nachbearbeitungs- und Zeitaufwand

erzielt werden.

Das Bauhaus Luftfahrt hat hierfür verschiedene

Verfahren evaluiert. Riss- und Porenbildung führen

z. B. zu messbarer Akustischer Emission (AE).

Obwohl die Signale eher schwach und verrauscht

sind, erlauben neue Deep-Learning-Ansätze, anhand

distinkter Merkmale verschiedene Porositätslevel

zu unterscheiden. Zum Vergleich mit etablierten,

bildgebenden ex- bzw. in-situ-Verfahren wurde

aus dieser ML-Fähigkeit die Detektionswahrscheinlichkeit

für mehrere Defektgrößen abgeleitet. Als

wichtiger Fortschritt ermöglicht ML demnach, aus

AE-Signalen auch kleine Fehlstellen <100 µm zuverlässig

mit vergleichsweise geringen Hardwarekosten

zu erkennen. Um gleich auf Irregularitäten

reagieren zu können, ist die schnellere Verarbeitung

dieser 1D-Daten im Vergleich zu 2D-Bildern

zudem günstig. Ihre Sensitivität auf Dynamik unter

der Oberfläche erlaubt sogar, gebildete Poren in

der Tiefe zu lokalisieren, etwa als Basis für ihre

direkte, laserbasierte Entfernung. Mittels ML-

Analyse dabei erzeugter AE-Signale ließe sich der

Korrekturerfolg online prüfen.

Somit resultieren ML-Potenziale für zuverlässige,

kostengünstige Echtzeiterkennung und Behebung

selbst kleiner Mängel im 3D-Druck als Basis

für eine zukünftige Qualitätssicherung während der

Fertigung.

Maschinelles Lernen

erlaubt es, durch

Mustererkennung

in Sensordaten

die Prozessqualität

im 3D-Druck zu

optimieren.

Machine learning

allows for optimising

the process quality

in 3D printing through

pattern recognition

in sensor data.

3D printing allows parts of complex geometry to be

produced, e.g. by selective melting of successive

powder layers. A lack of process stability can lead

to defects that are only recognised post factum

according to the current standard.

Machine learning (ML) promises to extract

descriptors for process quality and stability in real

time from in-situ sensor data in order to allow for

anomaly-induced build job abortion or ultimately,

corrective actions within closed-loop control.

Hence, the desired mechanical part properties

could be achieved with less waste, post-processing

effort, and expenditure of time.

Bauhaus Luftfahrt has therefore evaluated

various approaches. Cracking and pore formation

lead e.g. to measurable acoustic emission (AE).

Although the signals are rather weak and noisy,

novel Deep Learning approaches allow distinguishing

different porosity levels by recognising distinct

acoustic features. To enable benchmarking against

established ex- or in-situ imaging methods, the

probability of detection for several defect sizes was

derived from this ML capability. As key progress,

our results indicate that ML makes it possible to

detect reliably even small irregularities <100 µm

from AE signals with comparatively low hardware

costs. Further, quick reaction to defect on-set is

supported by faster processing of this 1D data

compared to 2D images. Its sensitivity to dynamics

beneath the surface even allows in-depth localisation

of pores, e.g. as the basis for their direct,

laser-based removal. Using ML to interpret the AE

signals generated, the success of such corrective

actions could be checked online.

Hence, our analysis indicates ML potentials for

reliable, cost-effective real-time detection and remedy

of even small defects in 3D printing as the

basis for future in-process quality assurance.

Koops, L. (2019). Part B: Machine Learning Application Potentials.

In Focused Future Technology Analysis (p. 71). Taufkirchen, Germany:

Bauhaus Luftfahrt. ID 62192020, D1.2


29

Flussdiagramm des

ML-Prozesses

Das ML-Modell wird darauf trainiert, akustische

Merkmale verschiedener Prozessqualitäten zu

unterscheiden. Aus dieser Klassifikationsfähigkeit

wurde die Detektionswahrscheinlichkeit für

mehrere Defektgrößen abgeleitet.

AE-sensing for varying

processing quality

Data acquisition &

signal conditioning

Data collection

Time-domain signal

Flow chart of ML process

The ML model is trained to differentiate

between acoustic features of different process

qualities. The probability of detection for

several defect sizes was derived from this

classification capability.

Time-frequency spectrum

Training data set

Feature extraction

Testing data set

Data transformation &

feature extraction

ML algorithm training

& testing

Training feature classification

Output trained ML model

Evaluation of classification

performance

Estimate of probability of

detection

ML algorithm

evaluation

Detektionswahrscheinlichkeit für variierende Defektgrößen

Das Potenzial, Defekte in-situ mittels Akustischer Emission (AE) zuverlässiger zu erkennen als mit etablierter

ex-/in-situ Computer-/Optischer Tomographie (CT/OT), könnte seitens Sensorik, ML und Abstufung untersuchter

Qualitätslevel noch erhöht werden.

Probability of detection for

varying defect sizes

The potential of detecting defects in-situ more reliably

by using acoustic emission (AE) rather than established

ex-/in-situ computer/optical tomography (CT/OT) could

be increased on the part of sensors, ML, and gradation

of the examined quality level.

Probability of detection

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

Defect size [mm]

AE

AE 95 % Confidence Interval (C.I.)

CT

CT 95 % C.I.

OT

OT 95 % C.I.


30

technology radar &

digital transformation

Luftfahrt-Ontologie

erschließt

Unternehmenswissen

für Industrie 4.0

Aviation Ontology

Taps into Corporate

Knowledge for

Industry 4.0

Das Projekt EFFPRO_4.0 (2016–2019) hatte die

Digitalisierung industrieller Prozesse in der Luftfahrt

zum Thema. Unter anderem stand die

Fragestellung im Mittelpunkt, wie semantische

Technologien die Wiederverwendung von Unternehmenswissen

ermöglichen können.

Zur Beantwortung dieser Frage entwickelte

das Bauhaus Luftfahrt eine Ontologie für einen

Empfehlungsdienst-Prototypen, der in einen Texteditor

integriert wurde. Der Empfehlungsdienst

stellt Wissensarbeitern Verweise auf relevante

textuelle Daten (z. B. Konstruktionsbeschreibungen

oder Arbeitsnormen) und nicht-textuelle Daten

(z. B. Komponentenmodelle) dynamisch, passend

zum Inhalt des zu bearbeitenden Dokumentes, zur

Verfügung.

Die Entwicklung des Prototyps musste zwei

Herausforderungen meistern, damit die vorgeschlagenen

Verweise die Beachtung der Nutzer fanden:

Die Antwortzeit musste der Erwartung der Nutzer

entsprechen, und die Verweise mussten aus Nutzersicht

relevant sein. Zur Lösung der zweiten Herausforderung

hat das Bauhaus Luftfahrt mit einer

Luftfahrt-Ontologie, Methoden zur Abstraktion und

Anreicherung der Ontologie und einer Anwendung

für semantisches Tagging beigetragen.

Im Rahmen einer zweistufigen Evaluierung

konnte der Empfehlungsdienst in Bezug auf beide

Herausforderungen verbessert und weiterentwickelt

werden. Neben einer zufriedenstellenden Antwortzeit

wurde auch erreicht, dass durch die Relevanz

der vorgeschlagenen Verweise die Produktivität der

Nutzer positiv beeinflusst wurde.

Zukünftige Forschung und Entwicklung kann

das Konzept durch die Automatisierung der semantischen

Modellierung und Tagging sowie durch die

Transparenz der Vorschläge (Erklärbarkeit) verbessern.

Actuator

Slat_actuator

Flap_actuator

Flap_ballscrew_

actuator

Flap_geared_

rotary_actuator

Ontologien modellieren

das Unternehmenswissen

und werden in

Datenintegration

und Empfehlungsauswahl

angewendet.

Ontologies model

corporate knowledge

and are applied in

data integration and

recommendation

selection.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Energie

unter dem Förderkennzeichen

20Y1509E gefördert.

The project EFFPRO_4.0 (2016–2019) had as objective

the digitalisation of industrial processes in

aviation. One central research question was the

potential of semantic technology for enabling the

re-use of corporate knowledge.

In order to answer this question, Bauhaus Luftfahrt

developed an ontology for a prototype recommendation

system that was integrated into a text

editor. The system dynamically provides knowledge

workers with references to relevant textual data

(e.g. design descriptions or work norms) and nontextual

data (e.g. component models), corresponding

to the contents of the document that is being

written.

The development of the prototype faced two

particular challenges in order to make sure that the

recommended references would be given serious

consideration by the users: The response time had

to meet users’ expectations, and the references

had to be deemed relevant by the users. To address

this second challenge, Bauhaus Luftfahrt contributed

with an aviation ontology, with methods for

the abstraction and enrichment of the ontology, and

with an application for semantic tagging.

As part of a two-stage evaluation, the recommendation

system could be improved relative to

the considered challenges and further developed.

This made it both possible to achieve acceptable

response times and to have a positive impact on

users’ productivity because of the relevance of the

recommended references.

Future research and development will allow to

improve the concept by the automation of semantic

modelling and tagging as well as by the transparency

of the recommendations (explainability).


31

Architektur eines Empfehlungsdienstes

zur Wiederverwendung

von Unternehmenswissen

Heterogene Daten werden durch semantische Module integriert, sodass ein

Benutzer eines Texteditors (End User) dynamisch durch einen Empfehlungsdienst

auf relevante Daten aus verschiedenen Quellen zugreifen kann.

Architecture of a

recommendation system for the

re-use of corporate knowledge

Heterogeneous data are integrated by semantic modules, allowing

a user of a text editor (end user) to be dynamically referred through

a recommendation system to relevant data in different sources.

Raw data

acquisition

Semantic

modelling

Linguistic semantic

integration

User

interaction

Textual data import

Textual

data

Nontextual

data

Sample

data

Sample

data

Mapper

Master

spreadsheet

DocO-R

Documentation

ontology

reified

Individual

Abstract

Class

DocO-A

Documentation

ontology

abstracted

DesO-A

Design

ontology

Match

Individual

AviO-R

Aviation

ontology

reified

Class

Reify

AviO-A

Aviation

ontology

abstracted

Semantic tags

Semantic tags

Semantic data

model

integration

Semantic

textual data

enrichment

Integrated

data

models

Data

models

Ontology-enriched

textual data

Textual data

Data model

extraction &

management

Data base

Ontologyenriched

data &

integrated

data

models

Data

set

Query

Ontology-based

recommendation

system

prototype

Text editor

References

to files

(textual &

non-textual)

Text

End user

Non-textual data import

Evaluierung der Semantik im Empfehlungsdienstprototyp

Das Potenzial für semantikbasierte Empfehlungsdienste wird anhand von Methoden zur Bereitstellung der Semantik und Interaktionsprofilen

der Nutzer in Kombination mit den hier gezeigten Ergebnissen zur Semantik evaluiert.

Evaluation of the semantics in the

recommendation system prototype

The potential for semantics-based recommendation systems is evaluated

based on methods for semantics deployment and user interaction profiles

in combination with the evaluation of the semantics (shown here).

Evaluation of semantic in recommendation system prototype

Aspect of semantics in

recommendation system

View of

ontology developer

View of

system developer

View of

end user

Knowledge coverage ok poor ok

Detail of model data rich too rich too rich

Lexical variations ok poor n/a

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

Auf einer neuen Ebene der Wissensverarbeitung sind Computer in der Lage, Bücher zu lesen und zu schreiben und als

Experten zu beraten. Ein Wissenschaftsverlag präsentierte in 2019 das erste vollständig computergeschriebene Buch über

die Lithium-Ionen-Batterieforschung. Gleichzeitig schaffen digitale Technologien für ihr Funktionieren ein expandierendes „Cyber-

Universum“. Durch die Anreicherung der Cyberwelt mit Ontologien, d. h. mit logischen Relationen unserer Welt, verbinden Computer

Bedeutung mit Informationen und können Expertenberater werden. Das Bauhaus Luftfahrt erforscht die ontologiebasierte Wissensverarbeitung,

um die zukünftigen Herausforderungen zu antizipieren.

We enter a new level of knowledge processing, when computers are smart enough to read and write books and give

expert advice. In 2019 a science publisher presented the first entirely machine-written book on lithium-ion battery

research, motivated by the research information overflow. In addition, digital technologies, over their life time, create and cooperate

with an ever-expanding “cyber universe”. By enriching the cyber world with ontologies, i.e. logical representations of our world,

computers link meaning to information and can become expert advisors. Bauhaus Luftfahrt researches ontology-based knowledge

processing in order to anticipate the future challenges.


32 operations

RESEARCH

FOCUS

AREA

INNOVATIVE

REGIONAL &

LONG-HAUL

AVIATION CONCEPTS

APPLICATION

POTENTIAL OF

URBAN

AIR MOBILITY

ENVIRONMENTAL

AWARENESS &

FUTURE AVIATION


33

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 Flugzeugen

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 of future

scenarios and trends impacting aviation,

the research focus area “Operations” investigates the implications for air transport

based on future mobility conditions. Starting from a solid knowledge of the

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

efficiency potentials and hence recommendations for different stakeholders

of the air transport system can be given.


34 operations

Potenzial von

Urban Air Mobility

für die Metropolregion

München

Potential of

Urban Air Mobility

for the Munich

Metropolitan Region

Für die Metropolregion München mit insgesamt

4,5 Millionen Einwohnern wurden fünf verschiedene

Urban-Air-Mobility-(UAM)-Marktszenarien von

konservativ bis progressiv definiert und simuliert,

die sich in Anzahl der Vertiports, Fluggeschwindigkeit,

Anzahl von Fluggeräten pro Vertiport, Passagierprozesszeiten

am Boden vor und nach dem Flug

sowie Ticketpreisen unterscheiden. Diese fünf

Szenarien zeigten, dass UAM die tägliche Mobilitätssituation

im Allgemeinen nicht wesentlich verändern

wird, aber das aktuelle Verkehrsangebot

durch einen schnellen, flexiblen Verkehrsträger

ergänzen könnte. Bei taxiähnlichen Preisen wurde

ein Anteil von UAM am modalen Split von knapp

1% errechnet. Erst auf längeren Strecken über

40 km konnten relevante Marktanteile von 3 % und

mehr erreicht werden. Als die wichtigsten Treiber

für die Nachfrage wurden dabei sowohl der Ticketpreis

als auch die Flottengröße identifiziert. Um

zukünftig taxiähnliche Preise anbieten zu können,

sind sehr hohe Auslastungen der Fluggeräte zusammen

mit einer möglichst großen Anzahl von

Sitzplätzen notwendig. Die Studie hat außerdem

gezeigt, dass eine Refinanzierung der Infrastruktur

über den Ticketpreis nicht vollständig möglich ist

und eine Vielzahl von denkbaren Flugstrecken im

direkten Wettbewerb mit dem öffentlichen Personennahverkehr

stehen würde. Zudem muss ein

Kompromiss zwischen effizientem Direktflug und

einem potenziell negativen Einfluss von Lärm und

Sichtbarkeit auf die Bevölkerung durch die Flugführung

entlang bestehender Infrastruktur gefunden

werden. Von daher sollten die politischen Entscheidungsträger

frühzeitig eingebunden werden und

es sollte stärker erforscht werden, wie ein solcher

Kompromiss für den UAM-Flugbetrieb unter

Berücksichtigung von Ökonomie, Ökologie, Gerechtigkeit

sowie Stadtplanung aussehen könnte.

A

B

PT network

UAM route

PT route

Destination point

Vertiport

Konzepte für die

Integration von

UAM in den

öffentlichen

Personennahverkehr

Concepts for

integrating UAM

into the public

transport (PT)

system

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bayerischen Staatsministeriums

für Wirtschaft,

Landesentwicklung und

Energie unter dem Förderkennzeichen

LABAY101A

gefördert.

For the Munich Metropolitan Region with a total

of 4.5 million inhabitants, five different Urban Air

Mobility (UAM) market scenarios ranging from

conservative to progressive were defined and

simulated. The scenarios vary in the number of

vertiports, vehicle cruise speed, number of vehicle

per vertiport, passenger process times on the

ground before and after the flight, and ticket prices.

These five scenarios showed that UAM will generally

not significantly change the daily mobility

situation, but UAM could complement the current

transport offer by a fast and flexible transport

mode. For prices similar to taxis, UAM’s share of

the modal split was calculated to be just under

1%. Only on longer distances over 40 km, relevant

market shares of 3 % and more could be achieved.

Both ticket price and fleet size were identified as

the main drivers for demand. In order to be able to

offer taxi-like prices in the future, very high vehicle

load factors combined with the largest possible

number of installed seats are necessary. The study

also showed that refinancing the infrastructure via

the ticket price is not fully possible and that a large

number of conceivable flight routes would be in

direct competition with local public transport. In

addition, a compromise must be found between

efficient direct flights and a potentially negative

impact of noise and visibility caused by flights

along existing infrastructure. Therefore, political

decision-makers should be involved at an early

stage and more research should be done to find

such a compromise for UAM flight operations,

taking into account economy, ecology, equity, and

urban planning.


35

Drei mögliche UAM-Netzwerke für die

Metropolregion München

Drei entwickelte UAM-Netzwerke mit geringer (24), mittlerer (54)

und hoher (130) Anzahl von Vertiports zur Verbesserung von

Pendlerfahrten, der Erreichbarkeit des ÖPNV und von Unternehmen

sowie der Nutzung für Freizeitaktivitäten

Three possible UAM networks for the

Munich Metropolitan Region

Three developed UAM networks with low (24), medium (54), and

high (130) numbers of vertiports to improve commuting, accessibility of

public transport and businesses as well as to be used for leisure activities

Eichstätt

Ingolstadt

Burgheim

Golfclub Neuburg

Bauer AG

Dietfurt

Riedenburg

Bad Gögging

Flugplatz Ingolstadt

Airbus

Dreieck Holledau

Hipp, Bhf Pfaffenhofen

Different vertiport network

Low density

Medium density

High density

Study area OBUAM

Neuhausen

BMW Dingolfing

Landshut

Landshut Hbf

Aichach

Augsburg

Petershausen (S2) Freising

MAN AB

Freising (S1)

Hbf AB

Altomünster (S2) Flughafen Ost

Innenstadt AB Flughafen West

Erding (S2)

Dachau

Therme Erding

Mammendorf (S3) München Garching-Forschungszentrum (U6)

Vilsbiburg

Schondorf am Ammersee Ebersberg (S4, S6)

Airbus

Landsberg

Kreuz München Süd Wasserburg

Herrsching (S8) Starnberg

Tutzing Wolfratshausen (S7) Kreuzstraße (S7)

Weilheim

Holzkirchen (S3) Rosenheim Prien am Chiemsee

Rosenheim

Sensitivitäten der Nachfrage nach UAM

Sensitivitätsstudie der täglichen Anzahl von UAM-Passagieren in Abhängigkeit

von Netzwerkgröße, UAM-Fluggeschwindigkeit, Flottengröße, Passagierprozesszeiten,

Grundticketpreis und kilometerbasiertem Ticketpreis. Die Verfügbarkeit

von UAM-Vehikeln pro Vertiport (Fleet Size) sowie ein kilometerbasierter Ticketpreis

zeigen den größten Einfluss auf eine zukünftige UAM-Nachfrage.

Demand sensitivities for UAM

Sensitivity study on the number of daily UAM passengers as a function

of network size, vehicle cruise speed, fleet size, passenger process

times, basic and kilometre-based ticket price. The availability of UAM

vehicles per vertiport (fleet size) as well as a kilometre-based ticket

price show the largest impact on future UAM demand.

Total number of

UAM passengers

160,000

140,000

120,000

100,000

80,000

60,000

40,000

20,000

0

24 vertiports

Network size impact

74 vertiports

130 vertiports

UAM vehicle cruise speed impact

50 km/h

80 km/h

100 km/h

150 km/h

200 km/h

250 km/h

300 km/h

350 km/h

Fleet size impact

10 veh/station

20 veh/station

100 veh/station

10,000 veh/station

PAX process time impact

0 min

10 min

20 min

Base fare impact

0.0 €

2.5 €

5.0 €

10 €

Distance-based fare impact

1 €/km

2 €/km

5 €/km

10 €/km

Dr. Kay Plötner Head of Economics and Transportation

Die zentralen Ergebnisse aus der Studie für die Metropolregion München lassen sich auch auf andere Städte übertragen.

Ohne eine sehr große Anzahl von Vertiports, einer hinreichenden Vertiportkapazität an stündlichen Flugbewegungen

und einer signifikanten Reduktion der Betriebskosten wird UAM die Verkehrssituation im urbanen Raum nicht

maßgeblich verändern, sondern das bestehende Mobilitätsangebot nur ergänzen. Daher sollte sich die Forschung verstärkt

auf vielversprechende, alternative Einsatzszenarien wie z. B. schlecht angebundene Regionen im ländlichen Raum, im Gebirge

oder auf Inseln sowie für den Tourismus konzentrieren.

Key results of the Munich Metropolitan Region UAM study can also be transferred to other cities. Without a very

large number of vertiports, a sufficient vertiport capacity of hourly flight movements, and a significant reduction in

operating costs, UAM will not significantly change the traffic situation in urban areas, but will only supplement the existing

mobility options. Therefore, research should focus more on promising, alternative use cases such as poorly connected regions

in rural areas, mountainous regions, or islands as well as for tourism applications.


36 operations

Analyse des

Marktpotenzials von

hybrid-elektrischen

Regionalflugzeugen

Analysis of the

Market Potential of

Hybrid-electric

Regional Aircraft

Zukünftige Ziele für die Luftfahrt sind neben der

Emissionsreduktion die Verkürzung von Reisezeiten

für Passagiere sowie die bessere intermodale

Integration. Hinsichtlich dieser Ziele sind Wissenschaftler

des Deutschen Zentrums für Luft- und

Raumfahrt und des Bauhaus Luftfahrt gemeinsam

der Frage nachgegangen, welches Potenzial hybridelektrische

Antriebe für den 19-sitzigen Flugzeugmarkt

hätten. In Zukunft kann diese technologische

Innovation vor allem auf der Kurzstrecke zum Einsatz

kommen. Es konnte gezeigt werden, dass ein

solches Flugzeug im vollelektrischen Betrieb mit

16 Passagieren etwa eine Reichweite von 200 km

und bei Einsatz eines kerosinbetriebenen Range-

Extenders von 1250 km hat. Ein Austausch der

heutigen Flotte von 19-Sitzern mit hybrid-elektrischen

Konzepten ermöglicht somit CO 2 -Einsparungen

von bis zu 73 %. Entscheidend für die Markteinführung

sind eine wettbewerbsfähige Kostenstruktur,

Zeitersparnisse für Passagiere und eine

ausreichende Gesamtnachfrage. Seit Ende der

1990er-Jahre hat das Marktvolumen von konventionellen

19-Sitzern jedoch aufgrund des Wettbewerbes

durch größere Flugzeuge, andere Verkehrsmittel

und vergleichsweise hohe Betriebskosten

abgenommen. Heute werden diese Flugzeuge vorrangig

auf dem nord- und südamerikanischen Markt

eingesetzt. Insbesondere Kurzstreckenverbindungen

zwischen Städten oder die Anbindung ländlicher

Regionen bieten zukünftiges Potenzial. Bestehende

regionale Flughafeninfrastruktur kann genutzt

werden, um z. B. auf Routen mit unzureichendem

Angebot an alternativen Verkehrsmitteln die Nachfrage

direkt und zeitsparend zu bedienen. Die Höhe

und Ausgestaltung von Infrastruktur-, Instandhaltungs-

oder Energiekosten sowie die Auslastung

auf geflogenen Strecken spielen eine entscheidende

Rolle und sind Bestandteil weiterer Forschung.

Das im Kooperationsprojekt

entwickelte

hybrid-elektrische

19-Sitzer-Flugzeug

The hybrid-electric

19-seater aircraft

developed in the

cooperative project

In addition to reducing emissions, future goals for

aviation include shorter travel times for passengers

and better intermodal integration. With regard to

these goals, scientists from the German Aerospace

Center and Bauhaus Luftfahrt have jointly investigated

the potential of hybrid-electric propulsion for

the 19-seater aircraft market. In the future, this

technological innovation can be primarily beneficial

on short distances. Project results showed that such

an aircraft with 16 passengers can cover a range of

about 200 km in fully electric operation and 1250 km

when using a kerosene-powered range extender.

Replacing today’s fleet of 19-seaters with hybridelectric

concepts will thus enable CO 2 savings of up

to 73 %. Decisive factors for the market introduction

are a competitive cost structure, time savings for

passengers, and sufficient overall demand. Since

the end of the 1990s, however, the market volume

of conventional 19-seaters has declined due to competition

from larger aircraft, other means of transport,

and comparatively high operating costs. Today,

these aircraft are primarily used in the North and

South American market. In the future, especially

short-haul connections between cities or links to

rural regions exhibit new market potential. Existing

regional airport infrastructure can be used, for

example, to meet demand in a time-saving manner

on routes with an insufficient supply of alternative

means of transport. The extent of infrastructure,

maintenance, or energy costs as well as the demand

on offered routes play a crucial role and are part of

further research.


37

Historische Entwicklung

der regionalen

Anwendung von

19-sitzigen Flugzeugen

Das globale Marktvolumen dieser 19-sitzigen

Flugzeuge hat in den letzten 20 Jahren stark

abgenommen; große Märkte hierfür sind die

Vereinigten Staaten und Kanada (eigene

Darstellung, basierend auf OAG 1998–2018).

Number of departures with 19-seater aircraft

(in thousands)

2500

2000

1500

1000

500

0

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018

Years

Oceania

North America

Near & Middle East

Latin America

Europe

Asia

Africa

Historic development of regional application of 19-seater aircraft

The global market volume of 19-seater aircraft decreased steeply over the last 20 years, with a high share of traffic concentrated

within the United States and Canada (own depiction, based on OAG 1998–2018).

Potenzial zur Emissionsreduktion

auf dem globalen 19-Sitzer-Markt

(2018)

Abhängig vom Energiemix liegt das Potenzial zur Reduzierung

von CO 2 -Emissionen bei einem Austausch der heutigen 19-Sitzer-

Flotte mit hybrid-elektrischen Konzepten zwischen 45 % und

73 %; eigene Darstellung, basierend auf Umweltbundesamt

(2019), CO 2 -Emissionen pro Kilowattstunde Strom sinken weiter,

https://www.umweltbundesamt.de/themen/co2-emissionenpro-kilowattstunde-strom-sinken,

und OAG (2018).

The emissions reduction potential

across the global 19-seater

application range (2018)

Depending on the underlying energy mix, the CO 2 reduction

potential of a future 19-seater fleet with hybrid-electric concepts

ranges between 45 % and 73 %; own depiction, based on

Umweltbundesamt (2019), CO 2 -Emissionen pro Kilowattstunde

Strom sinken weiter, https://www.umweltbundesamt.de/themen/

co2-emissionen-pro-kilowattstunde-strom-sinken, and OAG (2018).

25,000

CO 2 emissions in t (2018 flight schedule)

20,000

15,000

10 ,000

5000

Conventional 19-seater

Hybrid-electric 19-seater (current energy mix)

Hybrid-electric 19-seater (100 % carbon-neutral electricity)

0

0 – 50

50 – 100

100 – 150

150 – 200

200 – 250

250 – 300

300 – 350

350 – 400

400 – 450

450 – 500

500 – 550

550 – 600

600 – 650

650 – 700

700 – 750

750 – 800

800 – 850

850 – 900

900 – 950

Distance class from x km up to under y km

950 – 1000

1000 – 1050

1050 – 1100


38 operations

Umweltbewusstes

Verhalten: Wie sieht

die Zukunft für die

Luftfahrt aus?

Pro-environmental

Behaviour:

What Future for

Aviation?

Das Jahr 2019 war geprägt von einer intensiven

öffentlichen Debatte, ob Fliegen in Zeiten des

Klimawandels moralisch vertretbar ist. Zwei Fragen

drängen sich angesichts dieser Diskussion auf:

Inwiefern führen gesellschaftliche Debatten tatsächlich

zu einer Veränderung des Flugverhaltens?

Und welche Auswirkungen hat dies auf die Struktur

des Luftfahrtsystems?

Um diesen vielschichtigen Fragestellungen

nachzugehen, setzt die Forschung des Bauhaus

Luftfahrt an verschiedenen Stellen an. Ergebnisse

aus dem EU-Projekt DATASET2050 zeigen, dass

zukünftig umweltbewusste Passagiere seltener

fliegen werden, Flugreisen kombinieren wollen und

umweltfreundlichen Zubringerverkehr nutzen. 1

Zudem werden Reiseentscheidungen im Kontext

verschiedener klimaschonender Optionen wie CO 2 -

Kompensation, Reduktion oder Verzicht getroffen.

Erste repräsentative Studien zeigen die dramatische

Veränderung der öffentlichen Wahrnehmung

weltweit. Während für 2019 nur 11% der Europäer

erwogen, weniger zu fliegen, wollen in 2020 dies

nun 63 % der Europäer tun. Interessanterweise

erfährt „nicht fliegen“ dabei eine höhere Zustimmung

als „Flüge kompensieren“.

Wann und wie sich das Reiseverhalten verändern

wird, hängt auch vom Verhalten der etablierten

Akteure ab. Die Herausforderung besteht darin,

die Anzeichen der Veränderung frühzeitig ernst zu

nehmen, adäquate Antworten darauf zu finden und

betriebswirtschaftliche Risiken abzuwägen. Die

Forschung des Bauhaus Luftfahrt dockt insbesondere

an der Schnittstelle zwischen ökonomischer

Modellierung, Szenarioentwicklung und Policy-

Analyse an diese Fragestellungen an. Hierbei ist

es wichtig, die Luftfahrt im größeren Mobilitätskontext

zu verstehen, um ganzheitliche Lösungsansätze

zu identifizieren.

In welche Richtung

wird die Bekämpfung

des Klimawandels

die Luftfahrt lenken?

Towards which path

will climate change

mitigation push the

aviation industry?

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020

research and innovation

programme under grant

agreement No. 640353.

The year 2019 was marked by intensive public discussion,

whether flying is morally acceptable in

times of climate change. Through this debate, two

pivotal questions come into mind: To what extent

do public debates truly lead to a change in flying

behaviour? And which consequences could this

have on the structure of the aviation system?

To investigate these multi-facetted questions,

research of Bauhaus Luftfahrt takes various

approaches. Results from the EU project DATA-

SET2050 show that, in the near future, environmental

passengers will fly less often, combine trips

more often, and focus on using environmental

means of transport along the travel chain. 1 Further,

travel decision will be made in the context of different

sustainability options such as CO 2 compensation,

reduction, or sacrifice.

First representative studies highlight the dramatic

shift in public perception worldwide. While

only 11% of Europeans considered to fly less in

2019, 63 % claim to do so in 2020. What’s more,

“not flying” shows higher approval rates than

“compensating flights”.

When and how travel behaviour will truly adapt

will also depend on the behaviour of established

aviation stakeholders. The challenge is threefold:

Take the signals of change seriously as early as possible,

find adequate answers to them, and balance

economic risks. Bauhaus Luftfahrt focusses its

research at the intersection between economic

modelling, scenario development, and policy analysis.

In order to identify holistic solutions, it is crucial

to understand aviation in a wider mobility context.

1

Kluge, U., Paul, A., Ureta, H., & Ploetner, K. O. (2018). Profiling Future Air

Transport Passengers in Europe. Proceedings of 7th Transport Research

Arena TRA 2018, (p. 10). Vienna, Austria. doi:10.5281/zenodo.1446080


39

FLYGSKAM

Societal trends

• Pressure from civil society

for climate change mitigation

• Natural desasters are

increasingly interpreted as

results of climate change.

Changing awareness

among passengers

• #Flygskam (no flights in 2020)

• Fridays for Future

• Increasing “carbon conscience”

Changing behaviour?

• Value-action gap: Passengers

fly despite concerns about

their emissions.

• Willingness to pay for own

emissions remains low.

Wann und wie wird ein verändertes

Bewusstsein in verändertes Mobilitätsverhalten

münden?

Die Debatte um nachhaltiges Bewusstsein in der Luftfahrt hat

sich 2019 stark intensiviert. Die spezifischen Effekte auf das

Reiseverhalten sind allerdings schwer zu identifizieren.

When and how will increasing

awareness lead to different

travel behaviour?

The public debate around environmental awareness in

aviation sharply intensified in 2019. The specific effects on

travel behaviour are, however, difficult to identify.

Gute Vorsätze von Menschen aus Europa, den USA und China bezüglich Flugreisen

Die Verschiebung in der Wahrnehmung zwischen 2018 und 2019 ist eklatant. Persönliche Präferenzen zeigen, wie unterschiedlich die Auswirkungen

auf das Reiseverhalten ausfallen könnten.

Good resolutions of people from Europe, the USA, and China regarding air travel

The shift in awareness from 2018 to 2019 is striking. Diverging personal preferences could lead to quite different effects on travel behaviour.

Personal plans to travel less often by plane

or to fly less

Personal plans to reduce climate impact of flying

(2019 survey)

EU

11

63

2018

2019

EU

40

50

63

68

Sacrifice the trip of your

dreams to a far-away

destination

Fly less

USA

China

15

15

59

79

USA

China

47

59

53

38

74

79

84

74

Prefer trains to planes

for trips that take five

hours or less

Carbon offset your flight

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

Source: EIB 1st and 2nd climate survey, https://www.eib.org/en/surveys/index.htm


40 alternative

fuels

RESEARCH

FOCUS

AREA

1.8

1.6

NEXT-

GENERATION

BIOFUELS

SUN-TO-

LIQUID

POWER-

DERIVED

FUELS

1.4


41

Erneuerbare Alternativen zu konventionellem

Kerosin rücken zunehmend in den Fokus der

Luftfahrt. In diesem vielfältigen Themenfeld

konzentriert sich der Forschungsschwerpunkt

„Alternative Kraftstoffe“ am Bauhaus Luftfahrt

auf folgende zentrale Fragestellungen: In

welchen Mengen können erneuerbare Kraftstoffe

in Zukunft produziert werden? Welche

technischen Produktionspfade stehen für eine

langfristige Versorgung zur Verfügung? Wie

sind diese Pfade im Hinblick auf ihre technischen,

ökologischen und sozioökonomischen

Potenziale zu bewerten? Und wie lassen sich

die benötigten Mengen nachhaltiger Kraftstoffe

in den Markt einführen? Langfristige,

bislang weniger entwickelte Optionen spielen

in den Betrachtungen eine besondere Rolle.

Die Produktion fortgeschrittener Biokraftstoffe

aus Abfall- und Reststoffen oder nichtbiogene

Prozesse, wie solare Kraftstoffe und

strombasierte Kraftstoffe (StL, PtL, H 2 ), stellen

hierzu wichtige Forschungsansätze dar.

Renewable alternatives to conventional

jet fuel have moved into the focus of

interest of the aviation industry. In this

diverse thematic field, the research focus

area “Alternative Fuels” at Bauhaus

Luftfahrt addresses the following key

questions: Which quantities of renewable

fuel can be produced in the future?

Which technical production pathways

are available for a long-term supply of

renewable fuels? How do these pathways

perform with respect to technical, environmental,

and socioeconomic criteria?

And what are appropriate measures

to introduce the required volumes of

sustainable jet fuel into the market? Less

mature technology options with promising

long-term potentials are of particular

interest for the work at Bauhaus Luftfahrt.

The production of advanced biofuels

from residues and waste streams or

non-biogenic approaches, such as solar

fuels and power-derived fuels (StL, PtL,

H 2 ), represent important research topics

in this context.


42 alternative fuels

Nebenprodukte verbessern

die Ökobilanz

von Algenkraftstoffen

By-products can Boost

the Greenhouse Gas

Balance of Algae Fuel

Im Verbundprojekt Alpines AlgenKerosin (AAK)

erforschten die Technische Universität München

und das Bauhaus Luftfahrt drei Jahre lang neue

Wege, um nachhaltige Kraftstoffe aus Mikroalgen

herzustellen. Das Projekt fand 2019 seinen

Abschluss. Im Fokus stand die Erprobung neuer

Schlüsseltechnologien: (i) Züchtung eines Algenstammes

mit gesteigertem Lipidgehalt zur Erhöhung

der Kraftstoffausbeute, (ii) Einsatz neuartiger

Dünnfilmreaktoren für höhere Kulturzelldichten

und geringeren Flächenbedarf, (iii) Einsatz von

Enzymen für einen energiesparenden Zellaufschluss,

(iv) Gewinnung von Zellproteinen als wertvolles

Nebenprodukt sowie (v) Verringerung des Prozessenergiebedarfs

der Kraftstoffsynthese durch den

Einsatz eines neuartigen Niedertemperaturkatalysators.

Bei der ökologischen Bewertung dieser neuen

Technologien durch das Bauhaus Luftfahrt ergab

sich ein zweigeteiltes Bild: Während die Konversion

mithilfe des Niedertemperaturkatalysators

den ökologischen Fußabdruck verbessert, ist eine

Erhöhung des Lipidgehaltes nur zielführend, wenn

der Proteinanteil hierdurch nicht zu deutlich sinkt.

Ein hoher Proteingehalt kann erheblich zur Verbesserung

des ökologischen Fußabdruckes beitragen,

da dem Nebenprodukt ein Teil der ökologischen

Kosten der Produktion zugeschrieben werden kann.

Werden die Prozessenergie sowie das für das

Algenwachstum zugeführte CO 2 aus erneuerbaren

Quellen bezogen, kann mit dem Algenkraftstoff

eine deutliche Reduzierung der Treibhausgasemissionen

gegenüber fossilem Kraftstoff erreicht

werden.

Die Ergebnisse zeigen, wie mithilfe von Nebenprodukten

die Ökobilanz von Algenkraftstoffen verbessert

werden kann, und weisen damit einen Weg

in die zukünftige Erforschung von Koproduktionsprozessen.

Nicht nur für die

Ökobilanz gut:

Als Nahrungsergänzungsmittel

erzielen Algenproteine

hohe

Erlöse auf dem

Weltmarkt.

Sustainable and

profitable: As food

supplements, algae

proteins realise

high profits on the

world market.

In the joint project Alpine AlgaeKerosene (AAK),

the Technical University of Munich and Bauhaus

Luftfahrt spent three years researching new ways

to produce sustainable fuels from microalgae. The

project was completed in 2019. The focus was on

testing several new key technologies: (i) cultivation

of an algae strain with increased lipid content to

improve fuel yield, (ii) use of novel thin-layer reactors

for higher culture cell densities and lower

space requirements, (iii) use of enzymes for lowenergy

cell disruption, (iv) extraction of cell proteins

as a valuable by-product, and (v) reduction of the

energy requirement during fuel synthesis by using

a novel low-temperature catalyst.

The ecological evaluation of these new technologies

by Bauhaus Luftfahrt revealed a dualistic

picture: While conversion using the low-temperature

catalyst improves the ecological footprint,

increasing the lipid content is only effective if the

protein content does not decrease significantly.

A high protein content can contribute considerably

to the improvement of the ecological footprint, as

part of the ecological costs of production can be

attributed to the by-product. If the process energy

as well as the CO 2 supplied for algae growth are

obtained from renewable sources, the algae fuel

can achieve a significant reduction in greenhouse

gas emissions compared to fossil fuel.

The results show how the life-cycle impact

of algae fuels can be improved with the help of

by-products and thus point the way to future

research on co-production processes.


43

Production

of ...

PVC

pipeline

EoL of ...

PVC

pipeline

Electricity

urea

TSP

MgSO 4

desal. water

sea water

land

Electricity

Enzymes

HCI

bentonite

Electricity

heat

H 2

Transport

by ...

lorry

pipeline

Infrastructure Cultivation Centrifuge

Cell

disruption

Oil

extraction

Protein

precipitation

Conversion

Fuel

transport

CO 2

(biogas

cogeneration plant)

Electricity

heat

CO 2

water

Waste

water

treatment

Protein

Fuel

Der AAK-Prozesspfad

Das Schema zeigt die Algenkultivierung in Dünnschichtreaktoren, Wasserabscheidung,

enzymatischen Zellaufschluss, Ölabscheidung, Proteinfällung,

Umwandlung der Restbiomasse in Kraftstoff und die Kraftstoffbereitstellung.

The AAK process path

The scheme shows algae cultivation in thin-film reactors, water

separation, enzymatic cell disruption, oil separation, protein

precipitation, conversion of residual biomass into fuel, and fuel supply.

Klimawirkung

verschiedener Kraftstoffe

Algenkraftstoff nach dem AAK-Verfahren

kann gegenüber fossilem Kraftstoff eine

deutliche Reduzierung der Treibhausgasemissionen

erreichen. HEFA: Hydroprocessed

Esters and Fatty Acids; UCO: Used Cooking

Oil

Climate impact of

various fuels

Global warming potential 100 years [g-CO 2 -eq]

4000

3500

3000

2500

2000

1500

Algae fuel from the AAK process can

1000

achieve a significant reduction in greenhouse

27 %

500

gas emissions compared to fossil fuel.

17 %

HEFA: Hydroprocessed Esters and Fatty Acids;

0

UCO: Used Cooking Oil Conventional AAK HEFA (UCO) HEFA (US soy)

100 %

50 %


44 alternative fuels

Produktionspotenziale

für HTL-

Kraftstoffe aus Abfallund

Reststoffen

Production Potential

for HTL Fuels from

Waste and Residues

Die neugefasste Erneuerbare-Energien-Richtlinie

der Europäischen Union begrenzt den Anteil von

Biokraftstoffen aus Nahrungsmittelpflanzen auf

wenige Prozent. Dadurch gewinnen innovative

Verfahren wie die hydrothermale Verflüssigung

(HTL: Hydrothermal Liquefaction) an Bedeutung,

die kostengünstige Kraftstoffe aus nachhaltig verfügbaren

Rohstoffen erzeugen können. Das HTL-

Verfahren ermöglicht eine Konvertierung verschiedener

biogener Rohstoffe, darunter Reststoffe, die

bei der Landwirtschaft anfallen, oder Abfälle wie

Klärschlamm, die aufwendig entsorgt werden

müssen, zu einem energiereichen „Biocrude“, das

in einem Veredelungsprozess („Upgrading“) zu

verschiedenen Kraftstoffen verarbeitet wird.

Im Rahmen des Projektes HyFlexFuel haben das

Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) und

Bauhaus Luftfahrt die geografische Verfügbarkeit

von Rohstoffen quantifiziert, die sich in besonderem

Maße für das HTL-Verfahren eignen. Basierend

auf der biochemischen Zusammensetzung dieser

Rohstoffe wurden Konversionsfaktoren bestimmt,

um jeweils die Erträge für das Biocrude sowie für

die aufbereiteten HTL-Kraftstoffe zu ermitteln.

Die Ergebnisse zeigen, dass je nach eingesetztem

Reststoff sowohl urbane als auch ländliche

Regionen als geeignete Standorte für HTL-Anlagen

infrage kommen. Die Landkarte der Rohstoffverfügbarkeit

aus der Landwirtschaft macht deutlich, dass

Gegenden mit intensivem Ackerbau und großen

Mastbetrieben ein besonders hohes Kraftstoffpotenzial

aufweisen. Die Potenzialanalyse ergibt ein

theoretisches Produktionspotenzial von 40 Mio. t

HTL-Kraftstoff pro Jahr. Unter Berücksichtigung von

Konkurrenznutzung in anderen Sektoren erscheint

es realistisch, etwa 20 % des aktuellen europäischen

Kerosinbedarfs zu decken. Somit können HTL-Kraftstoffe

eine wichtige Rolle in einer holistischen

Nachhaltigkeitsstrategie für die Luftfahrt spielen.

HTL ermöglicht

die Produktion

nachhaltiger Biokraftstoffe

aus

Reststoffen und

trägt zur Kreislaufwirtschaft

bei.

HTL enables the

future production

of sustainable fuels

from residues and

thus contributes to

a circular economy.

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020

research and innovation

programme under grant

agreement No. 764734.

The revised Renewable Energy Directive of the

European Union limits the share of biofuels from

food crops to a few percent. As a result, innovative

processes such as hydrothermal liquefaction (HTL),

which enable a cost-efficient fuel production from

sustainably available feedstock, are gaining in

importance. The HTL process yields an energy-rich

“biocrude” from the conversion of various organic

feedstock types, including residues from agriculture

or waste streams such as sewage sludge,

which are challenging to dispose. The biocrude is

subsequently upgraded to various fuels.

As part of the project HyFlexFuel, Deutsches

Biomasseforschungszentrum (DBFZ) and Bauhaus

Luftfahrt quantified the geographical availability

of feedstock types, which are particularly suitable

for the HTL process. Based on the biochemical

composition of these types of feedstock, conversion

factors were determined in order to calculate

yields of biocrude and upgraded HTL fuels.

The results show that both urban and rural

regions are suitable locations for HTL plants,

depending on the respective feedstock. The map

illustrates that areas with intensive agriculture and

large feedlots have a particularly high fuel potential.

Analysis on feedstock availability leads to a

theoretical production potential of 40 million tons

of HTL fuel per year. Taking into account competitive

use in other sectors, it seems realistic to

cover about 20 % of the current European jet fuel

demand. Thus, HTL fuels can play an important role

in a holistic sustainability strategy for aviation.


45

Agricultural

residues (140 Mt)

Animal excretions (51 Mt)

Sewage sludge (11 Mt)

Biowaste (10 Mt)

HTL

Upgrading

26 Mt

10 Mt

2.8 Mt

1.4 Mt

Feedstock potential Conversion model Biofuel potential

Von der Biomasse zum Flugkraftstoff:

ein Konversionsmodell für den

HTL-Prozess

Anhand eines experimentell validierten Modells wurden die

Kraftstoffmengen berechnet, die sich aus Reststoffen (Rohstoffpotenzial

links) mittels HTL jährlich in Europa produzieren

lassen (Kraftstoffpotenzial rechts).

From biomass to jet fuel:

a conversion model for the HTL

process

An experimentally validated model quantified the annual HTL

biofuel potential for the conversion of selected waste and residue

streams in Europe. Left: feedstock potential; right: biofuel potential

Landwirtschaftliche Restund

Abfallstoffe in Europa als

Basis für HTL-Kraftstoffe

Produktionspotenzial für HTL-Kraftstoffe basierend

auf ausgewählten Rest- und Abfallstoffen in einem

Umkreis von 20 km

Agricultural residues and

waste streams in Europe as

feedstock for HTL fuels

HTL fuel production potential based on selected

residues and waste streams within a radius

of 20 km

Source: DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH

Fuel potential from agricultural by-products and animal excretions

100 tons per year 1000 tons per year 10,000 tons per year


46 alternative fuels

Solar-thermochemische

Kraftstoffe: Status und

Perspektiven

Solar-thermochemical

Fuels: Status and

Perspectives

Die Umstellung von fossilem auf erneuerbaren

Kraftstoff ist eine der wichtigsten

Herausforderungen der Zukunft. Dies gilt insbesondere

für die Luftfahrt, die auf langen

Strecken auch weiterhin auf flüssige Kraftstoffe

angewiesen ist. Das Projekt SUN-to-

LIQUID (2016 –2019) nimmt diese Herausforderung

an, indem es die Produktion von

erneuerbarem Kerosin aus Wasser und CO 2

durch konzentriertes Sonnenlicht ermöglicht.

Dazu wurde die Kraftstoffproduktion unter

realen Bedingungen an einem Solarturm auf

dem Gelände des IMDEA-Energy-Institutes in

Spanien getestet, wo eigens für das Projekt

eine einzigartige Solaranlage mit integrierter

Fischer-Tropsch-Kraftstoffsynthese errichtet

wurde. Ein der Sonne folgendes Heliostatenfeld

konzentriert das Sonnenlicht um den

Faktor 2500, was der dreifachen Konzentration

im Vergleich zu Solaranlagen entspricht,

die derzeit zur Energiegewinnung eingesetzt

werden. Innerhalb des EU-geförderten Projektes

gelang damit nun erstmals die Herstellung

solaren Kerosins.

Das Bauhaus Luftfahrt untersuchte unter

anderem das geografische Produktionspotenzial,

indem es in einem ersten Schritt ungeeignete

Flächen (z. B. landwirtschaftliche Flächen,

Wälder, Schutzzonen oder Siedlungen) von der

Betrachtung ausschloss. Auf den verbleibenden

Flächen können dann die Produktionskosten

in Abhängigkeit von der Sonnenstrahlung

und den lokalen Finanzierungsbedingungen

berechnet werden. Die besten Standorte in

der Mittelmeerregion sind Israel, Spanien und

Marokko, mit Kosten von 1,4 EUR pro Liter.

Die Produktion kann beliebig skaliert werden,

was es erlauben würde, den Weltbedarf an

Kerosin zu Kosten von durchschnittlich 2 EUR

pro Liter zu decken. Das entwickelte Modell

kann für eine Kostenoptimierung auf lokaler

und nationaler Ebene verwendet werden.

SUNlight-to-LIQUID:

Integrierte solarthermochemische

Synthese flüssiger

Kraftstoffe

SUNlight-to-LIQUID:

Integrated solarthermochemical

synthesis of liquid

hydrocarbon fuels

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020

research and innovation

programme under grant

agreement No. 654408.

The transition from fossil fuels to renewable ones

is one of the largest challenges of the future. This

is true especially for aviation that will continue to

rely on liquid fuels for long-distance travel. The

project SUN-to-LIQUID (2016 –2019) rises to this

challenge establishing the production of renewable

jet fuel from water and CO 2 using concentrated

sunlight and Fischer-Tropsch synthesis. To this end,

the fuel synthesis was tested under real-world conditions

in an integrated plant erected specifically

for the project at IMDEA Energy Institute in Spain.

Solar energy is concentrated by a factor of 2500

by a heliostat field that follows the sun, which

corresponds to three times the concentration of

commercial concentrated plants for electricity

generation. In the EU-funded project, solar jet fuel

was produced for the first time last year.

Bauhaus Luftfahrt analysed, besides others,

the geographical production potential. In a first

step, unsuitable areas (e.g. agricultural areas,

forests, protected areas, or settlements) were

excluded. On the remaining areas, the production

costs can be estimated as a function of solar irradiation

and local financial conditions. The best locations

in the Mediterranean region are Israel, Spain,

and Morocco, with costs of 1.4 euros per litre. The

production can in principle be scaled up indefinitely,

what would allow to cover the world demand for

jet fuel at average costs of 2 euros per litre. The

developed model can be used for the optimisation

of costs on a local and national level.


47

Erste solar-thermochemische Kraftstoffanlage im

Projekt SUN-to-LIQUID eingeweiht

Die weltweit erste integrierte Anlage zur Herstellung solar-thermochemischer Kraftstoffe wurde im Juni 2019 mit der

Produktion von Kerosin aus Wasser, CO 2 und Sonnenlicht offiziell eingeweiht.

First solar-thermochemical

fuel production

plant inaugurated in the

SUN-to-LIQUID project

The world’s first integrated facility for the

production of solar-thermochemical fuels

was inaugurated in June 2019, producing

jet fuel from water, CO 2 , and sunlight.

2.4

Production costs [€/L]

2.2

2.0

1.8

1.6

Regional jet

fuel demand

Global jet

fuel demand

1.4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Production costs [€/L] Production volume [t/y] x10 8

1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 >2.50

h = 0.15 h = 0.19 h = 0.25

Geografisches Potenzial solar-thermochemischer Kraftstoffe

Im Mittelmeerraum kann solares Kerosin mit niedrigen Kapitalkosten und hoher Einstrahlung ab ca. 1,4 EUR pro Liter

hergestellt werden (Israel, Spanien, Marokko). Der Weltbedarf könnte zu Kosten unter 2,3 EUR pro Liter gedeckt werden.

Geographical potential of solar-thermochemical fuels

In the Mediterranean region, solar jet fuel can be produced at costs from 1.4 euros per litre (Israel, Spain, Morocco), using

high solar irradiation and low costs of capital. The global demand could be covered at costs of under 2.3 euros per litre.


48 alternative fuels

Projekt PowerFuel:

Strombasierte Kraftstoffe

aus Wasser und CO 2

The PowerFuel

Project: Electrofuels

from Water and CO 2

Die erneuerbare Stromerzeugung aus Windund

Sonnenenergie etabliert sich zunehmend

als tragende Säule der Energiewende. Durch

kontinuierlich fallende Gestehungskosten

rückt eine Herstellung von synthetischem

Kerosin mithilfe von erneuerbarem Strom in

greifbare Nähe. Gemeinsam mit der Ludwig-

Bölkow-Systemtechnik hat das Bauhaus

Luftfahrt bereits 2016 die Potenziale und Perspektiven

des sogenannten Power-to-Liquid-

Verfahrens (PtL) untersucht. 1 Mit PowerFuel

ist das Bauhaus Luftfahrt nun an einem Verbundprojekt

zur experimentellen Demonstration

einer PtL-Anlage beteiligt.

Die PowerFuel-Demonstrationsanlage ist

Teil des Energy Lab 2.0 am Karlsruher Institut

für Technologie. Dort kann ein bestehender

Siemens-Elektrolyseur zur Wasserstofferzeugung

mit einem PV-Feld gekoppelt werden

oder repräsentative Lastzyklen abfahren, die

eine Einbettung in verschiedene Energiesysteme

abbilden. Der Projektpartner Climeworks

steuert eine Anlage zur Filterung von CO 2 aus

der Luft bei, deren Wärmebedarf zum Teil aus

der exothermen Kraftstoffsynthese gedeckt

wird. Ein zentraler Aspekt von PowerFuel ist

die lastfolgende Fahrweise der umgekehrten

Wassergas-Shift-Reaktion und des mikrostrukturierten

Fischer-Tropsch-Reaktors der

Firma INERATEC zur flexiblen Synthese flüssiger

Kohlenwasserstoffe. Das entstehende „Syncrude“

wird am DLR-Institut für Verbrennungstechnik

auf seine Eigenschaften untersucht

und soll weiter zu Kerosin aufbereitet werden,

mit dem Ziel, es in einem Feldversuch zu verwenden.

Das Bauhaus Luftfahrt und die Technische

Universität Hamburg beschäftigen sich

in der Systemanalyse mit der wirtschaftlichen

Optimierung des PtL-Prozesses unter Berücksichtigung

verschiedener Energieszenarien.

Electricity

+

Water

+

CO 2

=

PtL jet fuel

Im Projekt

PowerFuel werden

Wasser und CO 2

zu einem spezifikationskonformen

Kraftstoff umgesetzt.

The PowerFuel

project converts

water and CO 2 to

on-specification

jet fuel.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Energie

unter dem Förderkennzeichen

03EIV071C gefördert.

Renewable electricity generation from solar and

wind energy has become the backbone of the

energy transition. Continuous cost reductions are

moving the synthesis of renewable kerosene from

sustainable electricity within reach of deployment.

Bauhaus Luftfahrt has analysed the potentials and

perspectives for the future supply of aviation with

PtL fuels in collaboration with Ludwig-Bölkow-

Systemtechnik already in 2016. 1 Bauhaus Luftfahrt

is now partner in the collaborative research project

PowerFuel aiming at an experimental demonstration

of a PtL plant.

The PowerFuel demonstration plant is embedded

in the Energy Lab 2.0 at the Karlsruhe Institute

of Technology. An existing Siemens PEM electrolyser

for hydrogen generation can be coupled to a

PV field or follow representative load cycles to

simulate the sectorial coupling within various

energy systems. The project partner Climeworks

contributes a direct air capture unit where the process

heat for the CO 2 capture process is partially

provided by the exothermal fuel synthesis step.

The core aspect of the project is the load-flexible

operation of the Gas-to-Liquids unit consisting of

a reversed water-gas-shift reactor and a microstructured

Fischer-Tropsch reactor of the company

INERATEC. The resulting hydrocarbon product is

analysed at the DLR Institute of Combustion Technology

and will be further upgraded to a jet fuel

blend component, with the aim to use it in a field

trial. Bauhaus Luftfahrt and Hamburg University of

Technology are responsible for the system analysis

and the techno-economic optimisation of the PtL

process with respect to different energy scenarios.

1

Schmidt, P., Weindorf, W., Roth, A., Batteiger, V., & Riegel, F. (2016).

Power-to-Liquids – Potentials and Perspectives for the Future Supply of

Renewable Aviation Fuel. Dessau-Roßlau, Germany: Umweltbundesamt.

http://bit.ly/2cowOyf


49

PowerFuel-Prozesskette

Die Implementierung der PowerFuel-Prozesskette

erfolgt mit einer Demonstrationsanlage im Anlagenverbund

des Energy Lab 2.0 am Karlsruher Institut

für Technologie.

Product storage (24 t)

H 2 tank (50 m 3 )

H 2 dryer

CO 2 tank (11 t)

PEM electrolyser

Control room

(jet fuel synthesis)

PowerFuel process chain

The implementation of the PowerFuel process chain

is realised with a demonstration plant as part of the

Energy Lab 2.0 at the Karlsruhe Institute of Technology.

Direct air

capture

(future)

Jet fuel synthesis

(ca. 240 L/d)

Source: KIT, PPQ

Zeitaufgelöste Simulation

einer kostenoptimierten PtL-

Anlage in Norddeutschland

Die PtL-Anlage (blau) wird kleiner ausgelegt als

die Spitzen des Stromangebots (gelb). Selbst

in Norddeutschland rechnet sich die Kombination

aus Wind und PV, die den Anlagenverbund im

Jahresgang besser auslastet.

Time-resolved simulation of

a cost-optimised PtL plant in

Northern Germany

The capacity of the PtL plant (blue) is smaller than

the peaks of the power profile (yellow). Combining

wind with PV pays off even in Northern Germany,

due to a better plant utilisation over the course of

the year.

Power [MW]

10

Winter Summer 2013

8

6

4

2

0

Power [MW]

10

8

6

4

2

Power [MW]

0

0

1. Jan 15. Jan 1. Feb 15. Feb 1. Mar 2013 1. Jun 15. Jun 1. Jul 15. Jul 1. Aug 2013

Winter, wind-dominated

Summer, solar & wind

Electricity generation PtL plant load

10

8

6

4

2

Dr. Valentin Batteiger Lead Alternative Fuels

Im Gruppendesignprojekt Hy-ShAir diente der PtL-Prozess als zukünftiger Referenzfall für eine Neubetrachtung von

Wasserstoff als Kraftstoffoption für die Luftfahrt. Zu Jahresbeginn war diese Fokussierung auf Wasserstofftechnologien

durchaus eine mutige Entscheidung. Es war kaum absehbar, welche Dynamik sich im Jahresverlauf durch Klimastreiks,

die Leipziger Luftfahrtkonferenz oder den „European Green Deal“ entfalten würde. Mittlerweile spielen strombasierte Kraftstoffe

eine zentrale Rolle in fast allen Klimaschutzstrategien. In der aktuellen Diskussion gilt es, tragfähige Lösungen zu identifizieren

und weitere vielversprechende Optionen nicht aus den Augen zu verlieren.

Within the group design project Hy-ShAir, the PtL process served as a future benchmark for a refreshed investigation

of hydrogen as a fuel supply option for aviation. This focus on hydrogen technologies was a courageous decision

at the beginning of 2019. It was hard to foresee how dynamically this topic would evolve throughout the year in light of the

Fridays for Future movement, the National Aviation Conference in Leipzig, or the European Green Deal. Power-derived fuels are

meanwhile a central piece of almost all decarbonisation strategies. Within the current discussion, it is important to identify

workable solutions and keep an eye on further promising options.


50

energy technologies

& power systems

x10 6 500

1.5

RESEARCH

FOCUS

AREA

1.0

0.5

RADICALLY

ADVANCED

THERMO-

DYNAMIC CYCLES

AIRCRAFT

SURFACE HEAT

EXCHANGE

0.0

PROPULSIVE

FUSELAGE DESIGN

OPTIMALITY

200 300

400


51

Der interdisziplinäre Forschungsschwerpunkt

konzentriert die Forschungsarbeiten

zu neuartigen auf

Verbrennung basierenden und alternativen

(hybrid-)elektrischen Antrieben

in der Luftfahrt. Dies erweitert

die Suche nach neuen Energieoptionen

im Flugzeug deutlich über

sogenannte Drop-in-Lösungen hinaus.

Die technologischen Herausforderungen

durch neue Kreisprozesse

wie auch voll- oder hybridelektrische

Antriebstechnik werden von den

Grundlagen her aufbauend adressiert:

Es werden relevante Schlüsseltechnologien

identifiziert, zukünftige

Potenziale von Energiewandlern

bewertet sowie hybride Antriebskonzepte

entwickelt und auf Flugzeugebene

analysiert. Dabei arbeiten die

Wissenschaftler und Ingenieure entlang

der wesentlichen Fragestellungen:

The interdisciplinary research focus area concentrates

the research activities on novel combustion-based and

alternative (hybrid-)electric motive power systems for

aircraft. This extends the search for new aircraft energy

options well beyond so-called drop-in solutions. The

technological challenges associated with novel thermodynamic

cycles as well as fully or hybrid-electric motive

power systems are addressed from the basics upwards:

Relevant key technologies are identified, future potentials

for energy converters are assessed, and hybrid systems

are conceptually designed and analysed at aircraft level.

Therefore, scientists and engineers search answers

along the main research questions:

(i) Energy and propulsion technologies:

What are enabling key technologies?

(ii) Energy conversion devices:

What are their future potentials?

(iii) Hybrid system architectures:

How can the best of two worlds be combined?

(i) Energie- und Antriebstechnologien:

Was sind die Schlüsseltechnologien?

(ii) Energiewandler:

Was sind ihre zukünftigen Potenziale?

(iii) Hybride Systemarchitekturen:

Wie lässt sich das Beste aus zwei

Welten kombinieren?

600 700 800 900

1000


52 energy technologies

& power systems

Modellierung

radikal neuer

thermodynamischer

Kreisprozesse

Developments in

Modelling of Radically

Advanced Thermodynamic

Cycles

Die Bewertung radikal neuer Technologien für Flugantriebe

und deren Verbesserungspotenziale stellt

bereits in der frühen Phase der konzeptionellen

Ausarbeitung hohe Ansprüche an die Qualität und

Flexibilität der zugrunde liegenden Rechenmodelle.

So müssen etwa die Modelle und Methoden zur

thermodynamischen Zyklussimulation kontinuierlich

weiterentwickelt werden, um die wesentlichen

physikalischen Effekte in neuartigen Wärmekraftmaschinen

mit ausreichender Genauigkeit abbilden

zu können. Als potenziell revolutionäre Technologien

werden derzeit unter anderem voll-/hybridelektrische

Antriebsstränge, Wärmetauscher mit

Phasenwechsel oder Kolbenmaschinen untersucht.

Die dazu verwendete interne Datenbasis für thermodynamische

Stoffeigenschaften wurde erweitert,

um Arbeitsfluide mit hohem Wassergehalt handhaben

zu können. Darüber hinaus wurde die Berücksichtigung

von klimawirksamen Verbrennungsprodukten

ausgeweitet, um die Grundlage für die

Bewertungsfähigkeiten des Bauhaus Luftfahrt hinsichtlich

des ökologischen Fußabdruckes der Luftfahrt

zu erweitern. Je näher die mögliche Einsatzreife

einer Technologie rückt, umso stärker tritt das

operationelle Verhalten in den Vordergrund. Im

Bereich der Composite Cycle Engine, welche Kolbenmaschinen

in den Hochdruckteil konventioneller

Turbomaschinen einbettet, wird in diesem Zusammenhang

das Betriebsverhalten der Kolbenmaschinen

in Zukunft über eine differenzierte Verbrennungscharakteristik

aufgelöst. Alle genannten

Modellerweiterungen verbessern die Entscheidungsgrundlage

für die Auswahl der richtigen

Technologiekandidaten für Flugantriebsanwendungen

der übernächsten Generation.

Temperature

Specific entropy

T-s-Diagramm für

einen generischen,

radikalen thermodynamischen

Kreisprozess

mit Kolbenmaschine

Generic T-s diagram

of a radically

advanced thermodynamic

cycle,

which incorporates

piston engines.

The evaluation of radically advanced technologies

for aircraft propulsion systems and the assessment

of their improvement potential require a high quality

and flexibility of the underlying computing models,

even in the early conceptual phase. Models and

methods for thermodynamic cycle simulation have

to be continuously further developed in order to map

the essential physical effects of new types of heat

engines with sufficient accuracy. At Bauhaus

Luftfahrt, full or hybrid-electric drive trains, heat

exchangers with phase change, or piston engines

are currently investigated as potentially revolutionary

technologies. Therefore, the internal database

for thermodynamic material properties has been

extended to handle working fluids with high water

content. In addition, the bookkeeping of climate-impacting

combustion products has been upgraded in

order to improve Bauhaus Luftfahrt‘s data basis for

the assessment of the ecological footprint of aviation.

Moreover, the closer a technology comes to its

possible entry into service, the more the operational

behaviour comes to the fore. In the field of Composite

Cycle Engines, which embed piston engines in

the high-pressure section of conventional turbomachinery,

the operating behaviour of piston engines

will be resolved via more refined combustion characteristics

in the future. All of these model enhancements

directly support the decision-making basis for

selecting the right technology candidates for the

next-generation of aircraft propulsion applications.


53

Spezifische Enthalpie und

Wasserzustand von

Luft-Wasser-Gemischen

Spezifische Enthalpie von Luft-Wasser-Gemischen für

zunehmende Temperaturen inklusive Phasenumwandlungsenthalpie

mit Scharparameter Wasseranteil (links),

Phasenanteil von Eis, Wasser und Dampf bei verschiedenen

Temperaturen (rechts)

Specific enthalpy and

thermodynamic state of water

in air-water mixtures

Specific enthalpy of air-water mixtures for increasing

temperatures and water-to-air ratio, including phase

change enthalpy as well as corresponding share of

water in its different thermodynamic states (ice, water,

or water vapour)

Specific enthalpy [J/kg]

x10 6 0.6

0.5

0.4

0.3

Solid

2.0

Pressure: 100 bar

0.2

0.1

0.0

1.5

0 300 1000

T [K]

0.6

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperature [K]

Increasing

water-to-air ratio

0.5

0.4

0.3

Liquid

0.2

0.1

0.0

0 300 1000

T [K]

0.6

0.5

0.4

0.3 Vapour

0.2

0.1

0.0

0 300 1000

T [K]

Flugantriebskonzepte zur Umsetzung

radikal neuer Kreisprozesse

Radikal neue thermodynamische Kreisprozesskonzepte verwenden

zumeist zusätzliche Komponenten. Eine exemplarische Auswahl von

am Bauhaus Luftfahrt untersuchten Technologien und abgeleiteten

Flugantriebskonzepten ist schematisch dargestellt.

Propulsion system concepts realising

radically advanced cycles

Selected examples of single technologies for radically advanced

thermodynamic cycles and concepts resulting from well-considered

combinations of these single technologies are schematically

illustrated.

Radically advanced

thermodynamic cycles

Compressor

Turbine

Conventional burner

Pulsed detonation burner

Piston engine

Intercooler

Recuperator

Condenser

Vapouriser


54 energy technologies

& power systems

Optimalbetrachtungen

für das Propulsive-

Fuselage-Flugzeugdesign

Optimality

Considerations for

Propulsive Fuselage

Aircraft Design

Die Nutzung des Wake-Filling-Prinzips durch eine

Triebwerksintegration am Rumpfheck war ein

Schlüsselmerkmal vieler Flugzeugkonzeptideen der

vergangenen Jahre. Die Leistungsversorgung der

grenzschichteinsaugenden (BLI) Fans am Rumpf

solcher Propulsive-Fuselage-Konzepte (PFC) kann

auf vielfältige Weise ausfallen. Im Rahmen des

EU-H2020-Projektes CENTRELINE haben Forscher

des Bauhaus Luftfahrt nun eine einheitliche

Methode entwickelt, mit der PFC-Flugzeuge mit

unterschiedlichen Antriebsstranganordnungen in

ihren grundlegenden Eigenschaften optimiert und

hinsichtlich ihrer Gesamteffizienz verglichen werden

können. Dafür wurden für Antriebe mit BLI eine

Formel für eine wichtige Leistungsmetrik, der sogenannte

„Power Saving Coefficient“ (PSC), entwickelt

und die klassische Breguet-Coffin-Gleichung

um den PSC-Parameter erweitert.

Wichtig für die Berechnung des PSC von PFC-

Flugzeugen ist die aerodynamische Güte der Konfiguration

aus Rumpf und BLI-Antrieb. Aus einer

Analyse der besten aerodynamischen Designs aus

dem früheren DisPURSAL- und dem aktuellen

CENTRELINE-Projekt konnte eine direkte Gesetzmäßigkeit

hierfür abgeleitet werden. Hierdurch

konnte parametrisch untersucht werden, wie

wichtige Eigenschaften eines PFC-Flugzeuges

optimal zu gestalten sind. Dabei zeigte sich, dass

nicht nur die erzielbaren Kraftstoffeinsparungen,

sondern auch das optimale Flugzeugdesign – etwa

die optimale Leistungsverteilung zwischen dem

Rumpfantrieb und den Haupttriebwerken unter dem

Flügel – stark vom Verhältnis der Wirkungsgrade

des BLI-Antriebsstranges zu jenen der Hauptantriebe

abhängen. In einem direkten Vergleich zwischen

einem mechanischen und einem turboelektrischen

Szenario zur Leistungsübertragung wies die

mechanische Variante ein deutlich höheres Einsparpotenzial

auf.

CENTRELINE –

ConcEpt validatioN

sTudy foR fusElage

wake-filLIng propulsioN

intEgration

This project has received

funding from the European

Union’s Horizon 2020

research and innovation

programme under grant

agreement No. 723242.

Fuselage wake-filling propulsion integration has

been a key attribute of many aircraft concept

ideas unveiled over the last few years. Suchso-called

Propulsive Fuselage (PFC) aircraft may

feature a broad variety of possible power train

arrangements for the Boundary Layer Ingesting (BLI)

fuselage propulsor. As part of the EU-H2020 project

CENTRELINE, researchers at Bauhaus Luftfahrt

have now developed a unified method allowing

the basic design optimisation and comparative

efficiency evaluation of PFC aircraft with different

power train paradigms. Therefore, an analytical

formulation of a key BLI performance metric, the

so-called power saving coefficient (PSC), was

developed, and the classic Breguet-Coffin equation

was extended to include the PSC as a parameter.

A key factor for the PSC calculation is the aerodynamic

performance of the bare PFC configuration,

i.e. the fuselage and BLI propulsive device. By

analysing the most refined aero-designs from the

previous DisPURSAL and current CENTRELINE EU

projects, a common heuristic for bare PFC performance

was derived. Using this heuristic, PFC aircraft

design optimality was parametrically investigated.

It was found that not only the achievable fuel

benefits, but also optimum PFC aircraft design –

namely the optimum power split between the fuselage

fan and the underwing main fans – strongly

depend on the efficiency levels of the transmission

system and the underwing non-BLI propulsors. In

a direct comparison between a mechanical and

a turbo-electric power transmission scenario, the

higher fuel burn reduction potentials were found for

the mechanical transmission.


55

Darstellung des CENTRELINE-

Propulsive-Fuselage-Flugzeugkonzeptes

Die computererzeugte Konzeptdarstellung zeigt das CENTRELINE-

Propulsive-Fuselage-Flugzeug mit den beiden klassisch am Flügel

installierten Triebwerken und dem zusätzlichen BLI-Antrieb am Heck

des Rumpfes.

Rendering of the CENTRELINE Propulsive

Fuselage aircraft concept

The computer-animated concept rendering shows the CENTRELINE

Propulsive Fuselage aircraft with its classic underwing-podded main

engines and the additional BLI propulsive device installed at the

aft-fuselage.

Untersuchung optimaler

Kraftstoffeinsparpotenziale

für PFC-Flugzeuge

Die Abbildung zeigt die Kraftstoffeinsparpotenziale

und die zugehörigen optimalen

Designparameter für PFC-Flugzeuge.

Die Einflüsse von Wirkungsgrad und

Leistungsgewicht des Antriebsstranges

zum Rumpf-Fan sind parametrisch erfasst.

Study of optimum fuel

burn reduction potentials

for PFC aircraft

The figure shows the PFC fuel saving

potentials and corresponding optimum

PFC aircraft design parameters. The

results are presented parametrically

against the efficiency and specific power

of the fuselage fan power train.

Optimum PFC fuel burn reduction [%]

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

20 %

end = 1

1.01

1.02

1.03

FF power train specific power (P/W PT,FF )

FF rel. power (P disc,FF /P co,eff,tot )

A/C gross weight at end of ∆R ( end)

Power saving coefficient (PSC)

15 %

25 %

PSC = 4 %

1.04

Turbo-electric

transmission scenario

30 %

5 %

P disc,FF /P co,eff,tot = 40 %

35 %

6 %

Mechanical

transmission scenario

86 88 90 92 94 96 98 100

Efficiency of fuselage fan power train (η PT,FF ) [%]

7 %

1.05

8 %

8 %

P/W PT,FF = 50 kW/kg

10 kW/kg

5.0 kW/kg

3.0 kW/kg

2.0 kW/kg

1.5 kW/kg

1.0 kW/kg

0.8 kW/kg

Study settings:

Long-range air

transport task

(6500 nmi, 340 Pax)

EIS 2035 technology

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

Rumpfgrenzschichteinsaugung bleibt einer der vielversprechendsten Ansätze für hochgradig integrierte Flugantriebe.

Die inhärenten Vorteile sind vollständig kompatibel mit hocheffizienter Flügelaerodynamik, etwa durch natürliche

bzw. hybride Strömungslaminarität oder selbsttrimmende Flügeleigenschaften, wie auch mit radikalen Triebwerkskreisprozessen.

Besondere Synergien könnten sich beim Einsatz von Flüssigwasserstoff als Flugkraftstoff ergeben. Das Propulsive-Fuselage-

Konzept sollte als ein mögliches Schlüsselelement in ganzheitlichen Technologiepaketen für zukünftige ultraeffiziente Flugzeuge

betrachtet werden – insbesondere für die Langstrecke.

Fuselage wake-filling propulsion integration remains one of the most promising fields for highly efficient, tightly coupled

propulsion-airframe design. Its benefits are fully compatible with ultra-efficient wing aerodynamics including hybrid or

natural flow laminarity and self-trimming wing properties as well as radically advanced aero engine cycle technologies. Particular

synergies may arise when combined with liquid hydrogen fuel. Propulsive Fuselage technology should be regarded as a possible key

item within an overall technology package for ultra-efficient aircraft design – especially for the long-range market segment.


56 energy technologies

& power systems

Erste Abschätzung

des theoretischen

Potenzials von

Flugzeugoberflächen

als Wärmesenke

Initial Evaluation

of Aircraft Surface

Heat Exchanger

Potential

Durch neue Antriebskonzepte, etwa mit (hybrid-)

elektrischer Leistungsübertragung, erhöht sich

die thermische Systembelastung des Flugzeuges

drastisch. Eine Hochskalierung eines konventionellen

Wärmemanagementsystems (WMS), das

mit externen Radiatoren arbeitet, würde neben

Zusatzgewichten zu großen Druckverlusten auf der

Kaltseite der Radiatoren und damit zu einem hohen

Luftwiderstand führen. Das Bauhaus Luftfahrt

untersucht das Potenzial vorhandener Flugzeugoberflächen

als Wärmesenke mit Reduzierung

des Luftwiderstandes des WMS. Die Nutzung

vorhandener Flugzeugoberflächen zur Wärmeabfuhr

könnte nicht nur zusätzlichen Widerstand vermeiden,

sondern – wenn geschickt angeordnet – sogar

zu aerodynamischen Verbesserungen führen.

In einer ersten Potenzialabschätzung wurde die

Wärmesenkenkapazität der Flugzeugoberflächen

für verschiedene Flugzeuge vom kleinen Regionalflugzeug

bis hin zum Großraumjet analysiert und

mit den zu erwartenden Wärmelasten von elektrischen

Hybridantrieben verglichen. Das Verhältnis

dieser beiden Größen (C Q ) muss größer als eins

sein, um einen stationären Betrieb zu ermöglichen.

Es zeigt sich, dass kleinere Flugzeuge für Oberflächenkühlungskonzepte

besser geeignet sind. Je

nach Startgewicht müssen für ein vollelektrisches

Flugzeug Oberflächentemperaturen zwischen 85 °C

und 125 °C während des Starts an heißen Tagen

erreicht werden, um C Q > 1 zu gewährleisten. Mit

abnehmendem Grad der Leistungshybridisierung

(H P ) sinkt die erforderliche Oberflächentemperatur

deutlich. Die Erwärmung der Oberflächen führt

zu einer Reduzierung des Reibungswiderstandes,

solange sie nur in Bereichen turbulenter Umströmung

stattfindet. Die Quantifizierung dieses Effektes

ist einer der nächsten Schritte, um den Vorteil

einer Oberflächenkühlung gegenüber einem konventionellen

WMS-Konzept aufzuzeigen.

Die Nutzung der Flugzeugoberfläche

als

Wärmesenke führt zu

einer aerodynamisch

effizienteren Wärmeabgabe.

Utilising the aircraft

surface as heat

sink results in more

efficient heat

rejection.

The introduction of new propulsion concepts such

as hybrid-electric propulsion is expected to increase

the aircraft’s thermal load drastically. Upscaling a

conventional Thermal Management System (TMS)

that utilises ducted radiators to reject heat to

ambient would result in large pressure losses on

the cold side of the radiators and therefore drag.

Bauhaus Luftfahrt investigates the potential of

utilising existing aircraft surfaces as heat sink to

reduce drag from the TMS. Using existing aircraft

surfaces such as fuselage, wings, and nacelles for

heat rejection could not only avoid a drag penalty,

but might even lead to aerodynamic improvements.

In a first potential assessment, the heat sink

capacity of the aircraft’s surfaces for different aircraft

ranging from small regional planes to large

wide-body jets was analysed and compared to

expected heat loads from hybrid-electric propulsion

systems. The ratio of the two (C Q ) has to be greater

than unity to allow steady-state operation. Clearly,

smaller aircraft are more eligible for surface cooling

concepts. Depending on the maximum take-off

weight, surface temperatures between 85 °C and

125 °C have to be achieved for a fully electric aircraft

to ensure C Q > 1 during hot day take-off

conditions, which are most critical due to the high

ambient temperatures. If the degree of power

hybridisation (H P ) is decreased, the necessary surface

temperature is lower. Heating of the surfaces

results in a reduction in friction drag as long as the

surface coolers are only located in turbulent flow

regimes. Quantifying this effect is one of the next

steps to show the advantage of a surface cooling

over a conventional TMS concept.


57

Potenzial der Flugzeugoberflächen als Wärmesenke bei Hot Day Take-Off

(i) Verhältnis von Wärmesenkenkapazität zu benötigter Kühlleistung (C Q ) eines vollelektrischen Flugzeuges für verschiedene Oberflächentemperaturen (T surf )

(ii) Erforderliche T surf , um C Q = 1 für verschiedene Hybridisierungsgrade (H P ) zu erreichen

Heat sink potential

of aircraft surfaces

at hot day take-off

(i) Ratio of heat sink capacity to

required heat load (C Q ) of a fully

electric aircraft for different

surface temperatures (T surf )

(ii) Required T surf to achieve C Q = 1

for different degrees of

hybridisation (H P )

C Q [–]

1.75

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

0.25

T surf [K] = 320

T surf [K] = 360

T surf [K] = 400

(i)

T surf [K]

400

390

380

370

360

350

340

H p [–] = 1.00

H p [–] = 0.75

H p [–] = 0.50

(ii)

0 2 4

0 2 4

MTOW [kg] x10 5

MTOW [kg] x10 5

Theoretischer Einfluss der Wandheizung/

-kühlung auf die Grenzschicht einer glatten

ebenen Platte

Dichte (ρ), Haftreibungskoeffizient (C f ), Haftreibungswiderstandskraft (D f )

und Grenzschichtdicke von 99 % (δ) an einer beheizten (T h ) im Vergleich zu

einer unbeheizten (T u ) Wand; gültig für Re x = 10 6 –10 8

Theoretical impact of wall

heating/cooling on a smooth flat

plate boundary layer

Density (ρ), skin friction coefficient (C f ), skin friction drag force (D f ),

and boundary layer 99 % thickness (δ) near a heated (T h ) compared

to an unheated (T u ) wall; valid for Re x = 10 6 –10 8

∆ [%]

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

ρ

C f

D f

δ

-50

0.5 1.0

1.5

2.0

T h

T u


58

RESEARCH

FOCUS

AREA

0

-1000

INNOVATIVE

AIRCRAFT

TECHNOLOGIES &

CONFIGURATIONS

UNCONVENTIONAL

CABIN

OPERATIONS &

DESIGN

NOVEL

SUBSYSTEMS &

ENERGY

PROVISION


59

Die Systeme und ihre technologischen

Potenziale im Flugzeug stehen im Fokus der

Arbeiten im Forschungsschwerpunkt „Systemund

Flugzeugtechnologien“. Experten aus unterschiedlichen

Disziplinen wirken hier zusammen,

um die Flugzeugeffizienz weiter zu verbessern,

Emissionen zu reduzieren und neue Ansätze für

die Flugzeugentwicklung zu erarbeiten. Die

betrachteten Emissionen beinhalten klimatische

Auswirkungen in Verbindung mit dem Kraftstoffverbrauch

des 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.

2000

1000

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 impacts, 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.

2000


60 systems &

aircraft technologies

Bewertung des

Boardingprozesses

eines Mittelstreckenflugzeuges

Evaluation of the

Boarding Process

of a Medium-range

Aircraft

Im LuFo-Projekt AVACON, welches neuartige Technologien

für Mittelstreckenflugzeuge untersucht,

werden u. a. das Kabinendesign und dessen Auswirkungen

auf den Passagierfluss detailliert bewertet.

Für diesen Anwendungsfall hat das Bauhaus

Luftfahrt PAXelerate entwickelt: Eine Open-Source-,

2D-agentenbasierte Passagierflusssimulation, die

auf einem „günstigster Pfad“-A-Star-Algorithmus

beruht. Für AVACON wurde PAXelerate um eine

Schnittstelle für das CPACS-Datenformat erweitert,

welches einen schnellen und interdisziplinären

Datenaustausch ermöglicht. Funktionen von PAXelerate

beinhalten die Modifikation und Verifizierung

der Kabine im Konfigurator sowie parallel

verlaufende Simulationen und Parameterstudien.

Im aktuellen Fall wird der Fluss von 252 Passagieren

in einer Kabine mit zwei Gängen für mittlere

Reichweiten während des Einsteigens simuliert.

Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß den

Zusammenhang zwischen der Boardingzeit und der

Anzahl von Interferenzen durch gepäckverstauende

oder für andere Platz machende Passagiere. Im

Vergleich zum klassenweise erfolgenden Boarding

spart eine zufällige Reihenfolge ca. 1% an Zeit und

das Einsteigen von Fenster zu Gang sogar bis zu

4 %, da diese Methoden die Passagiere besser

verteilen und somit Interferenzen reduzieren. Die

Tür, die mittiger im Flugzeug liegt, bietet ebenfalls

Zeiteinsparungen von 1% durch kürzere Wege

und eine bessere Aufteilung der Passagiere. Das

Boarding mit mehreren Türen kann 20 % bis 40 %

Zeit einsparen, rechtfertigt hier jedoch nicht den

Aufwand mehrerer Fluggastbrücken. Insgesamt

gilt, dass für eine Kabinenkonfiguration mit

zwei Gängen das Boarding weniger kritisch als

bei Kurzstreckenflugzeugen ist, da im Vergleich

deutlich weniger Interferenzen auftreten. Kleine

Verbesserungen durch alternative Boardingstrategien

sind jedoch leicht möglich.

Lavatory

Lavatory

Lavatory

Door A

Door A

Zwei Gänge spalten

den Passagierfluss

bereits zu Beginn

und reduzieren somit

die Interferenzen

deutlich.

Splitting of the

passenger flow at

the door enables a

significant reduction

of interference.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Energie

unter dem Förderkennzeichen

20A1702C gefördert.

In the LuFo project AVACON, which investigates

new technologies for a medium-haul aircraft, the

cabin design and its effects on the passenger flow

are evaluated in detail. For this purpose, Bauhaus

Luftfahrt has developed PAXelerate: an open

source, 2D agent-based passenger flow simulation

based on a “cheapest path” A-Star algorithm. For

AVACON, PAXelerate was extended by an interface

for the CPACS data format, enabling a fast and

interdisciplinary data exchange. Features of PAXelerate

include modification and verification of the

cabin in the configurator as well as batch simulations

and parameter studies. In the current case,

the flow of 252 passengers in a twin-aisle cabin for

medium ranges is simulated during boarding. As

expected, the results show a correlation between

boarding time and the number of interferences

caused by passengers stowing their luggage or

making room for other passengers. Compared to a

class-wise boarding, a random order saves about

1% of time and a window-to-aisle boarding even

up to 4 %, as these methods distribute passengers

more even and thus reduce interference. The door

located in the middle of the aircraft offers potential

for a time reduction of 1% due to shorter distances

and a better distribution of passengers. Boarding

with multiple doors can save 20 % to 40 % of time,

but does not justify the expense of multiple boarding

bridges. Overall, boarding is less critical for a

twin-aisle cabin configuration compared to a shorthaul

aircraft, as there is significantly less interference.

However, small improvements through alternative

boarding strategies are easily possible.


61

Ergebnisse der verschiedenen Simulationen

Das Einsparpotenzial verschiedener Boardingmethoden in Abhängigkeit der gewählten Tür unterscheidet sich

signifikant. Sequenzielles Einsteigen unterliegt einer gleichmäßigen Verteilung stets deutlich.

Results of the different simulations

The savings potential of different boarding strategies varies significantly depending on the door selected.

Sequential boarding is always clearly inferior to an even distribution.

Compared to

reference

+10 %

+ 8 %

+ 6 %

+ 4 %

+ 2 %

0 %

-2 %

-4 %

-6 %

-8 %

-10 %

Class-wise Random Rear to

front (RTF)

Front to

rear (FTR)

Window to

aisle (WTA)

WTA &

RTF

WTA &

FTR

Optimised order

(”Steffen“)

Front door

Mid-rear door

Rear door

Boarding procedure

Beispielbild der automatisch erzeugten

Kabinengeometrie

Eine Schnittstelle mit der Grafiksoftware Blender ermöglicht eine

automatisierte Darstellung von Kabinendesigns zur Visualisierung in

2D oder virtueller Realität. Basis für den Austausch ist ein intern

entwickeltes CPACS-Plug-in für Blender.

Example image of the automatically

generated cabin geometry

An interface with the graphics software Blender enables an

automated rendering of cabin designs for 2D or virtual reality

purposes. The basis for the exchange is an internally developed

CPACS plug-in for Blender.


62 systems &

aircraft technologies

Potenzial von

Brennstoffzellen in

elektrischen Subsystemarchitekturen

Elektrische Flugzeugsubsysteme sind für die

Anwendung in der zivilen Luftfahrt mittlerweile

ausgereift und ihr Einsatz bietet Einsparpotenzial

durch Vermeidung von Triebwerksentnahmen wie

z. B. Zapfluft. Darüber hinaus kann auf die Stromerzeugung

am Triebwerk verzichtet und die Hilfsgasturbine

(APU) durch eine Brennstoffzelle ersetzt

werden. Die Brennstoffzelle versorgt dann die

Subsysteme mit Strom, während die Triebwerksgeneratoren

lediglich für den Notfall dimensioniert

sind. Die vollständige Elektrifizierung der Subsysteme

verändert aber auch die Masse des Flugzeuges,

und ein Brennstoffzellensystem wird voraussichtlich

schwerer sein als eine herkömmliche APU.

Daher führt diese neue Architektur zu einem Kompromiss

zwischen der Leermasse des Flugzeuges

und dem spezifischen Treibstoffverbrauch.

Das Treibstoffeinsparungspotenzial von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen

(PEMFC)

wurde im Rahmen des AVACON-Projektes für ein

Mittelstreckenflugzeug untersucht. Die Ergebnisse

zeigen, dass die Treibstoffreduktion durch die Eliminierung

der Triebwerksentnahmen groß genug ist,

um die Massenzunahme durch das Brennstoffzellensystem

auszugleichen. Jedoch wurde festgestellt,

dass eine elektrische Subsystemarchitektur, welche

durch Triebwerksgeneratoren angetrieben wird, zu

einer ähnlichen Treibstoffeinsparung führt. Die Vorteile

einer Brennstoffzelle liegen also vor allem in

der Lärm- und Emissionsreduzierung am Boden. Die

nächsten Schritte sind die weitere Optimierung des

PEMFC-Systems und die Untersuchung des Potenzials

von Festoxidbrennstoffzellen. Letztere vereinfachen

unter anderem das Kühlsystem durch ihre

höhere Betriebstemperatur und erlauben eine leichtere

Nutzung von Abwärme.

Ziel des AVACON-

Projektes ist die

gemeinschaftliche

Auslegung und

Technologiebewertung

für zukünftige

Flugzeuge.

The AVACON

project aims at

collaborative

design and technology

assessment

for future aircraft.

The Potential of Fuel

Cells in Electric

Subsystem

Architectures

Electrical aircraft subsystems have reached a level

of development that is sufficient for applications

in civil aviation. Their use offers saving potentials

by reducing and/or removing engine off-takes such

as bleed air. A fuel cell can replace the aircraft’s

auxiliary power unit (APU) and take over the power

generation from the engines. It powers the subsystems

during the entire flight, while the engine

starter generators serve as an emergency system.

The complete electrification of the subsystems

changes the mass of the aircraft, and a fuel cell

system is expected to be heavier than a conventional

APU. Therefore, this new architecture leads

to a compromise between the empty mass of the

aircraft and the specific fuel consumption.

The fuel savings potential of polymer electrolyte

membrane fuel cells (PEMFC) was investigated

within the AVACON project for a medium-range

aircraft. The results show that the fuel reduction

due to the elimination of engine off-takes is large

enough to compensate for the mass increase

caused by the fuel cell system. However, it was

found that an electrical subsystem architecture

powered by engine-driven generators leads to similar

fuel savings. Thus, the advantages of a fuel cell

are mainly in the reduction of noise and emissions

on the ground. The next steps are the further optimisation

of the PEMFC system and the investigation

of the potential of solid oxide fuel cells. Among

other things, the latter simplify the cooling system

due to their higher operating temperature and allow

easier use of waste heat.

Das zugrunde liegende

Vorhaben wurde mit Mitteln

des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Energie

unter dem Förderkennzeichen

20A1702C gefördert.


63

Kompromiss zwischen operativer

Leermasse (OEM) und Blocktreibstoff

Der Verzicht auf Leistungsentnahmen am Triebwerk reduziert

den Kraftstoffverbrauch, während eine höhere Leermasse diesen

erhöht. Die Integration elektrischer Subsysteme und der Brennstoffzelle

ist hier ohne Verbrauchssteigerung möglich.

Trade-off between operational

empty mass (OEM) and block fuel

Removing the engine off-takes reduces fuel consumption, while a higher operational empty mass increases it.

The integration of electrical subsystems and the fuel cell is possible without increasing fuel consumption.

Change in block fuel [%]

-1000

6

4

2

0

-2

-4

-6

-8

0 1000

2000

Change in OEM [kg]

3000

4000

Baseline

No off-takes

Konventionelle Subsysteme versus

vollelektrische Subsysteme

Vereinfachte schematische Darstellung einer konventionellen,

APU-angetriebenen Subsystemarchitektur gegenüber einer

vollelektrischen Subsystemarchitektur, welche von einer

Brennstoffzelle versorgt wird

Hydraulics – green circuit

Hydraulics – yellow circuit

Hydraulics – blue circuit

Pneumatics

Electrics

Conventional subsystems

versus fully electric subsystems

Simplified schematic representation of a conventional APU-driven

subsystem architecture versus a fully electric subsystem

architecture powered by a fuel cell

Fabian Peter Lead Systems and Aircraft Technologies

Die Perspektive von Wasserstoff als primärem Energieträger in Flugzeugen, aber auch die zunehmende Konzentration

auf Emissionsreduktion am Flughafen steigern die Bedeutung der Brennstoffzellentechnologie. Daher ist es von hoher

Wichtigkeit, Brennstoffzellen mit den notwendigen Sensitivitäten bereits im konzeptionellen Flugzeugentwurf zu integrieren.

Mit den aktuellen Randbedingungen ist ein Einsatz als Primärantrieb für Kleinflugzeuge bis hin zur Anwendung auf der Langstrecke

für die Subsystemversorgung oder Teilantriebslasten realistisch. Eine zentrale Rolle nimmt hier das Thermalmanagement ein,

dessen Modellierung derzeit mit der der Brennstoffzelle verbunden wird.

The perspective of hydrogen as a primary energy source in aircraft, but also the increasing focus on emission reductions

at airports, increase the importance of fuel cell technology. Therefore, it is of high importance to integrate fuel cells with

the necessary sensitivities already in the conceptual aircraft design. With current boundary conditions, the use of fuel cells as primary

propulsion for small aircraft up to long-distance applications for subsystem supply or partial propulsion loads is realistic. Thermal

management has a central role in this regard, and its modelling is currently being combined with that of the fuel cell.


64 facts figures

&

FINANCES

PERSONNEL

FACTS &

MEDIA


65

LECTURES

FIGURES

PUBLICATIONS

PATENTS


66 facts & figures

Finanzen

Finances

Im Geschäftsjahr 2019 sind die Erträge des Bauhaus Luftfahrt

geringfügig um 1,3 % auf 5,2 Millionen EUR gestiegen.

Die Zuwendungen des Freistaates Bayern und die Mitgliedsbeiträge

sind weiterhin konstant und betragen insgesamt

2,3 Millionen EUR.

Die Drittmitteleinnahmen haben sich im Jahr 2019 um

+125.400 EUR (+10,9 %) auf 1,7 Millionen EUR erhöht. Diese

Einnahmen sind auf Arbeiten in 15 Forschungsprojekten

zurückzuführen, die von der Europäischen Union, vom Bund

oder dem Freistaat Bayern gefördert werden. Der Anstieg

ist vor allem auf das durch Bayern geförderte Ein-Jahres-

Forschungsprojekt OBUAM zurückzuführen.

Bei den Projekten mit den Industriepartnern sind die

Umsätze um -53.000 EUR (-5,5 %) auf 1,2 Millionen EUR

zurückgegangen. Anfang 2019 konnten vier neue Partnerprojekte

definiert und vertraglich vereinbart werden.

Für das Jahr 2020 rechnet das Bauhaus Luftfahrt mit

keinen wesentlichen Veränderungen auf der Ertragsseite.

Lediglich bei den Drittmitteleinnahmen werden erhebliche

Veränderungen erwartet, da zwei EU-Projekte mit größeren

Zuwendungsvolumina (SUN-to-LIQUID, CENTRELINE) in

2020 auslaufen und neue LuFo-Projekte starten werden.

In the fiscal year 2019, earnings of Bauhaus Luftfahrt

increased by 1.3 % to 5.2 million euros. The grants from

the Free State of Bavaria and the membership fees have

remained constant at 2.3 million euros. Funding from

third-party projects increased by +125,400 euros (+10.9 %)

to 1.7 million euros in 2019. These revenues result from

work in 15 research projects funded by the European

Union, the German Federal Government, or the Free State

of Bavaria. The increase is primarily caused by the oneyear

research project OBUAM funded by the Free State

of Bavaria.

Revenues from industrial partners decreased by

-53,000 euros (-5.5 %) to 1.2 million euros. At the beginning

of 2019, four new partner projects were defined

and contractually agreed.

For the year 2020, Bauhaus Luftfahrt does not anticipate

any major changes in earnings. Significant changes

are expected in funding from third-party projects, since

two EU projects with larger funding volumes (SUN-to-

LIQUID, CENTRELINE) will expire in 2020, and new LuFo

projects will start.

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

0

2017 2018 2019

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


67

Personal

Personnel

Der Personalbestand hat sich im Jahr 2019 gegenüber dem

Niveau des Vorjahres leicht erhöht.

Das Bauhaus Luftfahrt beschäftigte zum Jahresende

52 Mitarbeiter, davon 39 Wissenschaftler.

Im Jahr 2019 konnte eine Promotion erfolgreich beendet

werden, sodass insgesamt 18 Mitarbeiter eine abgeschlossene

Promotion aufweisen. Der Anteil der Wissenschaftlerinnen

am Bauhaus Luftfahrt betrug im Jahr 2019 26 %,

der Frauenanteil am Bauhaus Luftfahrt insgesamt 37 %.

Die Anzahl der Studierenden ist im Jahr 2019 im Vergleich

zu den Vorjahren deutlich gestiegen. Im Jahresverlauf

waren 34 Studierende und ein Stipendiat aus 20 Nationen

als wissenschaftliche Hilfskräfte, Praktikanten oder zur

Erstellung ihrer Studienarbeiten am Bauhaus Luftfahrt

tätig. Insgesamt waren 95 Personen aus 23 Nationen am

Bauhaus Luftfahrt beschäftigt.

Wissenschaftliche Mitarbeiter und studentische Aushilfskräfte

unterschiedlicher Fachrichtungen zu gewinnen,

um die interdisziplinäre Zusammenarbeit am Bauhaus

Luftfahrt weiter auszubauen, bleibt der Fokus des Recruitingprozesses

auch im Jahr 2020.

The number of employees in 2019 has increased slightly

compared to the previous year.

At the end of the year, Bauhaus Luftfahrt had 52 employees,

39 of whom were scientists.

In 2019, one doctorate was successfully completed,

so that a total of 18 employees have completed their

doctorates. The share of female scientists at Bauhaus

Luftfahrt in 2019 was 26 %, and the share of women at

Bauhaus Luftfahrt as a whole was 37 %.

The number of students increased significantly in 2019

compared to previous years. In the course of the year,

34 students and one scholarship holder from 20 nations

worked at Bauhaus Luftfahrt as research assistants, interns,

or to realise their student research projects. A total of

95 people from 23 nations were employed at Bauhaus

Luftfahrt.

Recruiting research assistants and student assistants

from various disciplines to further support interdisciplinary

cooperation and exchange at Bauhaus Luftfahrt will remain

the focus of the recruiting process in 2020.

Mitarbeiter

(am Jahresende)

Employees

(end of the year)

2017

2018

2019

Executives

2

1

1

Scientists

36

36

39

Administration

14

13

13

Students

10

9

19

Munich Aerospace

scholarship holders

3

1

1


68 facts & figures

Zeitschriftenbeiträge

Journal Contributions

19.12.2019 Aerospace | Vol. 7, No. 1, p. 1, DOI 10.3390/aerospace7010001

Assessment of Aircraft Surface Heat Exchanger Potential

Autoren/authors: H. Kellermann, A. Habermann, M. Hornung

02.12.2019 CEAS Aeronautical Journal | pp. 1–23, DOI 10.1007/s13272-019-00434-w

Performance bookkeeping for aircraft configurations with fuselage wake-filling propulsion integration

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

01.11.2019 Journal of Air Transport Studies | Vol. 10, No. 1, pp. 1–38

Impact Of Airline Business Models, Market Segments And Geographical Regions On Aircraft Cabin Configurations

Autoren/authors: O. Oguntona, K. Ploetner, M. Urban, R. Rothfeld, M. Hornung

01.09.2019 Transport Policy | Vol. 81, pp. 148–162, DOI 10.1016/j.tranpol.2019.05.021

Analysis of European airports’ access and egress travel times using Google Maps

Autoren/authors: R. Rothfeld, A. Straubinger, A. Paul, C. Antoniou

27.05.2019 CEAS Aeronautical Journal | DOI 10.1007/s13272-019-00399-w

Evaluation of piston engine modes and configurations in composite cycle engine architectures

Autoren/authors: M. Nickl, S. Kaiser

21.05.2019 Transportation Research Record | DOI 10.1177/0361198119843858

Exploring Preferences for Transportation Modes in an Urban Air Mobility Environment: Munich Case Study

Autoren/authors: M. Fu, R. Rothfeld, C. Antoniou


69

Buchbeiträge

Book Contributions

28.11.2019 Demand for Emerging Transportation Systems | Elsevier, pp. 267–284, ISBN 978-0-128-15018-4

Urban air mobility

Autoren/authors: R. Rothfeld, A. Straubinger, M. Fu, C. Al Haddad, C. Antoniou


70 facts & figures

Konferenzbeiträge

Conference Contributions

06.11.2019 AMEC 2019 | Vienna

North Atlantic air transport market analysis with system dynamics

Autorin/author: M. Urban

04.11.2019 ISES Solar World Congress 2019 | Santiago

Solar-Driven Thermochemical Production of Sustainable Liquid Fuels from H 2 O and CO 2 in a Heliostat Field

Autoren/authors: M. Romero, J. Gonzalez-Aguilar, A. Sizmann, V. Batteiger, C. Falter, A. Steinfeld, S. Zoller,

S. Brendelberger, D. Lieftink

27.10.2019 22nd Intelligent Transportation Systems Conference | Auckland

The Prospects of Urban Air Mobility in Zurich, Switzerland

Autoren/authors: M. Balac, R. Rothfeld, S. Hoerl

07.10.2019 NATO AVT-323 RSY Hybrid/Electric Aero-Propulsion Systems for Military Applications | Trondheim

Electric Flight Map

Autoren/authors: J. Kaiser, H. Kuhn

01.10.2019 14th SDEWES Conference 2019 | Dubrovnik

Spatially explicit assessment of local HTL potential from urban waste streams in Europe

Autoren/authors: T. Horschig, A. Habersetzer, C. Penke, A. Jaumann, A. Brosowski

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Long-Term Application Potential of Urban Air Mobility Complementing Public Transport: an Upper Bavaria Example

Autoren/authors: K. Ploetner, C. Al Haddad, C. Antoniou, F. Frank, M. Fu, S. Kabel, C. Llorca, R. Moeckel, A. Moreno

Chou, A. Pukhova, R. Rothfeld, M. Shamiyeh, A. Straubinger, H. Wagner, Q. Zhang

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Boarding Process Assessment of the AVACON Research Baseline Aircraft

Autoren/authors: M. Engelmann, M. Hornung

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Evaluation of the market potential and technical requirements for thin-haul air transport

Autoren/authors: A. Paul, W. Grimme, G. Atanasov, J. van Wensveen, F. Peter

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Emission reduction potential across the long-haul network

Autoren/authors: A. Paul, M. Engelmann, L. Koops, D. Steinweg, F. Troeltsch, J. van Wensveen, M. Hornung

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Assessment of a fuel cell-powered full-electric sub-system architecture for the AVACON research baseline aircraft

Autoren/authors: J. van Wensveen, F. Peter, T. Rau, M. Hornung


71

Konferenzbeiträge

Conference Contributions

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Future Perspectives of Aviation for Urban and Regional Mobility

Autor/author: J. Kaiser

30.09.2019 Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019 | Darmstadt

Preliminary weight estimation for different actuator types for landing gear retraction

Autoren/authors: U. Kling, M. Hornung

25.09.2019 2nd International Conference on Artificial Intelligence for Industries | Laguna Hills

Modelling a Data Landscape for Intelligent Systems in Industry 4.0

Autor/author: M. Hoeser

25.09.2019 5. HTP-Fachforum „Hydrothermale Prozesse zur stofflichen und energetischen Wertschöpfung“ | Leipzig

The socio-economic benefits of hydrothermal technologies: Estimating spatial effects of HTL production plants

on job creation

Autoren/authors: A. Habersetzer, C. Penke

24.09.2019 SAE 2019 AeroTech Europe | Bordeaux

Landing Gear Integration into Aircraft Structure in Early Design Stage

Autoren/authors: U. Kling, M. Hornung

22.09.2019 24th ISABE Conference | Canberra

Design Trade Studies for Turbo-Electric Propulsive Fuselage Integration

Autoren/authors: F. Troeltsch, J. Bijewitz, A. Seitz

22.09.2019 24th ISABE Conference | Canberra

Conceptual Design of Ultra-Efficient Cores for Mid-Century Aircraft Turbine Engines

Autoren/authors: T. Groenstedt, C. Xisto, V. Sethi, A. Rolt, N. García Rosa, A. Seitz, D. Missirlis, J. Whurr, N. Tantot,

M. Dietz, A. Lundbladh

17.09.2019 11th International Conference on Knowledge Engineering and Ontology Development | Vienna

Challenges of Modelling and Evaluating the Semantics of Technical Content Deployed in Recommendation

Systems for Industry 4.0

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

17.09.2019 11th International Conference on Knowledge Management and Information Systems | Vienna

Towards Data Awareness by Socio-Technological Knowledge Management

Autoren/authors: A. Heussner, M. Hoeser, S. Ziemer


72 facts & figures

Konferenzbeiträge

Conference Contributions

17.09.2019 Ökobilanzwerkstatt 2019 | Stuttgart

Ökobilanzierung einer erneuerbaren Wasserstoffversorgung für die Luftfahrt

Autoren/authors: C. Penke, C. Falter, V. Batteiger

15.09.2019 22nd International Conference on Model Driven Engineering Languages and Systems | Munich

Modelling adaptive learning agents for domain knowledge transfer

Autor/author: M. Hoeser

11.09.2019 mobil.TUM 2019 | Munich

Identification of Strategies How Urban Air Mobility Can Improve Existing Public Transport Networks

Autorinnen/authors: A. Straubinger, M. Fu

11.09.2019 mobil.TUM 2019 | Munich

Analysis of low-cost air transport markets with system dynamics

Autorin/author: M. Urban

11.09.2019 mobil.TUM 2019 | Munich

Analysis of Urban Air Mobility’s Transport Performance in Munich Metropolitan Region

Autoren/authors: R. Rothfeld, M. Fu, C. Antoniou

03.09.2019 9th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space | Athens

Optimality Considerations for Propulsive Fuselage Power Savings

Autoren/authors: A. Seitz, A. Habermann, M. van Sluis

03.09.2019 9th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space | Athens

Recent Advances in Fuselage Wake-filling Propulsion Integration

Autor/author: A. Seitz

03.09.2019 9th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space | Athens

Assessment of Aircraft Surface Heat Exchanger Potential

Autoren/authors: H. Kellermann, A. Habermann, M. Hornung

01.09.2019 9th International Conference on Life Cycle Management | Poznan

Holistic environmental evaluation of a fully integrated HTL-based fuel production chain

Autoren/authors: C. Penke, A. Roth

01.09.2019 LCM 2019 | Poznan

LCIA of combined fuel and protein production from microalgal biomass

Autor/author: B. Portner


73

Konferenzbeiträge

Conference Contributions

02.07.2019 23rd ATRS World Conference | Amsterdam

Characteristics of Potential User Groups of New Forms of Mobility Using the Example of Urban Air Mobility

Autoren/authors: U. Kluge, A. Paul, K. Ploetner

02.07.2019 23rd ATRS World Conference | Amsterdam

An Overview of Current Research and Developments in Urban Air Mobility – Setting the Scene for UAM Introduction

Autoren/authors: A. Straubinger, R. Rothfeld, M. Shamiyeh, K.-D. Buechter, J. Kaiser, K. Ploetner

02.07.2019 23rd ATRS World Conference | Amsterdam

Pro-environmental behaviour in air travel: Is there a market?

Autoren/authors: A. Habersetzer, U. Kluge

02.07.2019 23rd ATRS World Conference | Amsterdam

Airline Revenues 2035: Revenue Generation and Business Models in Commercial Aviation – A Scenario Study

Autoren/authors: J. Michelmann, A. Paul, A. Becker, C. Schneider, G. Tay, M. Hornung

02.07.2019 23rd ATRS World Conference | Amsterdam

Global airline business model evolution: Cluster analysis applied to time series data

Autoren/authors: M. Urban, M. Harnischfeger, M. Hornung

12.06.2019 2019 ITEA Annual Conference and School on Transportation Economics | Paris

Why Does the Spatial Distribution of Income Matter for UAM Introduction?

Autoren/authors: A. Straubinger, E. Verhoef, H. de Groot

02.06.2019 ICAF 2019 | Krakow

Evaluating the Influence of SHM on Damage Tolerant Aircraft Structures Considering Fatigue

Autoren/authors: D. Steinweg, M. Hornung

27.05.2019 27th European Biomass Conference and Exhibition | Lisbon

Global Assessment of Sustainable Land Availability for Bioenergy and Food Production

Autoren/authors: F. Riegel, A. Roth, V. Batteiger

27.05.2019 27th European Biomass Conference and Exhibition | Lisbon

Potentials for efficiency improvement through process integration of HTL with hydrothermal gasification

Autoren/authors: C. Penke, C. Falter, A. Roth, F. Vogel

23.05.2019 DGSD Annual Meeting 2019 | Brunswick

Analysis of low-cost carrier operations in long-haul air transport markets: A system dynamics approach

Autorin/author: M. Urban


74 facts & figures

Konferenzbeiträge

Conference Contributions

04.04.2019 4th NEST Conference | Lisbon

Transition to where? Visions and pathways for sustainable aviation

Autor/author: A. Habersetzer

28.03.2019 Emission Free & Electric Flight Symposium | Stuttgart

Future Perspectives of Aviation for Urban and Regional Mobility

Autor/author: K. Ploetner

06.02.2019 5th International Conference on Turbomachinery Manufacturing | Aachen

Future of Aviation – Innovations and Perspectives

Autor/author: J. Kaiser

13.01.2019 2019 TRB Annual Meeting | Washington, D.C.

Exploring Preferences for Transportation Modes in an Urban Air Mobility Environment: a Munich Case Study

Autoren/authors: M. Fu, R. Rothfeld, C. Antoniou


75

Technische Berichte (öffentlich zugänglich)

Technical Reports (publicly available)

22.05.2019 Deliverable | CAMERA, pp. 64, Grant Agreement No. 769606

Mobility Report 1

Autoren/authors: M. Biscotto, A. Cook, I. Gómez, G. Gurtner, P. Hullah, U. Kluge, P. López, D. Martínez, C. Muccitelli,

A. Paul, D. Valput

30.03.2019 Deliverable | Mobility4EU, pp. 6, Grant Agreement No. 690732

European Transport and Mobility Forum

Autoren/authors: M. Urban et al.

29.03.2019 Deliverable | Mobility4EU, pp. 23, Grant Agreement No. 690732

Recommendations towards the different transport stakeholder groups

Autoren/authors: M. Urban et al.

27.02.2019 Deliverable | Mobility4EU, pp. 66, Grant Agreement No. 690732

European Action Plan for Transport (Visualisation)

Autoren/authors: M. Urban et al.

30.01.2019 Deliverable | Mobility4EU, pp. 42, Grant Agreement No. 690732

Stakeholder consultation conference

Autorin/author: M. Urban


76 facts & figures

Abschlussarbeiten

Theses

28.11.2019 Master Thesis | Technical University of Munich

Dynamic Modelling of a Novel Cooling Concept Using Fuel as Heat Sink for Hybrid-Electric Aircraft

Autor/author: T. Wunderlich

03.09.2019 Master Thesis | Technical University of Munich

Three-Dimensional Numerical Investigation of the Effects of Variation in Configuration of Components

in a Propulsive Fuselage Concept

Autor/author: A. Gokhale

30.08.2019 Master Thesis | Furtwangen University

Exploring the usage of social media data to forecast future airlines’ financial performance:

the case of Delta Airlines

Autorin/author: P. V. Anh

29.07.2019 Master Thesis | Technical University of Munich

Analysis of Key Factors Influencing Passenger Urban Air Mobility Market Entry

Autorin/author: A. Campos

07.06.2019 Master Thesis | Technical University of Munich

Aerodynamic Design Space Exploration of a Propulsive Concept Using Computational Fluid Dynamics

Autorin/author: R. Zahn

31.05.2019 Master Thesis | Technical University of Munich

Modelling of Airport Dynamics and the Interaction between Airports and Airlines

Autor/author: A. Mayrhofer

24.04.2019 Master Thesis | Technical University of Munich

Environmental Evaluation of Urban Air Mobility Operation

Autorin/author: A. Pukhova

06.03.2019 Dissertation | Technical University of Munich

Conceptual Design Methods of Electric Power Architectures for Hybrid Energy Aircraft

Autor/author: P. Vratny


77

Patente

Patents

DE 102008022452 A1

DE 102008024463 B4

DE 102012015104.7

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Flugzeug mit aktiv steuerbaren Hilfsflügeln

Erfinder/inventor: J. Wittmann

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Flugzeugantriebssystem

Erfinder/inventor: A. Seitz

Deutsches Patent- und Markenamt | München

Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb

dieses Fahrzeugtriebwerkes

Erfinder/inventor: 0. Schmitz


78 facts & figures

Medienberichterstattung

Media coverage

Pressemitteilungen des

Bauhaus Luftfahrt

Press releases issued

by Bauhaus Luftfahrt

Medienberichte über

das Bauhaus Luftfahrt

Media reports on

Bauhaus Luftfahrt

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

Printmedien

Print media

Onlinemedien

Online media

Audiovisuelle Medien

Audiovisual media

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

2017

2018

2019


79

Expertenvorträge (ohne Konferenzen)

Expert lectures (without conferences)

Nationale Expertenvorträge

National expert lectures

Internationale Expertenvorträge

International expert lectures

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

2017

2018

2019


80 facts & figures

Impressum

Imprint

Bauhaus-Luftfahrt-Jahrbuch 2019

Herausgeber /Publisher

Bauhaus Luftfahrt e. V.

Willy-Messerschmitt-Str. 1, 82024 Taufkirchen

www.bauhaus-luftfahrt.net

Redaktion /Editor

Florian Riegel

Autoren /Authors

Dr. Valentin Batteiger

Dr. Doris Empl

Marc Engelmann

Dr. Christoph Falter

Dr. Anne Göhler-Stroh

Dr. Antoine Habersetzer

Prof. Dr. Mirko Hornung

Dr. Jochen Kaiser

Hagen Kellermann

Dr. Lily Koops

Dr. Holger Kuhn

Dr. Jos Lehmann

Ivana Matkovic

Markus Nickl

Dr. Annika Paul

Christina Penke

Fabian Peter

Patrycja Plochowitz

Dr. Kay Plötner

Benjamin Portner

Florian Riegel

Dr. Arne Seitz

Dr. Andreas Sizmann

Dominik Steinweg

Florian Troeltsch

Jasper van Wensveen

Bildnachweise /Picture credits

Titelseite: istock (jamielawton), DyhrGrieshaber, S. 4: S. Ramadier, S. 6: Jan Greune, S. 10/11: Tobias

Tschepe, S. 14/15: istock (Pom669), DyhrGrieshaber, S. 16/17: Bauhaus Luftfahrt e. V., Jan Greune,

S. 18/19: flaticon (freepik, itim2101), DyhrGrieshaber, Jan Greune, S. 20/21: Bauhaus Luftfahrt e. V.,

Jan Greune, S. 22/23: istock (Pom669), DyhrGrieshaber, Jan Greune, S. 24: Dreamstime.com (Dezzor),

S. 28: Adobe Stock (korkeng), S. 31: Jan Greune, S. 32/33: istock (Pom669), DyhrGrieshaber, S. 35:

Jan Greune, S. 36: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 38/39:

Shutterstock (Alexandros Michailidis), flation (Encalyp, freepik, monkik), S. 40/41: istock (Pom669),

DyhrGrieshaber, Jan Greune, S. 42: Adobe Stock (Jiri Hera), S. 44/45: Shutterstock (Alexander Gold),

Bauhaus Luftfahrt e. V., DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH, S. 47:

Instituto IMDEA Energía, Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 49: Karlsruher Institut für Technologie (Projekt-,

Prozess- und Qualitätsmanagement), Jan Greune, S. 50/51: istock (Pom669), DyhrGrieshaber, Jan Greune,

S. 55: Bauhaus Luftfahrt e. V., Jan Greune, S. 56: Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 58/59: istock (Pom669),

DyhrGrieshaber, Jan Greune, S. 61: Bauhaus Luftfahrt e. V., S. 63: Jan Greune, S. 64/65: Jan Greune

Konzept, Layout, Grafiken /Concept, layout, graphics

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

Druck /Print

G. Peschke Druckerei GmbH, Parsdorf b. München, www.peschkedruck.de

Auflage /Circulation

700 Exemplare /700 copies

Aus Gründen der Lesefreundlichkeit verzichten wir auf die explizite Nennung der weiblichen Form.

Wenn zum Beispiel von Mitarbeitern die Rede ist, sind selbstverständlich auch die Mitarbeiterinnen

gemeint.





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