Aachen forscht 02.12.2019, 12:02 Uhr

Elektroflugzeuge: 12 Motoren erlauben schlanke Bauweise

Flügel und Seitenleitwerk können dank einer neuen Bauweise schrumpfen, sodass Gewicht gespart wird. Problematisch bleibt das Gewicht der Batterien beziehungsweise des Brennstoffzellensystems. Größere Flugzeuge könnten mit einem Hybridantrieb ausgestattet werden.

Viele kleine elektrisch betriebene Propeller entlang der Tragfläche sorgen für mehr Auftrieb. Die Flügelfläche kann dadurch verkleinert werden, das spart Gewicht, Widerstand und Energie.

Viele kleine elektrisch betriebene Propeller entlang der Tragfläche sorgen für mehr Auftrieb. Die Flügelfläche kann dadurch verkleinert werden, das spart Gewicht, Widerstand und Energie.

Foto: DLR (CC-BY 3.0)

Elektroflugzeuge haben bereits abgehoben, doch in Serien werden sie nicht produziert. Airbus beispielsweise hat einen solchen Plan 2017 aufgegeben. Doch Fliegen mit Strom ist damit noch nicht vom Tisch. Die Technische Hochschule Aachen und die Fachhochschule der Stadt wollen auf dem Flugplatz Merzbrück unweit von Aachen, der zum Forschungsflugplatz werden soll, weiter am Elektroflugzeug tüfteln.

Konzept für 19 Flugpassagiere

Auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) engagiert sich in diesem Bereich. „Das E-Flugzeug der Zukunft wird anders aussehen, als das, was wir bisher kennen“, sagt Martin Hepperle vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, das in Braunschweig und Göttingen angesiedelt ist. Und es wird deutlich größer sein als die bisher getesteten Kleinflugzeuge mit meist nur 2 Passagieren. Elektrische Antriebe einfach in bestehende Flugzeuge einzubauen, bringe keinen Gewinn, denn „die Konfiguration muss zum Antrieb passen“, so der Ingenieur. Wenn es nach ihm geht wird ein Regionalflugzeug für 19 Passagiere viele kleine Propeller haben, die an den Tragflächen verteilt sind. Das erhöhe den Auftrieb, sodass die Flügelfläche verkleinert werden kann. Das reduziert das Gewicht und verringert den Energieverbrauch, weil der Luftwiderstand kleiner ist. Elektromotoren sind weitaus leichter als Verbrennungsmotoren, sodass sie insgesamt nicht mehr Gewicht auf die Waage bringen als 2 Turboprop-Aggregate.

Die Skizze zeigt ein elektrisches Triebwerk eines Passagierflugzeugs.

Die Skizze zeigt ein elektrisches Triebwerk eines Passagierflugzeugs.

Foto: DLR (CC-BY 3.0)

Motoren sind auch zum Lenken da

Die Motoren von heutigen Flugzeugen sind überdimensioniert und damit schwerer als eigentlich nötig. Der Grund: Sie müssen auch beim Ausfall eines Motors noch sicher fliegen. Wenn es jedoch über 12 Motoren verfügt falle der Ausfall eines Antriebs nicht weiter auf. Die außen sitzenden Motoren werden auch zum Lenken genutzt. Aus diesem Grund kann das Seitenleitwerk kleiner ausfallen. Auch das spart Gewicht und Widerstand.

Derartige Flugzeuge können mit Batterien ausgestattet oder mit Brennstoffzellen als Stromspender ausgestattet werden. Beide Systeme sind eigentlich zu schwer für Flugzeuge. Bei Batterien besteht die Hoffnung, dass neue Konzepte mit deutlich höherem spezifischem Energieinhalt entwickelt werden. Bei Brennstoffzellen fallen vor allem die Tanks für Wasserstoff nicht nur buchstäblich ins Gewicht. Da sie einen Druck von 700 Bar aushalten müssen, das ist gut 300 Mal mehr als bei einem Autoreifen, müssen die Wände sehr dick und damit schwer sein.

„Delfin“ senkt das Gewicht von Wasserstofftanks

Das soll sich zumindest in Maßen ändern. Das Bundesministerium für Verkehr und Infrastruktur fördert ein entsprechendes Forschungsprojekt mit 7,5 Millionen Euro. An „Delfin“ sind Ford, BMW und die Daimler-Tochter NuCellSys sowie die Zulieferer NPROXX Jülich, Elkamet, Tejin Carbon, der Ingenieurdienstleister ISATEC und von öffentlicher Seite die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin und das Institut für Kunststoffverarbeitung an der Technischen Hochschule Aachen beteiligt. Der Tank, der voraussichtlich zylinderförmig sein wird, besteht aus Kohlenstoffasern und einer Matrix, die diese Zusammenhält, etwa Kunstharz. Die BAM hat für die Drucktests, bei denen die Tanks zerbersten, eigens einen nach außen gesicherten Freiluftbereich geschaffen.

100-Sitzer schafft 2.000 Kilometer

Kleinere Regionalflugzeuge fliegen möglicherweise mal voll elektrisch. Bei größeren Maschinen mit vielleicht 100 Plätzen ist das kaum denkbar, sagen Experten. Auch darüber denken die DLR-Forscher nach. Ihre Lösung: Hybridflugzeuge, deren Propeller elektrisch angetrieben werden. Den Strom erzeugen Generatoren an Bord, die von Kerosinmotoren angetrieben werden. Die Antriebseinheit ist deutlich leichter als bei einer rein elektrischen Lösung und spart Energie ein, weil der Motor stets im günstigsten Drehzahlbereich läuft und die Elektromotoren einen Wirkungsgrad von weit mehr als 90 % haben. Hepperle rechnet damit, dass ein derart ausgestattetes Flugzeug 100 Passagiere bis zu 2.000 Kilometer weit bringen könnte.

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