Auch Nasa setzt auf Strom 03.10.2015, 07:50 Uhr

Große Elektroflugzeuge von Airbus sollen mit Hybridtechnik fliegen

Fahren wir nicht nur elektrisch mit dem Auto, sondern fliegen wir bald auch mit Elektroflugzeugen in den Urlaub? Airbus und die Nasa arbeiten längst an Konzepten, um auch kleinere Verkehrsmaschinen elektrisch anzutreiben. Dabei läuft die Entwicklung auf ein Hybridsystem hinaus.

Airbus arbeitet in Ottobrunn bei München am Konzept eines elektrisch angetriebenen Verkehrsflugzeuges. Die Hauptlast sollen sechs Elektroturbinen tragen, beim Start wird zusätzlich ein am Heck montiertes Jet-Triebwerk zugeschaltet. Nach dem Start wird das Triebwerk stark runtergefahren und für die Stromerzeugung genutzt.

Airbus arbeitet in Ottobrunn bei München am Konzept eines elektrisch angetriebenen Verkehrsflugzeuges. Die Hauptlast sollen sechs Elektroturbinen tragen, beim Start wird zusätzlich ein am Heck montiertes Jet-Triebwerk zugeschaltet. Nach dem Start wird das Triebwerk stark runtergefahren und für die Stromerzeugung genutzt.

Foto: Airbus

Airbus feierte erst im Juli die erfolgreiche Überquerung des Ärmelkanals mit dem kleinen Elektroflugzeug E-Fan. Doch die Ingenieure im Airbus-Entwicklungszentrum für Elektroflugzeuge in Ottobrunn bei München sind schon viel weiter. Sie spielen gemeinsam mit Ingenieuren des Triebwerkherstellers Rolls-Royce die Möglichkeiten durch für den Bau eines elektrisch angetriebenen Verkehrsflugzeugs. Für den Elektroantrieb von Verkehrsflugzeugen hat Airbus den Begriff E-Thrust, auf Deutsch Elektroschub, eingeführt.

Auch die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa arbeitet im Langley Research Center in Virginia an einem ähnlichen Konzept mit der Bezeichnung DEP, wobei dies für Distributed Electric Propulsion steht, was auf Deutsch so viel wie „Verteilter Elektroantrieb” heißt. Erst im Mai hat der Prototyp GL-10 mit zehn elektrisch angetriebenen Propellern abgehoben. Das ferngesteuerte Kleinflugzeug hatte eine Spannweite von 3,05 m und war mit acht Motoren auf den Tragflächen und zwei Motoren am Heck ausgestattet. Das Flugzeug kann sogar senkrecht starten und landen. Dazu lässt sich die durchgehende Tragfläche senkrecht stellen.

Die neue Nasa-Drohne GL-10 kann wie ein Hubschrauber starten und später wie ein Flugzeug fliegen. Die Spannweite der Tragfläche erreicht drei Meter.

Die neue Nasa-Drohne GL-10 kann wie ein Hubschrauber starten und später wie ein Flugzeug fliegen. Die Spannweite der Tragfläche erreicht drei Meter.

Foto: Nasa Langley/David C. Bowman

Airbus und die Nasa verfolgen bei ihrer Entwicklungsarbeit das gleiche Grundprinzip: Statt große und schwere Jet-Triebwerke unter die Tragflächen zu hängen, sollen elektrische Passagiermaschinen von einer Vielzahl relativ kleiner leichter Elektrotriebwerke bewegt werden. Diese können auf den Tragflächen, aber auch an anderen Stellen wie dem Rumpf, angeordnet sein. Diese Elektrotriebwerke können entweder Propeller antreiben oder wie herkömmliche Jet-Motoren das Flugzeug mittels starker Gebläse bewegen.

Vielfältige Vorteile für den Flugzeugbau

Der Antrieb mittels kleiner Elektrotriebwerke bietet den Flugzeug-Ingenieuren vielfältige Vorteile. Zunächst einmal können die Tragflächen deutlich kleiner und wesentlich leichter konzipiert werden. Das reduziert den Luftwiderstand des Flugzeugs

Die E-Fan von Airbus – hier kurz vor Calais – überflog im Juli den Ärmelkanal. Das Elektroflugzeug benötigte rund eine Dreiviertelstunde. 

Die E-Fan von Airbus – hier kurz vor Calais – überflog im Juli den Ärmelkanal. Das Elektroflugzeug benötigte rund eine Dreiviertelstunde. 

Foto: Airbus

Modellrechnungen gehen von einer Tragfläche aus, die nur ein Drittel der herkömmlichen misst. Wichtig ist aber auch, dass sich die relativ kleinen Elektrotriebwerke so anordnen lassen, dass der Luftstrom über die Tragflächen sehr genau gesteuert und zugleich breit gefächert werden kann. Das bietet erhebliche Vorteile, weil dadurch der Auftrieb deutlich stärker und damit der Flug effizienter wird.

Verschiedene Konzepte für die Stromversorgung

Für das Problem der ausreichenden Stromversorgung haben die Airbus-Ingenieure schon einige Lösungsvorschläge. So wäre es möglich, nach Erreichen der Reiseflughöhe einzelne Treibwerke abzustellen und den Luftstrom von den weiter laufenden Motoren sichern zu lassen. Um die Stromversorgung der Triebwerke zu sichern, setzen Airbus und die Nasa auf Lithium-Ionen-Batterien, die schon heute bei Kleinflugzeugen eine maximale Reisedauer von bis zu 90 min ermöglichen.

Für Verkehrsflugzeuge reicht das aber bei weitem nicht. Selbst wesentliche Fortschritte in der Batterietechnik werden noch nicht genügen. Deshalb setzen Airbus und Nasa zusätzlich auf Techniken zur Stromerzeugung an Bord wie die Nutzung der Flugzeugoberflächen mit Solarzellen. Wichtig sind aber vor allem die Techniken zur Senkung des Stromverbrauchs. So wäre es möglich, nach Erreichen der Reiseflughöhe einzelne Treibwerke abzustellen und den Luftstrom von den weiter laufenden Motoren sichern zu lassen.

Das E-Trust-Konzept von Airbus: Das elektrisch angetriebene Verkehrsflugzeug soll rund 90 Sitzplätze bieten und zwei Stunden fliegen können.

Das E-Trust-Konzept von Airbus: Das elektrisch angetriebene Verkehrsflugzeug soll rund 90 Sitzplätze bieten und zwei Stunden fliegen können.

Foto: Airbus

Dabei verfolgt Airbus beim E-Thrust–Konzept die Idee eines Hybridflugzeuges, das nicht nur über Elektromotoren verfügt, sondern auch über ein herkömmliches Jet-Triebwerk am hinteren Rumpf. Es soll vor allem den notwendigen Startschub erzeugen. Nach Erreichen der Reiseflughöhe würde das Jet-Treibwerk so stark gedrosselt, dass es nur noch Strom erzeugen kann. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Stromquelle trieben dann die Elektrotriebwerke das Verkehrsflugzeug an.

Zugleich können auf Reiseflughöhe auch einzelne Elektrotriebwerke abgeschaltet werden. Durch den Luftzug drehen sich ihre Propeller oder Gebläse weiter und erzeugen dabei ebenfalls Strom für die Batterien an Bord. Zur Landung werden alle Elektrotriebwerke wieder in Gang gesetzt, um die Maschine besser steuern zu können. Das herkömmliche Jet-Triebwerk wird vorsichtshalber eingeschaltet, um notfalls durchstarten zu können.

Ziel ist ein Kurzstrecken-Verkehrsflugzeug mit 90 Sitzen

Im Rahmen des E-Thrust-Projektes plant Airbus zunächst ein Flugzeug mit etwa 90 Sitzen, was etwa der Hälfte der Passagierzahl des Airbus A320 oder der Boeing 737 entspricht. Immerhin soll diese Maschine auf eine Reichweite von wenigstens zwei Flugstunden plus Reserve ausgelegt werden.

Ein Lithium-Ionen-Akku, der unter den Passagieren im Frachtraum untergebraucht ist, soll die Elektromotoren mit Antriebsenergie versorgen. Bei Erreichen der Reiseflughöhe sollen Teile der Elektromotoren ausgeschaltet werden. Sie erzeugen, angetrieben durch den Luftstrom, zusätzlich Energie.

Ein Lithium-Ionen-Akku, der unter den Passagieren im Frachtraum untergebraucht ist, soll die Elektromotoren mit Antriebsenergie versorgen. Bei Erreichen der Reiseflughöhe sollen Teile der Elektromotoren ausgeschaltet werden. Sie erzeugen, angetrieben durch den Luftstrom, zusätzlich Energie.

Foto: Airbus

Für größere, elektrisch angetriebene Verkehrsflugzeuge sind nicht nur leistungsfähigere Batterien notwendig. Zugleich will Airbus durch supra-leitfähige Leitungen und Komponenten zusätzliches Gewicht einsparen. Dazu arbeitet Airbus derzeit mit der Universität Cambridge zusammen. Das Problem der Supraleitfähigkeit ist, dass sie eine extreme Kühlung der Leitungen voraussetzt.

Offen ist die Frage, wann das erste elektrisch angetriebene Verkehrsflugzeug den Liniendienst aufnimmt. 20 bis 30 Jahre könnte das noch dauern.

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