Luftfahrt 28.09.2001, 17:31 Uhr

Erfolgreich nur unter optimalen Bedingungen

Doch nur eine Woche nach den Anschlägen vermeldet Boeing Erfolg versprechende Ergebnisse seines Sonic Cruiser im Windkanaltest.

So einschneidend die wirtschaftlichen Folgen der Attentate in den USA für die Luftfahrtbranche sind – weder Airbus noch Boeing rütteln an ihren Zukunftsprojekten. So will Airbus an der Entwicklung des 500-sitzigen Airbus A380 festhalten und Boeing an seinem kleineren, dafür aber nahezu Schallgeschwindigkeit fliegenden Sonic Cruiser. Gut 12 Mrd. Dollar soll die Entwicklung des Airbus A380 kosten, mindestens 10 Mrd. DM die des Sonic Cruiser.

Doch während bei Airbus relativ klar ist, wie der A380 aussehen wird, mit welchen technischen Innovationen er aufwarten wird und was er am Ende leisten soll (siehe VDI nachrichten 11/2001), sind viele Details beim Sonic Cruiser nach wie vor offen.

Noch auf der Luftfahrtmesse in Paris im Juni dieses Jahres wich Boeing Manager John Roundhill allen Fragen nach konkreten Daten zum Sonic Cruiser mit dem immer gleichen Satz aus: „Wir untersuchen alle Möglichkeiten.“

In den zurückliegenden Monaten nun hat Boeing verschiedene Modelle des Sonic Cruiser im Windkanal getestet. Diese Tests, so der stellvertretende Boeing-Präsident und Programm-Manager des Sonic-Cruiser-Projekts, Walt Gillett, in der vergangenen Woche, hätten die „hoch gesteckten Erwartungen“ von Boeing „auf der ganzen Linie“ erfüllt.

Denn diese Tests, ergänzt Heinrich Großbongardt, Boeing-Sprecher für Deutschland, „haben gezeigt, dass der Sonic Cruiser nicht mehr Treibstoff pro Passagier verbraucht als eine zweistrahlige Boeing 767 heute“.

Selbst Boeing-Vertreter hatten das vor nicht allzu langer Zeit noch anders gesehen und waren davon ausgegangen, dass der Sonic Cruiser mindestens 15 % bis 20 % mehr Treibstoff pro Passagier verbrauchen würde.

„Das ist endgültig vom Tisch“, so Großbongardt jetzt. Fachleute haben da jedoch so ihre Zweifel. Auf der Basis des bisherigen Konzeptentwurfs von Boeing und den wenigen, belastbaren Daten, die bisher von diesem Flugzeug bekannt sind, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig den Sonic Cruiser in einer Auslegung für 200 Passagiere „durchgerechnet“.

Dabei kamen die Wissenschaftler vom DLR zu dem Ergebnis, dass das Flugzeug doch erheblich mehr Treibstoff pro Passagier verbrauchen wird als konventionelle Flieger. „Man kann davon ausgehen, dass es gut 15% mehr sind“, so Dr. Martin Hepperle vom Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des DLR. Das aber auch nur „unter optimalen Bedingungen“, so Hepperle.

Der Grund für den hohen Verbrauch liegt in der Konzeption des Flugzeugs selber. Der Sonic Cruiser soll in einer Höhe von gut 14 km eine Geschwindigkeit von 0.95 Mach bis 0.98 Mach und mehr erreichen. Je näher aber ein Flugzeug an die Schallmauer heranfliegt, umso stärker wird der sog. Wellenwiderstand, den das Flugzeug überwinden muss. Steigt die Geschwindigkeit auf Mach 0.99, kann der Treibstoffverbrauch pro Passagier sogar schnell um bis zu 30 % gegenüber einem derzeit gängigen Passagierflugzeug ansteigen.

Dazu kommt, dass die Luftdichte in 14 km Höhe gut 45 % geringer ist als in 10 km Höhe, in der normale Passagierflugzeuge fliegen. Um also die Masse eines Sonic Cruiser mit seinen 200 und mehr Passagieren in 14 km in der Luft zu halten, muss die Flügelfläche auf fast das Doppelte eines vergleichbaren herkömmlichen Passagierflugzeugs vergrößert werden. Das wiederum erhöht das Startgewicht, also werden leistungsfähigere Triebwerke und aus heutiger Sicht auch mehr Treibstoff notwendig.

Eine gewisse Kompensation ist dann im Reiseflug allerdings die geringe Luftdichte, die den Widerstand verringert. Dieser Vorteil aber verschwindet zunehmend, wenn das Flugzeug in die Nähe der Schallgeschwindigkeit und damit in den Einfluss steigender Wellenwiderstände kommt.

„Alles hängt davon ab“, so Hepperle, „wie präzise sich die Reisegeschwindigkeit einhalten lässt.“

Ein ebenfalls sehr umstrittener Punkt ist die Behauptung von Boeing, der Sonic Cruiser werde die Reisezeit von Langstreckenflügen um 15 % bis 20 % verkürzen. Schon heute, so Hepperle, „können Flugzeuge bis 0.87 Mach fliegen“. Legt man beim Sonic Cruiser eine durchschnittliche Reisegeschwindigkeit von 0.97 Mach zugrunde, hat man nur einen Gewinn von gut 12 %.

Dazu kommen Steig- und Sinkflug, was die Zeit der Reisegewindigkeit des Flugzeugs weiter einschränkt.

Und schließlich hat der Sonic Cruiser bei Start und Landung dieselben Probleme wie alle Flugzeuge: überfüllte Flughäfen. Allein in Europa entstanden im Jahr 2000 fast 70 % aller Verspätungen durch überfüllte Flughäfen oder überfüllten Luftraum in deren Nähe.

Ein weiteres Problem für die Flughäfen sind die beiden Canards, die kleinen Flügel vorn am Sonic Cruiser. Sie ersetzten das Höhenleitwerk, und ohne sie, so Boeing-Manager John Roundhill, würde das Flugzeug 10 m länger sein. Aber am Boden stören sie bei der Abfertigung. Noch ist offen, so Großbongardt, ob sie am Boden hoch oder zur Seite geklappt werden, um den Finger andocken zu können, durch den die Fluggäste ein- und aussteigen.

Darüber hinaus bilden die Canards ein erhebliches aerodynamisches und mechanisches Problem, und noch ist nicht sicher, wie beweglich sie überhaupt sein werden und ob die Frontpartie des Sonic Cruiser am Ende nicht wesentlich buckliger ausfallen muss, um die Mechanik für einen beweglichen Canard aufnehmen zu können.

Ein offenes Problem ist schließlich auch die Umweltverträglichkeit des neue Boeing-Flugzeugs. Sonic-Cruiser-Manager Walt Gillett nannte diese zwar „ausgezeichnet“ und begründete seine Einschätzung damit, dass durch den steilen Abflugwinkel der Lärmteppich klein sei. Zudem würde beim Sonic Cruiser wegen der großen Flügelfläche auf Landeklappen verzichtet, was den Lärm beim Anflug reduziere.

Da aber noch immer völlig offen ist, welche Triebwerke zum Einsatz kommen, lässt sich nichts Endgültiges über deren Stickoxid-, Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Ausstoss sagen. „Der wird weit unter den Grenzwerten liegen, die heute gelten“, da ist sich Großbongardt ganz sicher.

Doch diese Emissionen werden in 14 km Höhe ausgestoßen, in einer Region, in der kaum noch Konvektion herrscht und Emissionen deshalb kaum abgebaut werden. Bei der Concorde, die noch höher, dafür aber seltener fliegt, spielt das kaum eine Rolle. Wenn aber Hunderte von Flugzeugen täglich in 14 km Höhe operieren, dann, so Hepperle, „muss man den Einfluss auf das Wettergeschehen schon sehr sorgfältig untersuchen“.

Und Alan Mulally, Chef der zivilem Flugzeugproduktion bei Boeing, hat nicht von Hunderten von Sonic Cruisern gesprochen, die er verkaufen will, sondern sogar von Tausenden.

Denn nur dann kann es auch gelingen, das Flugzeug wirtschaftlich herzustellen und zu betreiben. Gut 20 % könnte der Preis eines Sonic-Cruiser- Tickets über dem eines vergleichbaren Linientickets liegen. Die Frage ist, ob die Kunden diesen Aufschlag akzeptieren, nur um vielleicht nicht einmal 10 % der Flugzeit einzusparen.

Und wenn der Sonic Cruiser im Einsatz seine Umweltverträglichkeit nicht nachweisen kann, könnte das durchaus dazu führen, dass er in Europa nicht zugelassen wird. Die europäische Umweltkommissarin Margot Wallström hatte Boeing im Zusammenhang mit dem Sonic Cruiser bereits öffentlich den Vorwurf gemacht, allzu lässig mit Umweltfragen umzugehen.

Bis Ende des Jahres will Boeing einen ersten belastbaren technischen Entwurf des Sonic Cruiser vorlegen.

WOLFGANG MOCK

 

Sonic Cruiser

Große technische Herausforderung

Noch ist vieles unklar am Sonic Cruiser – das Anbringen der Canards ist nur ein Problem. So müssen auch die riesigen Flügel extrem dünn gehalten werden. Denn über den Flügeln fließt die Luft schneller, kommt deshalb bei der hohen Geschwindigkeit des Sonic Cruiser schnell in den Überschallbereich. Hinter dem Flügel kommt es dann zu einem Verdichtungsstoß der Luft, der umso mehr Energie schluckt, je stärker er ist. Abhängig ist der Stoß von der Krümmung der Flügeloberfläche. Ein weiteres Problem sind die Tanks, die weit hinter dem Schwerpunkt des Flugzeugs liegen und damit seine Stabilität beeinflussen. Das macht einen Tank zum Trimmen vorn im Sonic Cruiser oder in den Canards nötig. Bei Boeing überlegt man derzeit, den Flügel und große Teile des Rumpfes aus Verbundwerkstoffen und Titan (also weniger aus Aluminium) herzustellen und hier mit japanischen Unternehmen (Mitsubishi, Kawasaki und Fuji) zusammenzuarbeiten. Diese sollen auch Computermodelle zur Berechnung der Strömungsdynamik des Sonic Cruiser beisteuern. moc

Von Wolfgang Mock
Von Wolfgang Mock

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