Zukunftswelten 24.02.2012, 12:00 Uhr

NASA, Boeing und Airbus: Revolutionäre und sparsame Flugzeuge

Die Nasa hat vor Kurzem eine Reihe von neuen, teilweise revolutionären Flugzeugkonzepten amerika- nischer Hersteller vorgestellt. Ziel ist, Flugzeuggeometrien und Technologien zu entwickeln, die in den Jahren nach 2025/2030 zum Einsatz kommen könnten. Auch Airbus arbeitet an vergleichbaren Technologien.

Die Vorgaben der National Aeronautics and Space Administration (Nasa) waren klar formuliert: Die Industrie solle Flugzeuge entwerfen, die noch vor 2030 fertig sein könnten und folgende Parameter erfüllen müssen: Sie sollen um 42 dB leiser sein als die schärfsten aktuellen Grenzwerte und außerdem nur noch halb so viel Kohlendioxid ausstoßen und beim Start nur noch 25 % der heute üblichen Stickstoffoxide. Insgesamt müssen diese neuen Flieger mit 50 % weniger Treibstoff auskommen als Flugzeuge im Referenzjahr 1998.

All dies darf natürlich nicht auf Kosten der Leistungsfähigkeit gehen: Die neuen Jets müssen 224 Passagiere – vergleichbar einer Boeing 767 – mit einer Geschwindigkeit von Mach 0,85 über eine Reichweite von rund 8000 nautischen Meilen transportieren können.

NASA, Boeing und Airbus mangelt es nicht an originellen Konzepten für neue Flugzeuge

Die Antworten der amerikanischen Industrie – Boeing, Lockheed Martin und Northrop Grumman – auf die Anforderungen der Nasa zeigen, dass es den Unternehmen an originellen Konzepten nicht mangelt. Die Nasa hat sie in dem Programm Environmentally Responsible Aviation (ERA) zusammengefasst und mit 11 Mio. Dollar gefördert. Anfang dieses Jahres wurden die Konzepte vorgestellt.

Doch nicht nur die Amerikaner entwickeln Zukunftskonzepte für die Flugzeuge von morgen. Der europäische Flugzeughersteller Airbus hat in seinem Airbus Concept Plane zusammengefasst, was an Technologien in den kommenden Jahren weit genug entwickelt sein könnte, um in absehbarer Zeit auch tatsächlich in einem realen Flugzeug eingesetzt zu werden.

Auch die Nasa-Projektpartner haben bei ihren Konzepten dieses Ziel im Auge, ihre Lösungsvorschläge unterscheiden sich jedoch stark voneinander.

Boeing schlägt den sogenannten Blended Wing Body (BWB) vor

Boeing schlägt den sogenannten Blended Wing Body (BWB) vor, ein Konzept, das seit vielen Jahren durch die Branche geistert. Dabei gibt der Hersteller die traditionelle Trennung von Tragflächen und dem nahezu runden Rumpf auf und verschmilzt sie zu einem für Auftrieb sorgenden Dreieck.

Die Passagiere sitzen in dem breiten Rumpf, zumeist in langen Reihen und ohne einen Blick nach draußen werfen zu können, Fenster gibt es nur wenige. Doch aerodynamisch ist das Fluggerät sehr attraktiv weil äußerst effizient, aber wichtige operationelle Fragen wie die schnelle Evakuierung, und vor allem der Passagierkomfort sind noch nicht wirklich geklärt.

Wer im BWB ganz außen sitzt, wird aufgrund der Hebel bei Kurven oder auch nur normalen Turbulenzen ganz erheblich durchgeschüttelt und ist anderen Kräften ausgesetzt, als in einem herkömmlichen Flugzeug, bei dem die Passagiere auf oder nahe der Mittelachse sitzen. Offen ist auch, wie sich ein BWB in die bestehende Flughafeninfrastruktur integrieren ließe.

Das Flugzeug würde nach Vorstellungen von Boeing von einem Getriebe-Fan von Pratt & Whitney oder sogar von nicht ummantelten Open-Rotor-Triebwerken angetrieben und käme auf einen Treibstoffverbrauch, der 52 % unter dem derzeit üblichen Niveaus liegen würde. Nahezu alle großen Triebwerkshersteller arbeiten aktuell an solchen Open-Rotor-Triebwerken.

Beim Lärm hat der Blended Wing Body allerdings nicht die von der Nasa vorgegebenen Ziele erreicht. Zwar sind die Triebwerke sehr leise, aber der aerodynamische Lärm ließ sich nicht in gleichem Maße zu reduzieren, zumindest nicht in diesem Konzept.

Airbus studiert mit seinem „Concept Plane“ neue, sparsame Technologien

Auch Airbus studiert mit seinem „Concept Plane“ neue Technologien, mit denen der Verbrauch der Flugzeuge noch einmal deutlich gegenüber den heutigen Maschinen verbessert werden könnte. Als Zeithorizont hat sich das Unternehmen das Jahr 2050 gesetzt, aber etliche der Technologien werden wohl schon deutlich früher zur Verfügung stehen.

Anders als bei Boeing sind bei dem Airbus-Vorschlag die Tragflächen noch deutlich vom Rumpf unterschieden. Die Triebwerke hängen nach hinten versetzt zwischen Flügel und dem Leitwerk nah am Rumpf. Der Triebwerksauslass ist fast verdeckt von dem doppelten Leitwerk. Diese Position soll dazu beitragen, die Umwelt gegen den Lärm der Triebwerke abzuschirmen. Laut Airbus könnten die Motoren sogar teilweise in den Rumpf integriert werden, weil sie inzwischen so zuverlässig geworden sind, dass zu manchen ihrer Komponenten kein schneller Zugang mehr notwendig ist – auch das trägt dazu bei, den Luftwiderstand und damit Lärm und Treibstoffverbrauch zu reduzieren.

Der Rumpf des Airbus Concept Plane ist derzeit noch aus Faserverbundwerkstoffen geplant, obwohl die Aluminiumhersteller mittlerweile alles versuchen, um die technologische Lücke zu den Kunststoffrümpfen zu schließen und wettbewerbsfähige neue Aluminium-Legierungen anzubieten.

Der Rumpf ist nicht mehr einfach rund, sondern aerodynamisch optimal geformt und so angelegt, dass der Innenraum maximiert ist. Überall im Flugzeug sollen „intelligente“ Materialien verwendet werden, die sich an die Lasten in der jeweiligen Flugphase anpassen. Die Bordelektronik soll so ausgefeilt sein, dass sie praktisch überhaupt nicht mehr gewartet werden muss – Fehler kann sie computergesteuert selbst beheben.

Boeing und Airbus sind nicht die einzigen Luftfahrtkonzerne, die sich über die Zukunft des Fliegens Gedanken machen, wenngleich sie die beiden einzigen westlichen Hersteller sind, die noch große Passagierflugzeuge bauen.

So hat Lockheed Martin im Rahmen des ERA-Programmes eine Art fliegendes Trapez geplant, Box Wing-Design genannt. Das Konzept sieht einen konventionellen Rumpf vor und ebenso herkömmlich aussehende Tragflächen. Doch von den Winglets am Ende der Tragflächen laufen zwei weitere Tragflächen zum Heck und verbinden sich mit dem Leitwerk. An diesen langen Verbindungsteilen hängen auch die Triebwerke, die fast 4 m Durchmesser haben und damit über ein besonders großes Nebenstromverhältnis verfügen.

Diese von Rolls-Royce entworfenen „Ultra Fan“-Motoren wären eine Art Hybrid zwischen konventionellen Triebwerken und dem „Open Rotor“, der als besonders effizient gilt. Die Tragflächen sollen so ausgelegt sein, dass sie Anflüge mit einem Winkel von bis zu 6° zulassen, normal sind bislang etwa 3°. Damit könnten sich die Maschinen in wesentlich größeren Höhen den Flughäfen nähern und dann steiler anfliegen, sodass die Geräuschentwicklung in Flughafennähe geringer wäre.

Northrop Grumman, der dritte der drei großen amerikanischen Luftfahrtkonzerne, schlägt einen sogenannten „Flying Wing“ vor, der dem Blended Wing Body konzeptionell ähnelt, die Triebwerke aber in den Rumpf integriert hat. Das Konzept erinnert stark an den B2-Bomber, der ebenfalls von Northrop Grumman stammt.

Ein wesentliches Element dieser Konzepte ist auch die Frage, wie sie sich in die derzeitige Kontrolle des Luftverkehrs und in die Flughafeninfrastruktur integrieren lassen.

Egal ob NASA-, Airbus- oder Boeing-Konzepte: Umweltverträglicher Luftverkehr wird teurer

Aktuell dürften die größeren Hürden, den Luftverkehr umweltverträglicher zu machen, allerdings eher wirtschaftlicher Natur sein. Der Nasa-Forschungsetat wird angesichts der Haushaltsprobleme der US-Regierung gekürzt, was auch für das Zukunfts-Programm ERA nicht ohne Folgen bleibt. Und die Flugzeughersteller, vor allem Boeing und Airbus, müssen noch die enormen Zusatzkosten verdauen, die ihnen die Schwierigkeiten bei Programmen wie der 787, dem Airbus A380 oder dem militärischen Airbus A400M verursacht haben.

So hat die Nasa ursprünglich vorgehabt, von einem der drei Konzepte einen Demonstrator bauen zu lassen. Doch die Behörde räumt ein, dass es dazu auf der Basis der aktuellen Budgetprognose nicht kommen wird. Die Nasa hofft nun darauf, dass sich die Industrie mehr mit eigenen Mitteln an der nächsten wichtigen Projektphase beteiligen wird. Doch die ist derzeit auch eher klamm.

Von Jens Flottau/Wolfgang Mock

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