eRay, Polaris, AirBox One: Innovative Konzepte für das Flugzeug der Zukunft

Zwei Luftfahrtforschungseinrichtungen, ein Wettbewerb: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die amerikanische National Aeronautics and Space Administration (NASA) riefen Studierende beider Länder zu einer Design Challenge auf. Gesucht wurden frische Ideen für das umweltfreundliche Fliegen von morgen und das Flugzeug der Zukunft. Der Kreativität waren keine Grenzen gesetzt – die entworfenen Modelle mussten allerdings alternativ angetrieben, verbrauchsarm und leise sein. Nach der Preisverleihung im August 2018 in Braunschweig reiste das erstplatzierte Team nun zum Gedankenaustausch zur NASA in die USA. InnoFRAtor stellt die Sieger der Design Challenge und ihre innovativen Arbeiten vor.

Erster Sieger – The eRay Aircraft Concept

Das Siegerteam von der TU München, Alexander Frühbeis, Isa Held, Patrick Sieb und Artur Usbek, setzt bei seinem Konzept auf die Verbesserung der Aerodynamik sowie die Reduzierung des Gewichts gegenüber dem Referenzflugzeug Airbus A321. Turboelektrische Antriebspakete auf der hinteren Tragflächenkante ermöglichen es beim eRay Aircraft Concept, die Strömung der Luft besser auszunutzen. Sie nehmen die direkt an den Tragflächen entstehende Grenzschicht, die eigentlich den Strömungswiderstand erhöht, auf und steigern so die Effizienz der Triebwerke. Beim eRay reduzieren zusätzlich geringere Leitwerksflächen den Widerstand der Luft. Für den Rumpfbau sehen die Münchner vermehrt Strukturbauteile aus leichtem carbonfaserverstärktem Kunststoff vor. Die Fenster in der Kabine ersetzen sie durch Projektionen, und reduzieren somit die Rumpfmasse. Zur Minderung der Geräuschentwicklung wird der eRay in der Nähe von Flughäfen batteriebetrieben geflogen. Dies trägt innerhalb des eRay Aircraft Concepts wesentlich zur Reduktion des Energieverbrauchs um 64 Prozent bei.

Zweiter Sieger – Polaris Aircraft Design Concept

Eine neuartige turboelektrische Antriebsarchitektur und flüssiger Wasserstoff als Energieträger sind das Erfolgskonzept des zweiten Siegerteams: Tobias Dietl, Jonas Karger, Katrin Kaupe, Andreas Pfemeter, Philipp Weber und Alexander Zakrzewski von der Universität Stuttgart. Anders als das Referenzflugzeug, die A320, fliegt die Polaris ohne Seitenleitwerk auf dem Rumpf. Stattdessen setzen sich am Heck befindliche Höhenleitwerke geschwungen nach oben fort. Zwischen ihnen und dem Rumpf befinden sich auf jeder Seite gegenläufige Rotoren, die den Antrieb effizienter machen. Gespaltene Winglets der Tragflächen tragen ebenfalls dazu bei, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Der flüssige Wasserstoff zum Antrieb der Maschine befindet sich in Wasserstofftanks im Frachtraum unter der Passagierkabine. Für Langstrecken kann die Polaris optional mit zusätzlichen Tanks ausgerüstet werden.

Dritter Sieger – AirBox One

Bei einem Kurz- und Mittelstreckenflugzeug nehmen die Start- und Steigflugphase im Vergleich zum Reiseflug einen relativ hohen Anteil des Gesamtfluges ein. In diesen Phasen ist der Kraftstoffverbrauch am höchsten. Im Hinblick darauf entwickelte das dritte Siegerteam, bestehend aus Hendrik Fuest, Joel Rösick, Marc-Antoine Le Gars, Philipp Podzus und Thomas Lürkens von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen, für ihr Flugzeugmodell AirBox One ein externes Antriebsmodul, den AirBox Booster. Als autonomes Fluggerät löst sich der AirBox Booster nach der Steigphase vom Flugzeug ab und kehrt eigenständig zum Flughafen zurück. Ebenfalls gewichtssparend führt die Maschine ihr Fahrgestell nicht mit sich, sondern setzt bei der Landung auf einem dreirädrigen Gestell des Flughafens auf. Batteriebetrieben fährt es das Flugzeug zur Parkposition und versorgt es mit Energie. Ihren Namen verdankt die AirBox One den Flügeln, die sich wie eine Box vom Bug der Maschine erst neben, dann über den Rumpf bis hin zum Heck ziehen.

Text von Marion Frahm
Abbildungen: TU München (2), Universität Stuttgart, RWTH Aachen

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