NACHHALTIGE UND KLIMANEUTRALE LUFTFAHRT AUS DEUTSCHLAND FÜR DIE ENERGIEWENDE AM HIMMEL - BDLI
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TECHNOLOGIESTRATEGIE DER DEUTSCHEN LUFTFAHRTINDUSTRIE
(AKTUALISIERTE UND ERWEITERTE AUSGABE 2020)
NACHHALTIGE UND KLIMANEUTRALE
LUFTFAHRT AUS DEUTSCHLAND FÜR DIE
ENERGIEWENDE AM HIMMEL
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Bundesverband der Deutschen Luft-
und Raumfahrtindustrie e. V. (BDLI)
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INHALTSVERZEICHNIS
Change is Now: Auf dem Weg zum klimaneutralen Fliegen 3
Executive Summary: Hochtechnologie aus Deutschland für das Flugzeug der Zukunft 4
Klimaneutraler und effizienter Flug 6
Luftfahrzeug & Energieträger 6
Antriebe 8
Systeme 10
Kabine und Fracht 12
Der Weg zum klimaneutralen Fliegen 14
Klimaneutraler und effizienter Flug – Flugführung 16
Unbemanntes Fliegen 18
Produktion – vernetzt und digital 20
Betrieb – operationelle Effizienz in der Luft und am Boden 22
Cybersicherheit 24
Digitalisierung und Querschnittstechnologien 26
Seite 3
CHANGE IS NOW: AUF DEM WEG ZUM
KLIMANEUTRALEN FLIEGEN
Wir haben uns ambitionierte Ziele Behörden und ganz besonders die
gesetzt: Ab diesem Jahr soll der Forschung und die Politik, um diese
internationale Luftverkehr unter Jahrhundertaufgabe zu stemmen.
dem CORSIA-System der UN nur Das klimaneutrale Fliegen ist eine
noch klimaneutral wachsen. Bis gesamtgesellschaftliche Aufgabe.
2050 werden wir klimaneutral
fliegen. Darum zielen seit langem Auf den folgenden Seiten möchten
bis zu 90% unserer Investitionen wir Ihnen zeigen, wie wir auf Basis
in Forschung und Entwicklung dieser neuen „Technologiestrategie
unmittelbar auf die Senkung von der Deutschen Luftfahrtindustrie“
Emissionen ab. Seit dem Beginn diese gesellschaftlichen Ziele
des Jet-Zeitalters wurden die erreichen und gleichzeitig
CO2- und Lärmemissionen pro unternehmerisch erfolgreich
Passagierkilometer bereits um 80% sein wollen – von disruptiven
gesenkt. Antriebskonzepten über
Quantentechnologien und Cyber-
Fliegen verbindet Menschen, sicherheit: All dies macht das
Die zivile Luftfahrtindustrie Kulturen und Länder. Gerade für Fliegen noch effizienter, sicherer und
steht vor zwei nie dagewesenen Exportnationen wie Deutschland nachhaltiger, wird jedoch erhebliche
Herausforderungen. sind Verbindungen in alle Welt kein Anstrengungen erfordern. Machen
Luxus, sondern überlebenswichtig. wir uns gemeinsam an die Arbeit und
Erstens hat die Corona-Pandemie Nicht das Fliegen ist also das lassen Sie uns in eine erfolgreiche
die wirtschaftlich schwerste Krise Problem – im Gegenteil: Unsere Welt und nachhaltige Zukunft starten.
unserer Branche ausgelöst. Der und wir alle wären ärmer ohne die
Zusammenbruch des weltweiten Möglichkeiten, die es bietet. Das
Luftverkehrs bedingt auch eine Problem sind die Emissionen, die Ihr
dramatische Situation für die der zukünftig wieder wachsende
Zulieferkette, die in der gesamten Luftverkehr trotz hocheffizienter
Bundesrepublik beheimatet ist. Wir 2-Liter-Flugzeuge verursacht.
müssen diese strategische Industrie
retten und unsere Schlüsselindustrie Wir stehen nun am Beginn
stärken. einer Transformation des
Luftfahrtsystems. Wir brauchen
Zweitens steht die Luftfahrt an der alle Beteiligten, die Hersteller, Dirk Hoke
Schwelle zum klimaneutralen Fliegen. Fluggesellschaften, Flughäfen, Präsident BDLI e.V.
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EXECUTIVE SUMMARY:
HOCHTECHNOLOGIE AUS DEUTSCHLAND
FÜR DAS FLUGZEUG DER ZUKUNFT
DER NÄCHSTE SINGLE-AISLE SOLL CO2-Kompensationsmaßnahmen und Nur die intelligente Kombination
KLIMA-NEUTRAL SEIN kontinuierlicher Flottenerneuerung der jeweiligen Eigenschaften des
mit modernen, öko-effizienten nachhaltigen Energieträgers mit allen
Unser Ziel ist klar: Wir wollen Flugzeugen. Die Luftfahrt hat sich Disziplinen des Flugzeugentwurfs
bis 2035 ein emissionsfreies selbst ein weitreichendes und und der Antriebstechnologien
Verkehrsflugzeug auf den Markt ambitioniertes Ziel gesetzt: Den eröffnet den Weg zu machbaren
bringen. Regenerativer Wasserstoff komplett klimaneutralen Luftverkehr Flugzeugkonfigurationen, die
für den Antrieb gilt hierbei als einer bis 2050 zu ermöglichen. zukünftig klimaneutral und
der vielversprechendsten Wege. wirtschaftlich sind. Dies erfordert
Wasserstoff, der aus Wind- und Der Schlüssel hierzu liegt in der komplett neue Ansätze, ein
Sonnenenergie hergestellt wird, Umstellung der Antriebsenergie verändertes Design der Luftfahrzeuge
hat die besten Aussichten für den von fossilen auf erneuerbare und beeinflusst alle Komponenten
Antrieb von Flugzeugen mit bis Energieträger – einer Energiewende des Luftverkehrssystems, inklusive
zu 200 Passagieren. Dies betrifft in der Luftfahrt. der Infrastruktur.
insbesondere die Anwendung in
Turbofan-Triebwerken oder in DER ENERGIETRÄGER PRÄGT DAS FORSCHUNG UND TECHNOLOGIE
Brennstoffzellen, die elektrischen LUFTFAHRZEUG ERMÖGLICHEN KLIMANEUTRALE
Strom erzeugen. FLUGZEUGE
Dem Energieträger kommt in der
Die Luftfahrtindustrie steht in den Luftfahrt eine außerordentliche Die Umstellung von fossilen auf
2020er Jahren vor weitreichenden Bedeutung zu. Der Energiebedarf ist regenerative Energieträger führt
Technologie-Entscheidungen. im Luftverkehr extrem hoch. Zugleich bei den Fluggesellschaften zu
Trotz erheblicher kommerzieller steht die mitzuführende Antriebs- einem Anstieg der Betriebskosten,
Herausforderungen durch die energie wegen ihres eigenen wenn man die heute entstehenden
Covid-19-Pandemie investiert die Volumens und Gewichts mit Umweltkosten in der Gesamtsicht
deutsche Industrie nach wie vor der Nutzlast des Flugzeugs in nicht berücksichtigt. Das liegt
massiv in die Energiewende in der Konkurrenz. Aufgrund des hohen am hohen Preis der nachhaltigen
Luftfahrt. Nur so wird Luftfahrt- Energiegehaltes bezogen auf sein Luftfahrtbrennstoffe oder am
Hochtechnologie aus Deutschland Transportgewicht und -volumen erhöhten Flugzeuggewicht oder
auch zukünftig die Erfolgsserie des hat sich fossiles Kerosin als am Volumen des Energieträgers.
Airbus-Single-Aisle anführen können hochspezialisierter, sicherer und Daher sind massive Investitionen
und maßgeblich für Zulieferungen günstiger Energieträger weltweit in in Forschung und Technologie
in anderen marktrelevanten der kommerziellen Luftfahrt etabliert. erforderlich. Dies betrifft nicht
Flugzeugprogrammen gefragt Heute treibt Kerosin alle relevanten nur das Antriebssystem inklusive
sein. Insbesondere das Flugzeugkonfigurationen im Kurz-, Energiespeicher. Auch klassische
Luftfahrtforschungsprogramm (Lufo) Mittel- und Langstreckenverkehr an. Technologien des Flugzeugbaus wie
der Bundesregierung leistet auf die Aerodynamik, Flugzeugsysteme,
diesem Weg einen unverzichtbaren Für den Weg in die klimaneutrale Kabine und Fracht, Flugführung
Beitrag. Luftfahrt stehen heute nachhaltig und Flugregelung müssen weiter
synthetisch-erzeugtes Kerosin vorangetrieben werden. Insbesondere
KLIMA-NEUTRALITÄT WIRD ZUR (SAF), in Batterien gespeicherte dem radikalen Systemleichtbau
PRIORITÄT Energie und grüner Wasserstoff in kommt eine zentrale Rolle zu.
flüssiger oder gasförmiger Form Außerdem werden Digitalisierung
Seit 2020 wächst die Luftfahrt als in der Diskussion. Unter heutigen und Querschnittstechnologien wie
erste Branche überhaupt CO2- Bedingungen ist jeder dieser Quantentechnologien und Künstliche
neutral. Dieser Erfolg beruht auf Energieträger im Vergleich zu fossilem Intelligenz wichtige Wegbereiter für
internationalem Emissionshandel, Kerosin im wirtschaftlichen Nachteil. das klimaneutrale Fliegen sein.
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INNOVATION IM 21. JAHRHUNDERT VIER MASSNAHMEN ZUR Verbrennung
BEDEUTET ÖKO-EFFIZIENZ UND KLIMANEUTRALITÄT c. Langstrecke –
ZUKUNFTSSICHERUNG Turbofan oder neuartige
1. Kontinuierliche Triebwerke mit SAF oder
Zwischen wirtschaftlichem Erfolg Flottenerneuerung mit Wasserstoff
und sauberem Fliegen besteht öko-effizienten Flugzeugen 4. Kompensation verbleibender
kein Widerspruch. Im Gegenteil: und Optimierung des Emissionen
Auf dem Weltmarkt hat Erfolg, wer Luftverkehrsmanagements für
Flugzeuge, Triebwerke, Systeme und minimale Emissionen.
Ausrüstungen anbietet, die leiser, 2. Stärkung und Industrialisierung
sicherer, sauberer und komfortabler vorhandener Technologien zur
sind als die Vorgängermodelle. Mit Herstellung von Sustainable
dem Ziel des klimaneutralen Fliegens Aviation Fuels (SAF) und
wird die deutsche Luftfahrtindustrie schrittweise Erhöhung der
ihre Forschungsanstrengungen Beimischung zu fossilem Kerosin
radikaler voranbringen als je sowie Erhöhung der Investitionen
zuvor. Die Corona-Krise und ihre in Forschung und Entwicklung
extremen Auswirkungen auf die (F&E), vor allem für
Luftfahrtindustrie bieten eine synthetisches Kerosin.
Chance, die Modernisierung der 3. F&E-Investition in neue Flugzeug-
Flotten voranzutreiben und der konfigurationen und -antriebe
Transformation zur Energiewende in a. Regionalflugzeug –
der Luftfahrt den Weg zu bereiten. vollelektrisches Fliegen
b. Mittelstrecke –
Es kommt heute darauf an, die neuartige Triebwerke oder
klimaschonenden Technologien hybrid-elektrisches Fliegen
vorzubereiten, die ein zukünftiges mit SAF, Wasserstoff-
Wachstum im Luftverkehr ohne Brennstoffzelle oder mittels
Schädigung der Umwelt ermöglichen. direkter Wasserstoff-
ZEROe – die Nullemissionen-Konzeptflugzeuge von Airbus werden mit Wasserstoff angetrieben
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KLIMANEUTRALER UND EFFIZIENTER FLUG –
LUFTFAHRZEUG & ENERGIETRÄGER
NACHHALTIGE BRENNSTOFFE Luftfahrzeugen. Darüber hinaus elektrische Antriebskonzepte
HEBEN AB sind innovative Werkstoffe in erfordern Konfigurationen, bei
Kombination mit neuartigen welchen sich der Antrieb in den
Sogenannte Sustainable Aviation Bauweisen Voraussetzung für Gesamtflugzeugentwurf integriert. In
Fuels (SAF) können die Emissionen die Entwicklung vollkommen einem Konzept der verteilten Antriebe
der Luftfahrt erheblich senken. Es neuer Flugzeuggenerationen, könnten diese zusätzlich zum
gibt drei Varianten dieser Brennstoffe, insbesondere mit Blick auf die Vortrieb auch aerodynamische Effekte
die gemeinsam das höchste Potential bevorstehende Energiewende in erzeugen, die den Luftwiderstand
zur Reduktion der Klimawirkung des der Luftfahrt. Durch fortschrittliche des Flugzeuges mindern,
Luftverkehrs haben. Faserverbundwerkstoffe, Steuerflächen teilweise ersetzen
Erstens: alternative Drop-in- wettbewerbsfähige Keramiken und sowie die Auftriebserzeugung aktiv
Brennstoffe, die fossilem Kerosin metallische Hochleistungswerkstoffe unterstützen. In anderen Konzepten
beigemischt werden und schon heute wird die Struktur von Flugzeugen ermöglichen verteilte elektrische
ohne technischen Umbau eingesetzt leistungsfähiger, belastbarer und Antriebe neuartige kosteneffektive
werden können. hitzebeständiger. Neben einer Hubschrauberkonfigurationen.
Zweitens: Near-Drop-In-Brennstoffe, optimierten Leistung ermöglichen Mittelfristig gesehen gibt es allerdings
wie Synthetisches Paraffinisches neuartige Werkstoffe zusätzliche zur Gasturbine als primärem Antrieb
Kerosin, das weitere Klimaeffekte Funktionalitäten. Sie eröffnen das von großen Passagierflugzeugen
reduzieren kann, allerdings Feld für erweiterte, fortschrittliche keine realisierbare Alternative.
technische Modifikationen an Leichtbaukonzepte für Flugzeuge
Flugzeug und Infrastruktur notwendig und zukünftige Triebwerke, DIE NÄCHSTE STUFE DER
macht. einhergehend mit werkstoff- und AERODYNAMIK
Drittens: Non-Drop-In-Brennstoffe, automatisierungsgerechtem
wie kryogener oder gasförmiger Design. Ein vollständig nachhaltiger Effekte der Aerodynamik können
Wasserstoff, die allerdings Lebenszyklus der Flugzeuge genutzt werden, um eine
erhebliche Weiterentwicklungen von wird zunehmend auch bei der höhere Effizienz der Gesamt-
Flugzeug, Antrieb und Infrastruktur Entwicklung von Werkstoffen und konfiguration zu erzielen. Neben
erfordern. Wasserstoff hat ein Bauweisen berücksichtigt. Ziel ist, der reinen Formgebung und
vielversprechendes Potential für dass Flugzeuge bis 2050 vollständig Oberflächenbeschaffenheit des
den Einsatz in Brennstoffzellen, recycelbar entworfen und produziert Luftfahrzeuges wird insbesondere die
Gasturbinen oder hybriden Lösungen. werden. Strömungskontrolle die Aerodynamik
Aufgrund des vergleichsweise des Flugzeuges nochmals erheblich
hohen Preises dieser drei SAF ist REVOLUTIONÄRE FLUGZEUGKONZEPTE verbessern. Erreicht werden soll
die Nutzung in der nahen Zukunft WERDEN MÖGLICH ein möglichst gleichmäßiger
nur durch politische Unterstützung Verlauf der direkt anliegenden
ihrer Industrialisierung und durch Elektrische und hybride Umströmung des Luftfahrzeuges
feste Regularien, also gesetzliche Antriebskonzepte sowie Antriebe (Laminarität). Mit der verbesserten
Mindestvorgaben, erreichbar. basierend auf Wasserstoff als Aerodynamik wird durch die erzielte
Energieträger definieren neue Senkung des Luftwiderstandes
WERKSTOFFE BEFLÜGELN DIE Anforderungen für das Design weniger Antriebsleistung benötigt
LUFTFAHRT von Luftfahrzeugen. Erste und gleichzeitig weniger Lärm
Entwicklungen der letzten Jahre generiert. Daraus resultiert auch
Die Entwicklung und Zulassung weisen den Weg, darunter neuartige ein niedrigerer Brennstoffverbrauch
von neuen Werkstoffen ist Helikopter, elektrisch angetriebene sowie eine Gewichtseinsparung. Ein
von umfassender Bedeutung Ultraleichtflugzeuge sowie zweisitzige Paradebeispiel bereits gelungener
für die weitere Optimierung Flugzeuge mit elektrischen Umsetzung von Erkenntnissen aus
und Effizienzsteigerung von Triebwerken. Hybride oder rein aerodynamischer Forschung und
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Entwicklung in die Praxis ist die zur Erzeugung von Auftrieb und eines hocheffizienten „Flying Wing“
Einführung von nach oben gebogenen Steuerung beiträgt. Ein weiterer völlig neu gedacht werden müsste.
Flügelenden (Sharklets) beim grundlegender Wandel könnte sich Denkbar ist, dass Passagiere etwa
Bestseller Airbus A320. Die Vorteile: in der Flugzeugkabine vollziehen, mittels Datenbrille auch aus einem
bis zu 4% Kerosineinsparung und eine die z.B. wegen der grundsätzlich solchen Flugzeug eine umfassende
Erhöhung der Reichweite. veränderten Flugzeuggeometrie künstliche Aussicht genießen könnten.
FORMATIONSFLUG, NURFLÜGLER UND
VIRTUELLE AUSSENSICHT
IN KÜRZE
In Kombination mit weiteren
Luftfahrttechnologien eröffnen Nachhaltige alternative Brennstoffe können bereits heute
diese Entwicklungen völlig neue die Flugzeug-Emissionen wirksam reduzieren und bilden die
Möglichkeiten. So könnten auf entscheidende Grundlage für zukünftige Klimaneutralität in
verkehrsreichen Langstrecken der Luftfahrt.
mehrere Flugzeuge nach
dem natürlichen Vorbild der Elektrische und hybride Antriebskonzepte definieren neue
Zugvögel im Verbund fliegen. Anforderungen für das Design von Luftfahrzeugen.
Das Einsparungspotential von
Formationsflügen liegt bei High-Tech-Werkstoffe der Zukunft sind der Schlüssel zu neuen
geschätzten 10%. Langfristig sind Bauweisen, revolutionären Flugzeugkonzepten und Kreislauf-
auch Nurflügel-Flugzeuge, sogenannte wirtschaft in der Luftfahrt.
„Flying Wings“, denkbar. Diese
könnten in völlig neue Dimensionen Auf lange Sicht könnten Formationsflug, Nurflügler und Kabi-
aerodynamischer Effizienz vorstoßen, nen mit virtueller Sicht nach außen Einzug halten.
da die gesamte Flugzeugstruktur
Das Airbus Concept Plane vereinigt die Zukunftsvisionen der Forscher
Der Werkstoff Graphene inspiriert die Forschung Nurflügel-Konzept des DLR
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KLIMANEUTRALER UND EFFIZIENTER FLUG –
ANTRIEBE
Seit Beginn des Jet-Zeitalters konnte stellung und Fertigung bis zur Produkt- REVOLUTIONÄRE ANTRIEBSKONZEPTE
der Brennstoffverbrauch pro Passa- nutzung. Das Getriebefan-Triebwerk
gierkilometer um 80% und die Lärme- wird für die nächsten Jahrzehnte den Elektrisches Fliegen mit Batterie
missionen um 75% reduziert werden. Standardantrieb für die kommerzielle verursacht keine Emissionen im Flug,
Die unerwünschte Erzeugung von Luftfahrt bilden und in Kombination zeichnet sich durch einen hohen
Wärme und Lärm im Triebwerk konnte mit nachhaltigen Brennstoffen (SAF) Wirkungsgrad aus und ermöglicht es,
stark gesenkt werden, während ein die Energiewende in der Luftfahrt viel Energie in kurzer Zeit abzugeben.
größerer Anteil der eingesetzten Ener- einleiten. Jedoch steht die Luftfahrtindustrie bei
gie zum Vortrieb genutzt wird. Auch der Elektrifizierung des Antriebs vor
in Zukunft wird das Triebwerk den NEUE TRIEBWERKSKONZEPTE deutlich größeren Herausforderungen
wesentlichen Teil der in der Luftfahrt als der bodengebundene Verkehr.
angestrebten Effizienzsteigerungen Eine deutliche Verbesserung des Insbesondere die Anforderungen an
liefern müssen, wobei die zukünftige Vortriebswirkungsgrads ermöglicht Leistungsgewicht des Antriebs und
Umstellung des Energieträgers auf das Konzept des Open Rotors, bei Energiedichte des Energieträgers sind
regenerative Quellen besondere Her- dem ein großer gegenläufiger Rotor um ein Vielfaches größer. Heutige
ausforderungen für die Integration des ohne Ummantelung eingesetzt wird. Batterien sind für die kommerziel-
Antriebs in den gesamten Flugzeug- Allerdings sind weitere Technologie- le Luftfahrt aufgrund der geringen
entwurf hervorruft. entwicklungen notwendig, um die Speicherkapazität bei weitem nicht
Nachteile wie hohe Lärmemission, ausreichend. So liegt die nutzbare
WEITERENTWICKLUNG DER niedrigere Fluggeschwindigkeit und Energiespeicherkapazität etwa um den
TRIEBWERKE schwierige Installation zu überwinden. Faktor 25 unter der von herkömmli-
Der thermische Wirkungsgrad wurde chen Brennstoffen. In den nächsten
Die Triebwerkstechnologien von heute in der Vergangenheit durch höhere Jahren wird – getrieben durch Ver-
besitzen noch erhebliches Potential Temperaturen in der Brennkammer besserungen der Batteriekapazität
zur Weiterentwicklung. Ein großer und Druckverhältnisse kontinuierlich – das elektrische Fliegen aus dem
Fortschritt konnte mit dem Getrie- verbessert. Mit den heute verfügba- Bereich der Motorsegler, Flugtaxis
befan-Triebwerk erreicht werden. ren Materialien und Kühlverfahren und Kleinflugzeuge bis in den Bereich
Die Neuerung besteht darin, dass zeichnen sich allerdings Grenzen ab, kleiner Regionalflugzeuge vordringen.
die beiden Komponenten Fan und die sich nur sehr schwer überwin- Während konventionelle Elektromo-
Niederdruckturbine durch ein Getriebe den lassen. Neue Arbeitsprozesse toren für Kleinflugzeuge ausreichen,
miteinander verbunden sind und sich in Triebwerken bieten dagegen ein müssen für größere Passagierflugzeu-
so der große Fan langsamer und die deutliches Verbesserungspotential. ge Elektromotoren mit Hochtempera-
Niederdruckturbine schneller drehen Hier eröffnet sich ein weites Feld für tur-Supraleitung entwickelt werden,
kann. Dies kann den Brennstoffver- die Grundlagenforschung an Univer- die nahezu verlustfrei arbeiten und
brauch um bis zu 36% gegenüber sitäten und dem Deutschen Zentrum die Leistungsdichte von Gasturbinen
einem Triebwerk aus dem Jahr 2000 für Luft- und Raumfahrt (DLR), deren erreichen.
reduzieren. Mit dem Ultrafan wird der Ergebnisse zweistellige Effizienz-
Generationswechsel zum Getriebe- steigerungen bedeuten könnten. Langfristig vielversprechend sind
fan auch bei Langstreckenflugzeugen Besonders vielversprechend ist der hybride Antriebe, die die heutige
eingeleitet. Wesentlich für den Erfolg Water-Enhanced Turbofan (WET), der Gasturbine mit elektrischen Antrie-
sind neue Hochtemperatur-Leicht- höchste thermische Wirkungsgrade ben kombinieren. Mittels zusätzlicher
bau-Werkstoffe, innovative Verfah- erreicht. Durch eine deutliche Reduk- Batterien können Leistungsspitzen
ren wie die additive Fertigung sowie tion der Stickoxidemissionen und von z.B. beim Start gepuffert werden. Da
durchgängige Design- und Simulati- Kondensstreifen-Bildung ermöglicht der Wirkungsgrad von Elektromotoren
onsverfahren für die gesamte Kette er einen großen Schritt in Richtung nicht von der Größe abhängt, könn-
vom Entwurf über die Werkstoffher- klimaneutrales Fliegen. ten eine Vielzahl kleinerer Antriebe
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eingesetzt werden, die eine Reihe von
Vorteilen bieten: hoher Vortriebswir- IN KÜRZE
kungsgrad, einfachere Integration in
das Flugzeug, und hervorragende Ae- Heutige Triebwerke bieten weiterhin erhebliches
rodynamik. Somit ermöglichen hybride Entwicklungspotential und leiten in Kombination mit
Antriebe neue Flugzeugkonzepte. Auch nachhaltigen Brennstoffen (SAF) die Energiewende in der
bei Helikoptern mit kurzen, speziali- Luftfahrt ein.
sierten Missionen können sich Vorteile
für elektrische und hybride Antriebe in Die neuesten Triebwerksgenerationen können den
Verbindung mit neuen Architekturen Brennstoffverbrauch um bis zu 36% gegenüber einem
einstellen. Triebwerk aus dem Jahr 2000 reduzieren.
Für die Umwandlung chemischer Mit neuen Arbeitsprozessen in Triebwerken werden weitere
in elektrische Energie an Bord von Effizienzsteigerungen und klimaschonendes Fliegen möglich.
Flugzeugen kommt der Brennstoff-
zelle eine hervorzuhebende Bedeu- Elektrisches Fliegen mit Batterie könnte in der kommerziellen
tung zu. Die jüngsten Fortschritte bei Luftfahrt langfristig im Bereich der Regionalflugzeuge
Leistungsgewicht und Lebensdauer möglich werden. Hybride Antriebe erfordern neue
machen sie auch für Luftfahrtantriebe Flugzeugkonzepte mit deutlich verbesserter Effizienz.
interessant. Vor allem die sogenann-
te Polymerelektrolytbrennstoffzelle Die Wasserstoff-Brennstoffzelle hat besonderes Potenzial
(PEMFC) mit Wasserstoff als Brennstoff für den Einsatz im hybrid-elektrischen Flugzeug und trägt
hat langfristig das Potential, ausrei- langfristig zum klimaneutralen Fliegen bei.
chende Leistung und Reichweite für
die kommerzielle Luftfahrt bereitzu-
stellen. Dies befindet sich aktuell noch
im Forschungsstadium.
Triebwerksbauteile sind das Ergebnis mathematisch
Der Elektro-Flieger HY4 mit hybriden Antrieb hochkomplexer
Open-Rotor 3D-Geometrien
Antriebstechnologie
Treibstoffeffizienz mit dem Triebwerk Trent XWB Hybrider Antrieb mit Gasturbine und elektrischen Fans
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KLIMANEUTRALER UND EFFIZIENTER FLUG –
SYSTEME
Sämtliche Systeme an Bord noch effizienteren und äußerst elektrische Stellantriebe der
heutiger Luftfahrzeuge beziehen sicheren Flugbetrieb möglich macht, Flugsteuerung und des Fahrwerks
ihre Energieversorgung von den Passagieren verbesserten Komfort zunehmend eingesetzt. Eine
Triebwerken. Bei der Entwicklung bietet sowie Brennstoffverbrauch und besondere Rolle spielt dabei auch
vom „More Electric Aircraft“ zum „All Emissionen deutlich senkt. die Erzeugung des Luftdrucks in der
Electric Aircraft“ werden langfristig Kabine sowie deren Klimatisierung.
alle Systeme auf eine elektrische Bis in die 1990er Jahre wurde jedes Diese Funktionalitäten sind im
Energieversorgung umgestellt. einzelne Flugzeugsystem einzeln Flugzeug lebensnotwendig und
Der elektrische Ansatz erlaubt die überwacht und geregelt. Heute beeinflussen darüber hinaus das
Optimierung der Triebwerke in werden hauptsächlich flexible und Wohlbefinden der Passagiere.
Bezug auf ihre Vortriebsleistung integrierende Computerplattformen
und hält weitere Potentiale für die eingesetzt. Da die Zahl der Systeme Die auf Triebwerkszapfluft gestützte
Weiterentwicklung einzelner Systeme und Funktionen stetig zunimmt, wird Klimaanlage ist ein großer
sowie des Gesamtsystems bereit, sich dieser Trend weiter fortsetzen. Energieverbraucher. Eine Lösung zu
z.B. durch im Flugzeug verteilte Ziel ist, sämtliche Anwendungen finden, die Zapfluft als Energiequelle
eigenständige Energieerzeuger. auf solch generischen Plattformen durch Elektrizität ersetzt, ohne dabei
zu implementieren. Neben der das Systemgewicht signifikant zu
„ALL ELECTRIC“ HÄLT IN DER erhöhten Sicherheit ergeben erhöhen, ist zur Priorität geworden.
LUFTFAHRT EINZUG sich durch die Einführung einer
einheitlichen Rechnerplattform VERBESSERTES ZUSAMMENSPIEL
Diese Entwicklung findet sich in signifikante wirtschaftliche Vorteile, ZWISCHEN PILOTEN, FLUGZEUG UND
Ansätzen bereits in Flugzeugen da sich Gewicht, Volumen und BODEN
der jüngsten Generation, etwa im Energieverbrauch der Avionik trotz
Bereich der Flugsteuerung, des massivem Anstieg ihrer Funktionalität Die Sicherheit der Luftfahrt
Fahrwerks und der Klimatisierung. signifikant reduzieren lassen. hängt entscheidend von den
Für die vollständige Einführung Fähigkeiten und Möglichkeiten
des hocheffizienten „All Electric Ein weiterer Fokus liegt auf der der Piloten ab, bei steigender
Aircraft” muss die Energieversorgung Entwicklung von Technologien zur Verkehrsdichte immer komplexere
eines Flugzeugs allerdings Vorhersage von Restlebensdauer und Informationen wahrnehmen und
komplett neu gedacht werden. möglichen Fehlern von Geräten und richtig interpretieren zu können.
Dabei reicht das Spektrum Komponenten, um mit Hilfe dieser Zukünftige Systeme und Funktionen
der Ansätze von dezentralen, Daten präventiv eingreifen zu können, im Cockpit können die Piloten
autarken Energieerzeugern und so Störungen des Betriebsablaufs entscheidend bei der Führung
für einzelne Systeme bis zum zu vermeiden. des Flugzeuges unterstützen und
Energieverteilungsmanagement entlasten. Neue Cockpit-Funktionen
auf Flugzeugebene, auch unter FLUGZEUGSYSTEME WERDEN wie erweiterte Außensicht, Flug- und
Einbeziehung der Rückgewinnung von ELEKTRISCH Rollführungen und automatisierte,
Verlustleistung. Dies erfordert zudem computergestützte Flug- und
die Integration von bordseitigen Die Grundlage, um den Rollfreigabenprozesse werden die
Lösungen in das Fahrwerk. Energieerzeugungsaufwand zu Piloten signifikant entlasten, die
minimieren und die Verteilung Flugsicherheit weiter erhöhen und
BORDELEKTRONIK DER NÄCHSTEN effizient zu steuern, bildet die Emissionen senken.
GENERATION Umstellung der Versorgung
der Flugzeugsysteme auf Die durch die neuen Cockpit-
Die Bordelektronik der nächsten nur eine Energieform – die Funktionen erreichte Entlastung der
Generation ebnet den Weg zum elektrische. Bereits heute werden Piloten könnte mittel- bis langfristig
digitalen Flugzeug, das einen Komponententechnologien für zumindest phasenweise einen „Ein-Seite 11
Piloten-Betrieb“ auch für Großraum- Betriebes“ werden höhere
Verkehrsflugzeuge ermöglichen. Automatisierungsgrade zunehmend
auch einen verteilten Flugbetrieb
Assistenzfunktionen erweitern zwischen Bodenstationen und Cockpit
insbesondere auch im Fall von ermöglichen. Langfristig wird im
Hubschraubern beim bodennahen Frachtbereich eine automatisierte,
Flug den Einsatzbereich. Neben unbemannte Flugführung erwartet.
der Möglichkeit des „Ein-Piloten-
„More electric“ Bugfahrwerk
IN KÜRZE
Elektrifizierung, 3D-Druck
und Digitalisierung halten
in der Luftfahrt Einzug.
Die Luftfahrtelektronik der
nächsten Generation ebnet
den Weg zum hochgradig
digitalen und vernetzten
Flugzeug.
Das verbesserte Zusam-
menspiel zwischen Piloten,
Flugzeug und Bodenkont-
rolle erhöht die Sicherheit
trotz steigendem Verkehr.
Digitalisierung: Customization Center A350 XWBSeite 12
KLIMANEUTRALER UND EFFIZIENTER FLUG –
KABINE UND FRACHT
Deutschland ist im immer Platzeinsparung zukünftiger Konzepte „SAFETY FIRST“
wichtiger werdenden Bereich der und Komponenten. Die Industrie
Kabinenausstattung international wird hierfür mit entsprechenden „Safety First“ ist das Primat der
mit führend. So haben zahlreiche Technologien für eine flexible Kabine Luftfahrtindustrie. Zukünftige
deutsche Unternehmen Lösungen bereitstellen. Kabinenstrukturen und -elemente
entscheidenden Anteil daran, dass werden die Sicherheit der Passagiere
der Bestseller Airbus A320neo, der HOCHEFFIZIENTE nochmals erhöhen. Langfristig ist
im Januar 2016 mit 16% Ersparnis KABINENVERSORGUNG das Ziel, Kabinenkonzepte und die
gegenüber bisherigen Modellen dafür notwendigen Technologien zu
in Dienst gestellt wurde, dank Das Konzept des „More entwickeln, um den Passagieren eine
zahlreicher Kabineninnovationen Electric Aircraft“ führt zu einer nahezu 100%ige Überlebenschance
mit einer nochmaligen Ersparnis von Vereinheitlichung der Energieformen im unwahrscheinlichen Falle
5% aufwarten kann. Impulse gehen im Flugzeug, wodurch der Bedarf an eines Unfalles zu ermöglichen.
dabei insbesondere von schlankeren elektrischer Energie an Bord massiv Die Sicherheitssysteme an Bord
Sitzlehnen, Gewichtsreduzierungen ansteigen wird. Zudem erwächst aus eines Flugzeuges sind derzeit noch
und einer verbesserten Ausnutzung neuartigen Kabinenfunktionen der stark auf die Aufmerksamkeit
des vorhandenen Platzes aus. Bedarf an zusätzlicher elektrischer des fliegenden Personals
Energie. Neben der Ausreizung ausgelegt. Den Besatzungen und
MEHR KOMFORT BEI NIEDRIGEREN aller Optimierungspotentiale in Sicherheitsverantwortlichen
KOSTEN UND EMISSIONEN der Kabine könnten alternative werden zukünftig spezielle
Energiegeneratoren wie Systeme und Funktionen zur
Die Ansprüche der Fluggesellschaften Brennstoffzellen in einem ersten Verfügung zu stellen sein, um
für die kommenden Jahrzehnte Schritt etwa den Energiebedarf noch effizienter als bisher einen
sind klar: Das Gesamtsystem von Bordküchen decken und somit sicheren Luftverkehr gewährleisten
Kabine muss effizienter werden, das elektrische Flugzeugnetzwerk zu können. Auch die zukünftige
um die Beförderung von mehr entlasten. direkte Einbindung von Smartphones
Passagieren bei niedrigeren und Tablets der Passagiere birgt
Kosten und geringeren Durch die Vernetzung der dezentralen, sicherheitstechnische Risiken, die
Emissionen zu gewährleisten. alternativen Energiegeneratoren entsprechend zu berücksichtigen
Fluggesellschaften weltweit haben kann ein elektrisches Netzwerk sind und denen bereits heute aktiv
gesellschaftliche Trends und aufgebaut werden, das den entgegengewirkt wird.
demographische Entwicklungen gesamten Stromverbrauch
sowie die Weiterentwicklung der zukünftiger Kabinen decken wird. VERBESSERTER KOMFORT FÜR
Hygienekonzepte und den Wunsch der Dies ermöglicht eine Entkopplung PASSAGIERE
Passagiere nach mehr Reisekomfort der Versorgung der für den sicheren
an Bord zu berücksichtigen: hierzu Flugbetrieb notwendigen Aufgaben Die Entwicklungen von digitalen
zählen die verbesserte Gestaltung von zusätzlichen Funktionen Medien, sozialen Netzwerken, aber
der Kommunikation an Bord wie Inflight-Entertainment auch die individuelle Kontrolle der
wie auch die Verdichtung von und Bordküchen. Dadurch Klimaanlage oder Innenbeleuchtung
Sitzen ohne Komfortverlust. Dies eröffnen sich vollkommen neue in Autos erzeugen die Erwartung der
umfasst unter anderem kabellose Möglichkeiten, eine leistungsfähige Passagiere, diese Funktionen auch
Datentransfers und Internet- und flexible Energieversorgung in einer Flugzeugkabine vorzufinden.
of-Things (IoT)-Lösungen. Die an Bord einzuführen und Neue Kabinensysteme und -konzepte
Individualisierung und Flexibilisierung Zertifizierungsprozesse im Bereich werden daher die individuelle
des Gesamtsystems Kabine führt der Kabine zu vereinfachen. Gestaltung von Kabinenbeleuchtung
zu gesteigerten Anforderungen und Kabinenbelüftung unterstützen.
an Funktionalität, Gewichts- undSeite 13
Die Weiterentwicklung von
Inflight-Entertainment-Systemen und
Kabinenmanagement-Systemen durch
neue Netzwerk-, Datenübertragungs-,
IN KÜRZE
Rechner- und Displaytechnologien
versprechen für den Passagier Individuelle Beleuchtung, Belüftung und Entertainment
ein wesentlich verbessertes verbessern den Komfort der Passagiere.
Flugerlebnis. Langfristig können diese
neuen Technologien auch zu einer Neuartige Kabinen erhöhen nochmals die Sicherheit der
nahezu vollkommenen künstlichen Passagiere.
Kabinenaußensicht führen, z.B.
um revolutionäre Nurflügler zu Dank flexibler Kabinen können Fluggesellschaften auf
ermöglichen. regionale, demographische oder saisonal sich verändernde
Bedürfnisse reagieren.
Vision einer künstlichen Kabinenaußensicht
Das Kabinendesign des Nurflüglers ermöglicht ein neues Reiseerlebnis für die PassagiereSeite 14
DER WEG ZUM KLIMANEUTRALEN FLIEGEN
KURZSTRECKE
Batterie-betrieben
neue Hubschrauber neue General Aviation Hybrid
„Air Taxis“
REGIONALSTRECKE
Wasserstoff
MITTELSTRECKE
Sustainable Aviation Fu
LANGSTRECKE
Sustainable Aviat
2020 2030Seite 15
Der Schlüssel zum klimaneutralen Technologiereifegrad über der Neuartige Triebwerke sowie
Fliegen liegt in der Umstellung Zeitachse implementiert: hybrid-elektrisches Fliegen mit
der Antriebsenergie von fossilen SAF, Wasserstoff-Brennstoffzelle
auf erneuerbare Energieträger. Sustainable Aviation Fuels (SAF) – oder mittels direkter
Dies treibt die Dekarbonisierung nachhaltige Luftfahrtbrennstoffe – Wasserstoff-Verbrennung
der Luftfahrt voran. Zugleich werden sukzessive mit steigendem sind die Kandidaten für das
gilt es aber auch, die CO2- Anteil dem fossilen Kerosin klimaneutrale Fliegen auf der
unabhängige Klimawirksamkeit beigemischt. Diese „drop-in“ Regional- und Mittelstrecke.
der Luftfahrt – wie z.B. durch Brennstoffe sind direkt über Turbofans oder neuartige
Luftfahrt verursachte Bewölkung heute übliche Infrastruktur und Triebwerke mit SAF oder
und Kondensstreifen langfristig Antriebstechnologien einsetzbar. Wasserstoff werden langfristig
zu eliminieren. Auf diesem Zusätzlich zur Dekarbonisierung die Klimaneutralität auf der
Weg werden mehrere erzeugen diese Brennstoffe durch Langstrecke ermöglichen.
Technologiestränge geringere Partikelemissionen auch
zugleich entwickelt und weniger Kondensstreifen. Nur die intelligente Kombination
in Abhängigkeit vom der jeweiligen Eigenschaften
Batterie-elektrisches Fliegen des nachhaltigen Energieträgers
findet sein Optimum auf der mit allen Disziplinen des
Kurzstrecke und wird bereits in Flugzeugentwurfs und
den 20iger Jahren mit bemannten der Antriebstechnologien
und unbemannten Drohnen – eröffnet den Weg zu
Flugtaxis – operativ werden. Es Flugzeugkonfigurationen, die
folgen elektrische Flugzeuge mit zukünftig klimaneutral und
bis zu 19 Passagieren. Hierbei wettbewerbsfähig sind. Dies
werden auch Technologien für den erfordert komplett neue
Regionalbereich reif gemacht. Ansätze, ein verändertes
Design der Luftfahrzeuge und
beeinflusst alle Komponenten
des Luftverkehrssystems,
Brennstoffzelle inklusive der Infrastruktur.
Außerdem werden Digitalisierung
und Querschnittstechnologien
wie Quantentechnologien und
Künstliche Intelligenz wichtige
Wegbereiter für das klimaneutrale
Fliegen sein.
uels (SAF)
Wasserstoff
tion Fuels (SAF) Wasserstoff
2040 2050Seite 16
KLIMANEUTRALER UND EFFIZIENTER FLUG –
FLUGFÜHRUNG
Trotz der im Zuge der Corona- ermöglicht auch die Prognose von desto besser können diese umflogen
Krise massiv eingebrochenen Klimawirkungen und die direkte werden.
Verkehrszahlen im Luftverkehr wird klimaschonende Anpassung im
erwartet, dass sich langfristig erneut Flugverlauf. Dies hilft dabei, den Flug Bis 2030 wird außerdem eine
ein stabiles Wachstum der Nachfrage so zu optimieren, dass Klimaeffekte effiziente und sichere digitale Bord-
einstellen wird. Die Automatisierung vermieden werden können. Mit Boden-Kommunikation eingeführt.
des Luftverkehrsmanagements aktuellen Atmosphärendaten Spracherkennung und Datenanalyse
(ATM, Air Traffic Management) ausgestattet können diese virtuellen ermöglichen dem Cockpit dann
ermöglicht die Bewältigung dieser Systeme dazu beitragen, den einen einfacheren und direkteren
steigenden Nachfrage. Vor allem Flugverlauf neu zu berechnen und zu Austausch mit den relevanten Lotsen
die Produktivitätssteigerung der verändern. So können Flugzeuge noch und somit neue Flugwege in kürzerer
Flugsicherung und neue Konzepte sicherer und umweltfreundlicher Zeit. Zudem helfen digitale Systeme,
wie Künstliche Intelligenz tragen zur fliegen. kleine Flugplätze zentral über Virtual-
Erhöhung der Kapazität bei. Reality-Lösungen zu überwachen
AUTOMATISIERUNG MACHT FLIEGEN und so noch effizienter zu arbeiten.
Der Übergang zu einem digitalen ATM NOCH SICHERER Außerdem hilft Künstliche Intelligenz,
wird durch schnelle Modernisierung Konflikte im Luftraum noch früher
der Flugzeugflotten unterstützt. Wichtige Automatisierungsschritte zu erkennen und so bessere
Eine zusätzliche Anforderung für sind im Luftverkehrsmanagement Planungsdaten vorzulegen. Damit
ein modernes ATM besteht in der (ATM) zu erwarten. Dabei können vor wird das Fliegen noch sicherer – bei
Integration neuer autonomer und allem neue Assistenzsysteme die steigendem Flugaufkommen.
unbemannter Flugsysteme. So kann Produktivität der Lotsen erhöhen
der Luftraum sicher bleiben und das und die Luftraumkapazität effizienter MEHR TEILNEHMER IM LUFTVERKEHR
Mehraufkommen im Flugverkehr nutzen. Zudem hilft die Fusion
effektiv gemanagt werden. von Planungs- und Radarlotsen, Der Luftraum erlebt nicht nur durch
Kompetenzen zu bündeln. Dies wird zusätzliche Passagierflugzeuge
VIRTUELLE CO-PILOTEN AM BODEN durch den Einsatz von virtuellen Co- einen Anstieg des Verkehrs. Auch
UND IN DER LUFT Lotsen ermöglicht. neue Mobilitätskonzepte – teil-
und vollautonom, unbemannt und
Neue Unterstützungssysteme und Lufträume mit geringer Komplexität bemannt – kommen hinzu und
moderne Technologie verändern eignen sich zuerst für einen sorgen so für ein komplexeres
das Cockpit grundlegend. Die Automatisierungsschub. Die Zusammenspiel der Luftverkehrs-
wichtigste Entwicklung wird strategische Überwachung dieser teilnehmer. Dafür braucht es einen
hierbei der flächendeckende Bereiche durch automatisierte stabilen Rechtsrahmen und eine
Einsatz von virtuellen Konzepten Systeme entlastet den Fluglotsen etablierte Infrastruktur. Mit dem
sein. Schrittweise wird der „Zwei- und ermöglicht die klimaoptimierte europäischen U-Space ist dafür ein
Pilotenbetrieb“ weiterentwickelt, Führung von Einzelflügen. wichtiger erster Schritt getan. Die
vor allem durch einen virtuellen Besonders klimarelevante oder Regulierung des Drohnen-Luftraums
Co-Piloten, der wichtige Funktionen hochfrequentierte Verkehrslufträume muss jetzt noch weiter ausgebaut
übernehmen kann. Dazu kommt ein werden so entlastet, ohne andere werden.
„Remote Co-Pilot“, der aus der Ferne Gebiete zu überlasten – und so
den Flugverlauf überwachen und Klimaauswirkungen reduziert. Auch die Zunahme der kommerziellen
im Einzelfall auch das Flugzeug vom Die Automatisierung ermöglicht Raumfahrten im erdnahen Raum
Boden aus übernehmen kann. zudem eine genauere und sorgt für einen Anstieg der
schnellere Reaktion auf gravierende Luftraumnutzer. Dank reduzierter
Die Automatisierung des Flugverkehrs Wetterereignisse und Turbulenzzonen Einführungskosten und neuer
in der Luft und vom Boden – je früher diese erkannt werden, raumgestützter GeschäftsmodelleSeite 17
wächst der Raumfahrtmarkt
stark an. Digitale Dienste und
Automatisierungsfunktionen machen
die Planung und Überwachung des
Luftraums aber einfacher und besser.
So wird auch in Zukunft ein sicherer
Luftverkehr trotz der Zunahme an
Verkehrsteilnehmern sichergestellt.
IN KÜRZE
Virtuelle Co-Piloten am Boden
und in der Luft machen die
Arbeit von Lotsen einfacher
und den Flugverkehr sicherer.
Die Automatisierung des Luft-
verkehrsmanagements führt
zu effizienteren und klimaf-
reundlicheren Flügen.
Automatisierung und Digitali-
sierung ermöglichen die Inte-
gration von Drohnen, Raum-
fahrzeugen und neuer Mobili-
tätsformen in den Luftraum.
Vision eines zukünftigen Lotsen-Arbeitsplatzes
Die Automatisierung des ATM macht Fliegen noch effizienter und sichererSeite 18
UNBEMANNTES FLIEGEN
Das unbemannte Fliegen hat Auftrieb. Beobachtungs- und Überwachungs- elektrischen Ladesäulen und Boden-
Der verbesserte rechtliche Rahmen aufgaben wahrnehmen. geräten für mögliche Batteriewechsel
erhöht die Sicherheit und ermöglicht ist essentiell. Um diese innovativen
nun auch den Einsatz von schwereren URBAN & REGIONAL AIR MOBILITY: Flugkonzepte wettbewerbsfähig zu
Luftfahrzeugen bei niedrigeren Kosten. AUFSTIEG IN DIE DRITTE DIMENSION machen, könnten Passagiere wie bei
Auf lange Sicht wird dadurch die Taxifahrten ihre Reise bequem mit
kommerzielle Nutzung von führerlosen Durch die fortschreitende Urbani- dem Smartphone buchen – On-De-
Personentransportdiensten in vielen sierung weltweit sind neue Mobili- mand und ohne Zeitverzögerung.
Anwendungsbereichen vorbereitet. tätskonzepte dringend erforderlich.
Kostengünstige, flexible und effizien- Ein neuartiger innerstädtischer und SICHERHEIT WIRD ERHÖHT
te Angebote entlasten bestehende regionaler Lufttransport („Urban &
Transportsysteme, ergänzen den Mo- Regional Air Mobility“) kann beste- Automatisierung erhöht die Sicherheit
bilitätsmix der Zukunft und schaffen hende Transportsysteme entlasten im Luftverkehr. So ist es etwa durch
eine breite Akzeptanz für innovative und so beispielsweise Flughäfen mit neue und hochintegrierte Avionik
Ansätze. Mit der Umsetzung erster Innenstädten oder Regionen ohne möglich, zusätzliche und komplexere
Implementierungsstufen ist bereits in größere Verkehrsflughäfen verbinden. Funktionen in die Flugsteuerung und
einigen Jahren zu rechnen. Innovative Transportkonzepte lassen die Führungssysteme zu integrieren.
z.B. Senkrechtstarter von Hochhaus-
MEHR MÖGLICHKEITEN IN DER LUFT dächern abheben und sich effizient Ermöglicht wird dies zukünftig durch
in bestehende Systeme einpassen. ein „Verkehrsleitsystem für den un-
Unbemannte Luftfahrtsysteme (Un- Dank eines vollelektrischen Antriebs bemannten Luftverkehr“ (UAS Traffic
manned Aircraft Systems, UAS) werden werden Lärmemissionen und die Management, UTM), auf europäischer
zukünftig einen erheblichen Beitrag Umweltbelastung massiv gesenkt. Ebene unter dem Namen U-Space.
für die Versorgung urbaner und Die typische Flugstrecke im urbanen Mittelfristig ist die Integration in das
infrastrukturell schwacher Gebiete Lufttransport liegt zwischen 30 und bestehende Luftverkehrsmanagement
leisten. Im medizinischen Bereich 50 km; auch größere Reichweiten im unumgänglich, um einen effizienten
können Organtransporte zwischen regionalen Einsatz sind möglich. Die und sicheren Verkehr bemannter und
Krankenhäusern, eilige Medikamen- Reisegeschwindigkeit soll dabei im unbemannter Systeme zu garantieren.
tenlieferungen und der Primär-Ret- Bereich von 100 bis 300 km/h liegen.
tungsdienst durch Drohnen gewähr- Geringe Ticketpreise für die Passagiere Angesichts der Verkehrssituation im
leistet werden. In der Landwirtschaft erhöhen die Wettbewerbsfähigkeit Luftraum ist die Einführung eines
können Smart-Farming-Anwendungen und die Akzeptanz dieser neuartigen nationalen Drohnenregisters erfor-
zu einem großen Fortschritt hinsicht- Fluggeräte. derlich, um Drohnen identifizierbar
lich Kosteneffizienz und gezieltem zu machen. Für einen reibungslosen
Ressourceneinsatz führen. Und in der KOORDINIERUNG UND und sicheren Verkehr ist die zentrale
zivilen Sicherheit können luftgestützte INFRASTRUKTUR Anmeldung von Piloten, Betreibern
Überwachungsanwendungen kritische und Fluggeräten unentbehrlich. Die
Infrastrukturen und Objekte wie Gren- Ein hoher Automatisierungsgrad in der Anmeldung von genehmigungspflich-
zen oder Kraftwerke sichern. Zudem Flugführung gewährleistet ein Höchst- tigen Flügen muss von vornherein
können sogenannte Cargo-UAS mit maß an Flugsicherheit. Ein nächster digital gestaltet werden.
hohen Nutzlastkapazitäten die Logistik Schritt wäre ein vollständig autonomer
grundlegend ändern und Straße und Flugverkehr. In diesem Zusammen- DROHNENDETEKTION UND -ABWEHR
Schiene entlasten. Außerdem können hang ist der Einsatz von Operateuren
so genannte „Hochfliegende Plattfor- am Boden denkbar, welche mehrere Kritische Infrastrukturen und beson-
men“ (High Altitude Pseudo Satellites, Fluggeräte zentral steuern. dere Gefährdungsstellen benötigen
HAPS) in vielen Ländern die Kommu- Systeme zur Drohnenabwehr; dazu
nikationsanbindung sicherstellen und Eine ausreichende Versorgung mit gehören Kraftwerke, Gefängnisse undSeite 19
Flughäfen. Drohnen-Detektionssyste-
me sind hier von grundlegender Be-
deutung. Frequenz- oder GPS-Störung
(sog. Jammer oder Spoofer), Fangnetze,
Wasser oder Projektile könnten zur
Abwehr eingesetzt werden. In diesem
Bereich ist auch die Weiterentwicklung
von anderen Drohnen als Detektoren
von großer Bedeutung.
IN KÜRZE
Die unbemannte zivile Luft-
fahrt entwickelt sich dank
rechtlicher Festlegungen und
neuer technischer Möglichkei-
ten rasant.
Unbemannte Systeme können
in zahlreichen Anwendungs-
formen positive volkswirt-
schaftliche Effekte erzielen
und Wohlstand sichern.
Sichere Einbindung in den
bestehenden Luftverkehr, ef-
fektive Drohnenabwehr sowie
die Registrierung von Drohnen
und Haltern sind erforderlich,
um einen sicheren Flugverkehr
zu gewährleisten.
Autonom und elektrisch: städtischer Luftverkehr mit dem CityAirbus
DLR Cochstedt -nationales Erprobungszentrum für unbemannte LuftfahrtsystemeSeite 20
PRODUKTION – VERNETZT UND DIGITAL
Industrie 4.0 in der Luftfahrtindustrie reduziert werden. Digitalisierung und morgen: den additiven Fertigungsver-
unterscheidet sich von anderen Bran- Automatisierung müssen dabei an die fahren (ALM), auch 3D-Druck genannt.
chen sowohl durch ihre Komplexität neue Arbeitswelt und die daran ange- Die Luftfahrtindustrie steht an der
als auch durch die alles überragen- lehnte Mensch-Roboter-Zusammenar- Spitze dieser Entwicklung, da diverse
de Bedeutung der Sicherheit. Hinzu beit angepasst werden. Die Aufgaben Flugzeugteile so schneller, leichter und
kommt die Verteilung von Entwicklung, des Menschen werden sich aufgrund günstiger hergestellt werden können.
Produktion und Instandhaltung auf der digitalen Transformation und den ALM und bionische Optimierungsver-
zahlreiche Standorte. Die Wertschöp- neuen Anforderungen an eine ver- fahren eröffnen vollkommen neue
fungskette ist tief gestaffelt, interna- netzte und agile Produktion wandeln. Möglichkeiten zur Herstellung kosten-
tional aufgestellt und umfasst viele Produktionsabläufe müssen in der günstiger Leichtbaustrukturen.
tausend Zulieferer. Der Grund für diese gesamten Prozesskette den Kriterien
Komplexität: Ein Flugzeug besteht aus einer nachhaltigen und ganzheitlich Die neue Technologie findet zunächst
über einer Million Teilen und hat ei- klimafreundlichen Produktion entspre- für Optimierungen und Bauteilsub-
nen Lebenszyklus von bis zu 40 Jahren. chen. Die industrielle Fertigung der stitutionen in bestehenden Flug-
Diese einzigartigen Ansprüche lassen Zukunft ist grün und digital. zeug- und Triebwerksprogrammen
der Luftfahrtindustrie eine führende und geplanten Derivaten Anwendung
Rolle bei der Zukunft des Standortes LEICHTBAU UND NACHHALTIGE WERK- und hilft vor allem dabei, Gewicht zu
Deutschland zukommen. STOFFE FÜR DIE LUFTFAHRT VON reduzieren. Durch jedes Kilogramm
MORGEN Gewichtsersparnis werden im Laufe
DIE DIGITALE UND GRÜNE FABRIK eines Flugzeuglebens etliche Tonnen
Neue Werkstoffkonzepte revolutionie- Kerosin und somit CO2 eingespart.
Erste Erfolge auf dem Weg zur vernetz- ren den Flugzeugbau. Die Strukturen ALM-Verfahren werden derzeit in
ten Fabrik sind bereits vorzuweisen. von morgen sind nicht mehr nur limitierten Anwendungsbereichen
Die Ziele für die „Fabrik der Zukunft“ lastentragend, sondern werden mul- in der Kabine, den Triebwerken, der
und „Industrie 4.0“ gehen aber weit tifunktional betrachtet. Neue Werk- Systeminstallation und für Sekundär-
über die heutigen Lösungen hinaus stoffe ermöglichen zudem ganz neue strukturen angewendet. Mit den dabei
und beinhalten ein hohes Potential für Produktionsmöglichkeiten, seien es gewonnenen Erkenntnissen kann
weitere Kostensenkungen sowie die Infusionstechnologien, Versteifungs- der Anwendungsbereich bis hin zur
Steigerung der Qualität und Flexibilität elemente, CFK-Komponenten, Titanle- Herstellung ganzer Komponenten im
in der Produktion und während des gierungen oder innovative Schweiß- gesamten Flugzeug vergrößert werden.
Betriebs. Zudem können die neuen verfahren. Dies ermöglicht erhebliche Mittel- und langfristig werden ALM und
Technologien nicht ohne gründliche Gewichtsreduktionen durch konse- bionisches Design in komplett neue
Prüfung übernommen werden. Weitere quenten Leichtbau und wirkt sich Bauweisen zukünftiger Flugzeug- und
intensive Forschungstätigkeit der Luft- unmittelbar positiv auf das Klima aus: Hubschrauberprogramme einfließen.
fahrtindustrie im Bereich „nachhal- Eine Gewichtsersparnis von 100 kg bei
tige Fabrik der Zukunft“ und digitale einer Airbus A320 führt zur Reduktion SIMULATION FÜR SCHNELLERE ENT-
Transformation sowohl für bestehende von 10.000 Litern Kerosin pro Jahr und WICKLUNG UND BESSERE PRODUKTE
als auch für zukünftige Produktlinien Flugzeug. Zudem helfen biobasierte
ist zwingend erforderlich. Wichtige Ein- Materialien, geschlossene Material- Die Fähigkeit, Flugzeuge und Triebwer-
zelkomponenten sind die transparente kreisläufe und eine Life-Cycle-Analysis ke zunehmend virtuell zu entwickeln,
Verfolgung und der Transport von die Umwelt- und Klimawirkungen zu testen und gegebenenfalls zu
Werkzeugen und Bauteilen, modula- deutlich zu verbessern. So gestalten zertifizieren wird die Geschwindigkeit,
re Robotersysteme und dynamisch diese Technologien die Luftfahrt der mit der Innovationen vom Labor in
kontrollierte Prozessbegleitung und Zukunft. die Luft gelangen, weiter erhöhen.
-steuerung. Des Weiteren muss der Auch wenn mittelfristig herkömmli-
Energiebedarf der Produktion mittel- Deutschland gehört zu den Trendset- che Testmethoden wie z.B. Windka-
und langfristig deutlich optimiert und tern in einer Schlüsseltechnologie von näle weiter benötigt werden, wird esSeite 21
notwendig sein, das Flugzeug zunächst
im Computer fliegen zu lassen und es
lange vor der Verfügbarkeit von realen
Bauteilen zuverlässig zu optimieren. IN KÜRZE
Das „virtuelle Flugzeug“ stellt dazu alle
benötigten Daten in der erforderlichen
Genauigkeit zur Verfügung und ist Aufgrund der Komplexität ihrer Produkte und Lieferketten
somit ein Abbild des realen Produktes kommt der Luftfahrtindustrie eine entscheidende Rolle bei
mit all seinen Eigenschaften. der Entwicklung hin zur Industrie 4.0 zu.
Viele Grundlagen für das „virtuelle Industrie 4.0 ist von herausragender Bedeutung, um agile
Flugzeug“ sind im Rahmen des Luft- Produktion in der Industrie effizient und robust zu mana-
fahrtforschungsprogramms bereits gen und die Wettbewerbsfähigkeit der Luftfahrtindustrie
erarbeitet worden. Deutschland ist auszubauen.
daher mit seiner breit aufgestellten
Simulationskompetenz bestens geeig- Neue Werkstoffe und konsequenter Leichtbau unterstützen
net, eine Führungsrolle zu überneh- das Design wettbewerbsfähiger und klimaneutraler Luft-
men. Nur mithilfe einer digitalen Pro- fahrzeuge der Zukunft.
duktentwicklung werden die großen
Hersteller auch bei einem erneuten Die Kompetenz, Flugzeuge und Komponenten virtuell zu
Anstieg der Produktionsraten in der entwickeln, wird entscheidend für die Wettbewerbsfähig-
Lage sein, grundlegend neue Flugzeug- keit sein.
konzepte auf den Markt zu bringen.
Aus der Entwicklung heraus folgt dann
– zusammen mit den Zulieferern – ein
nahtloser Übergang in die „Fabrik der
Zukunft“. Das „Virtuelle Produkt“ wird
daher als Schwerpunkt für die deut-
sche Luftfahrtbranche angesehen. Es
ist ein wichtiges Verbindungselement
zur Industrie 4.0, die von Seiten der
Politik als strategisches Thema der
deutschen Industrie unterstützt wird.
Die digitale Vernetzung des Flugzeugs Die Lebensakte der Strukturteile wird digital
mit der Betriebszentrale und allen
Beteiligten („Connected Fleet“) vermei-
det Verspätungen sowie Ausfälle und
reduziert so die Kosten. Die Samm-
lung von Daten während des Fluges
ermöglicht außerdem die Analyse bei
laufendem Betrieb zur Früherken-
nung und Behebung von Problemen.
Von zunehmender Bedeutung ist in
diesem Zusammenhang Cybersicher-
heit, welche aus der Digitalisierung
und Konnektivität der Abläufe er- Der digitale Zwilling hilft, notwendige Standzeiten zu minimieren
wächst. Darunter fallen Gefahren wie
die illegale Manipulation von „Smart
Tools“ und Robotern in der „Smart
Factory“. Herkömmliche Technologien
wie Firewalls sind für diese Bedrohun-
gen nicht ausreichend, weshalb neue,
integrierte Ansätze entwickelt werden.
Dazu zählen die Festlegung von ein-
heitlichen Standards, die Analyse der
Gefahren für physikalische Systeme
sowie Methoden und Werkzeuge für
Robotergestützte und vollvernetzte Metallbearbeitung
ein sicheres Design.Sie können auch lesen
