Initiativen zu Elektro- und Hybridantrieben für Flugzeuge

Wird der Elektroantrieb auch in der Luftfahrt zu einer Alternative für fossile Brennstoffe? EADS untersucht verschiedene Ansätze und zeigt auf der Paris Air Show 2013 mehrere Initiativen im Bereich Elektro- und Hybridantriebe, so auch einen Elektro-Zweisitzer. Diese Projekte sind Teil des EADS-Engagements für die Entwicklung von Technologien zur weiteren Senkung der Kohlendioxidemissionen in der Luftfahrt.

So hat der Konzern zusammen mit Aero Composites Saintonge (ACS) das elektrisch angetriebene Trainingsflugzeug "E-Fan" für die Allgemeine Luftfahrt entwickelt und gebaut. Zusätzlich hat EADS zusammen mit Diamond Aircraft und Siemens einen Motorsegler mit modernisiertem Hybridelektroantrieb produziert, die DA36 E-Star 2. Außerdem arbeitet EADS zusammen mit Rolls-Royce an einem intelligenteren Zukunftskonzept für einen verteilten Antrieb. Die drei Projekte laufen unter dem Namen "E-Aircraft".

Verbrauch, Stickoxide und Lärm deutlich reduzieren

Die Entwicklung innovativer Antriebskonzepte für künftige Luftfahrzeuge ist Teil der Forschungsarbeiten von EADS zur Unterstützung der Umweltschutzziele der Luftfahrtindustrie, die im Bericht "Flightpath 2050" der Europäischen Kommission dargelegt sind. Diese sogenannte "Roadmap" strebt eine Reduktion der CO2- Emmissionen von Flugzeugen um 75 Prozent, der Stickoxide um 90 Prozent und des Geräuschpegels um 65 Prozent an, verglichen mit den Werten des Jahres 2000.

EADS Innovation Works (IW), das Forschungs- und Technologienetzwerk von EADS, arbeitet an der Entwicklung und Erforschung von Innovationen im Bereich umweltfreundlicher Antriebe, um Technologiebausteine für die Divisionen des Konzerns zu liefern.

E-Fan: Elektro-Flieger mit Elektro-Roller

Zwei Jahre nach dem Erstflug der weltweit ersten vollelektrisch angetriebenen Kunstflugmaschine Cri-Cri, dem kleinsten bemannten Flugzeug mit vier Elektromotoren, sind die Teams von EADS IW und von ACS im französischen Royan (Département Charente-Maritime) mit dem Trainingsflugzeug E-Fan für die Allgemeine Luftfahrt noch einen Schritt weiter gegangen.

"Die Einführung des Elektroflugzeugs E-Fan ist für die Luftfahrtforschung von EADS ein weiterer strategischer Schritt nach vorn. Wir erforschen Spitzentechnologien, die unseren zivilen und militärischen Produkten in Zukunft Vorteile verschaffen", sagt Jean Botti, Chief Technical Officer (CTO) von EADS.

Der zweisitzige E-Fan hat eine sehr intensive Entwicklungsphase von gerade einmal acht Monaten durchlaufen. Das Flugzeug besitzt zwei Elektromotoren für den Antrieb der Mantelpropeller. Der Standschub der Triebwerke beträgt insgesamt ca. 1,5 kN, die Leistung dafür wird von den zwei in den Flügeln untergebrachten Akkupacks bereitgestellt. Das Flugzeug ist 6,7 Meter lang und hat eine Spannweite von 9,5 Metern. Es ist das erste Elektroflugzeug, das zur Senkung der Lärmentwicklung und Erhöhung der Sicherheit mit Mantelpropellern ausgerüstet wurde.

Eine weitere Innovation ist das Hauptfahrwerk. Es ermöglicht elektrisch angetriebenes Rollen am Boden ohne den Einsatz der Haupttriebwerke und übernimmt außerdem die Startbeschleunigung bis zu einer Geschwindigkeit von 60 km/h. Zur einfachen Bedienung der elektrisch betriebenen Motoren und Systemen ist der E-Fan mit dem Energiemanagementsystem E-FADEC ausgestattet.

"Wir halten den E-Fan-Demonstrator für eine ideale Plattform, die sich nach Herstellung der Einsatzreife und Zertifizierung als Flugzeug für die Pilotenschulung vermarkten ließe", sagt Botti.

Kooperation verschiedener Firmen

EADS IW entwickelt dabei das elektrische Antriebssystem zusammen mit Partnern, darunter ACS, der die vollständig aus Verbundwerkstoff bestehende Struktur sowie die mechanischen Systeme herstellt und die Aerodynamikstudien erstellt hat. Die französischen Innovationsinstitute CRITT Matériaux Poitou-Charentes (CRITT MPC) und ISAE-ENSMA sowie das Unternehmen C3 Technologies waren für die Konstruktion und Produktion der Flügel verantwortlich. Das Engagement dieser Organisationen ist auch eine Investition in die Infrastruktur, den Stellenmarkt und das Know-how in Frankreich.

Elektrotechnikexperten von Astrium und Eurocopter steuerten ihr Fachwissen bei der Prüfung der Akkupacks bei, während Airbus das Außendesign entworfen hat. Das E-Fan-Projekt wird von der französischen Zivilluftfahrtbehörde (DGAC – Direction Générale de l’Aviation Civile), dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (FEDER), der französischen Regierung (Fonds FRED), der französischen Region Aquitanien und dem Departement Charente-Maritime gefördert.

DA36 E-Star 2 erstes Flugzeug mit seriellem Hybridelektroantrieb

Neben der Entwicklung des E-Fan-Konzepts zeigt EADS auch Hybridantriebe. Mit so einem Antrieb ist der Motorsegler DA36 E-Star 2 von Diamond Aircraft ausgerüstet, der erstmals auf der Paris Air Show 2011 vorgestellt wurde.

Eine Modernisierung des Zweisitzers, mit einem leichteren und kompakteren Elektromotor von Siemens, hat eine Gewichtseinsparung von insgesamt 100 Kilogramm ermöglicht. Die Leistung liefert ein kleiner Wankelmotor von Austro Engine mit nur einem für die Stromversorgung vorgesehenen Generator. EADS IW war für die Akkupacks in den Flügeln verantwortlich.

Gasturbine erzeugt Strom für Fan-Triebwerke

Seit 2012 arbeitet EADS IW zusammen mit Rolls-Royce am Projekt Distributed Electrical Aerospace Propulsion (DEAP), das vom britischen Technology Strategy Board unterstützt wird. Das Ziel besteht darin, innovative Schlüsseltechnologien zu erforschen, die eine Senkung des Treibstoffverbrauchs, des Abgasausstoßes und der Lärmemissionen durch eine verteilte Antriebsarchitektur ermöglichen. Bei dieser Architektur werden je drei elektrisch angetriebene Fans mit gemeinsamem Lufteinlauf an den beiden Flügeln gruppiert. Eine fortschrittliche Gasturbine wird die elektrische Energie für die Fan-Triebwerke und die Aufladung der Energiespeicher liefern.

"Das Konzept des verteilten Antriebs ermöglicht eine stärkere Optimierung individueller Komponenten wie der elektrizitätserzeugenden Gasturbine und den schuberzeugenden Elektro-Fantriebwerken. Damit wird das Zusammenspiel des gesamten Antriebssystems optimiert", erklärt Sébastien Remy, Leiter von EADS Innovation Works. "Von der verbesserten Integration erwarten wir außerdem weitere Multiplikator-Effekte wie eine Verringerung des Gewichts und des Luftwiderstands."

Die Exponate von EADS IW auf der Paris Air Show sind im EADS-Pavillon am Ende der Chalet-Reihe A zu sehen. EADS-CTO Jean Botti wird am Dienstag den 18. Juni um 13:30 Uhr bei einem Rundgang für Medienvertreter Exponate und Technologien des Konzerns vorstellen.