Neue Flugzeuggeneration mit elektrogetriebenem Fahrwerk für den Bodenbetrieb
Täglich kommt ein typisches Schmalrumpfflugzeug bei acht bis zehn Flügen pro Tag auf 2,3 Stunden Rollbetrieb und einen Treibstoffverbrauch von bis zu 13 kg pro Minute, da die Triebwerke nicht primär für das Rangieren am Boden ausgelegt sind. Elektrogetriebene Fahrwerke könnten diesen Verbrauch und damit auch Treibstoffkosten deutlich senken und damit Fluggesellschaften, Flughäfen und Umwelt entlasten.
Umweltfreundliches Rangieren am Boden
Elektrogetriebene Fahrwerke arbeiten mit Elektromotoren, sodass die Strahltriebwerke nicht den Rollvorgang übernehmen müssen und Treibstoff gespart wird. Auch der Bremsvorgang erfolgt elektrisch, was den CO2-Ausstoß im Bodenbetrieb senkt. Mit dieser Technologie können Flugzeuge selbstständig nur mit Elektroantrieb und sogar rückwärts über das Rollfeld fahren. Ausgelegt ist die Innovation auf Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge wie den Airbus A320 und die Boeing 737. „Das EU-finanzierte Projekt SUNSET entwickelt innovativste technische Lösungen für zukünftige Elektroflugzeuge. Allgemein steht dabei die Senkung von Energieverbrauch, Emissionsausstoß und Betriebskosten sowie die Positionierung der EU als weltweiter Vorreiter für emissionsarmen Flugzeugbau im Vordergrund“, erläutert Xavier Benoit, Vizepräsident für Innovationsmanagement beim Unternehmen Centum Adeneo. Der in Frankreich ansässige Elektronikhersteller entwickelt Innovationen zur Vermeidung von Energieverschwendung beim Rollbetrieb von Flugzeugen auf Start- und Landebahnen.
Basistechnologien
SUNSET arbeitet mit einem bidirektionalen Leistungswandler und einem Modul mit hoher Energiedichte, das als Energiepuffer fungiert. Es speichert die zum Bewegen des Flugzeugs erforderliche Energiemenge aus dem Hilfstriebwerk (APU) und gibt diese an das Fahrwerk zurück, was den Treibstoffverbrauch am Boden optimiert. „So sind die Triebwerke nur im Start-, Flug- und Landebetrieb aktiv, nicht aber am Boden“, erklärt Benoit. Der Forschungsaufwand für die Entwicklung aller Systemkomponenten wie Leistungswandler, Festphasentrennschalter, Batteriemanagementsystem, Leistungsregler und die gesamte zugehörige Software war enorm. Zudem waren mehrere Probleme zu meistern, um das bahnbrechende Konzept umzusetzen. So ging es insbesondere um ein leichtes, entsprechend angepasstes Batteriemodul, da die für das Projekt geeigneten Module vor allem für den wachsenden Elektroautomarkt abgestellt sind und nicht für die Luft- und Raumfahrt. „Hochleistungsakkus, die bidirektional arbeiten und genügend Leistung bringen, sind noch zu schwer, sodass das Energiespeichermodul entsprechend groß sein muss. Die im Demonstrator gespeicherte Energiemenge ist damit 3,5-mal größer als für den Energiespeicher ursprünglich geplant war“, so Benoit. Mit Abschluss des Projekts haben die Forschenden nun eine klare Vorstellung davon, welche Probleme beim Einbetten hochdichter Energiemodule in Flugzeuge der nächsten Generation noch zu lösen sind. „Wir wollen im Flugzeugbau den Fokus auf elektrische Komponenten verstärken und dabei nicht nur die Flugleistung selbst, sondern auch den Rollbetrieb effizienter machen, insbesondere für Kurzstreckenflüge“, betont Benoit. Neue Entwicklungen bei Stromrichtern und Batterien in Schmalrumpfflugzeugen könnten Stickoxidemissionen um 51 %, Kohlendioxidemissionen um 61 %, Kohlenmonoxidemissionen um 73 % und Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe um 62 % senken. „Schließlich könnte auch die Lärmbelastung an Flughäfen während der Rollphase verringert werden“, schließt Benoit.
Schlüsselbegriffe
SUNSET, Rollbetrieb, Energiespeicher, Stromrichter, Elektroflugzeug, Schmalrumpfflugzeug, Module mit hoher Energiedichte, Centum Adeneo
