Europäische Forschung für die klimaverträgliche Luftfahrt
22. März 2024 | DLR engagiert sich in Clean Sky 2 und Clean Aviation
Europäische Forschung für die klimaverträgliche Luftfahrt
Clean Aviation Forum 2024
Das DLR präsentiert Ergebnisse zu Clean Sky 2 auf dem Clean Aviation Forum 2024.
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Dr. Markus Fischer, DLR-Bereichsvorstand Luftfahrt, auf dem Clean Aviation Forum 2024
Dr. Markus Fischer, DLR-Bereichsvorstand Luftfahrt, präsentiert auf dem Clean Aviation Forum 2024 unter anderem Ergebnisse des DLR zur Technologiebewertung im Rahmen von Clean Sky 2. In diesem Bereich ist das DLR europaweit führend
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MFFD – der thermoplastische Rumpf von morgen
Der multifunktionale Rumpfdemonstrator (MFFD) ist acht Meter lang und hat einen Durchmesser von vier Meter. Das Flugzeugbauteil besteht aus thermoplastischem CFK. Der Prototyp für die obere Rumpfhälfte wurde am DLR in Augsburg gefertigt, um das innovative Material und die neuen Technologien auf ihre Einsatzreife hin zu prüfen.
Das Clean Aviation Annual Forum in Brüssel im März 2024 markierte den Abschluss des europäischen Luftfahrtforschungsprogramms Clean Sky 2 (2013 bis 2024) sowie dessen Fortsetzung unter dem Titel Clean Aviation. Industrie- und Forschungspartner, darunter das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), haben in den vergangenen zehn Jahren im Rahmen von Clean Sky 2 intensiv in vielfältigen Projekten für klimaverträgliche Luftfahrttechnologien geforscht. Das Programm hat mit dem Abschluss in diesem Jahr fast 1.000 Unternehmen aus ganz Europa in Hightech-Projekten zusammengebracht sowie mehr als 100 Demonstratoren und über 1.000 innovative Technologien geliefert.
„Mit unseren Beiträgen zu Technologie- und Demonstratorplattformen bei Clean Sky 2 sowie nun bei Clean Aviation gestalten wir die klimaverträgliche Luftfahrt an entscheidender Stelle in Europa mit“, sagt Dr. Markus Fischer, DLR-Bereichsvorstand Luftfahrt. „Insbesondere engagieren wir uns bei der Bewertung und Analyse neuer Luftfahrttechnologien und ihrer Potenziale, wo das DLR europaweit führend ist.“ Im Rahmen der Technologiebewertung, bei Clean Sky 2 als Technology Evaluator bezeichnet, wird umfassend analysiert, wie sich technologische Entwicklungen in der Luftfahrt ökonomisch und ökologisch auswirken.
„Im Laufe von Clean Sky, Clean Sky 2 und nun Clean Aviation hat sich wieder gezeigt, dass die Forschung des DLR die Entwicklungen konstruktiv voranbringt“, ergänzt Dr. Ulrich Herrmann, DLR-Koordinator Clean Aviation und Clean Sky 2. „Dabei ist das DLR-Beteiligungsvolumen gestiegen und es ist gelungen, eine neue Qualität der vertrauensvollen Zusammenarbeit mit den Projektbeteiligten aus der Industrie zu erreichen sowie bestehende Kooperationen zu pflegen.“
In insgesamt 27 Projekten engagierte sich das DLR im Rahmen von Clean Sky 2. Beispielhaft sind dabei hervorzuheben:
Der thermoplastische Rumpf von morgen
Der Multifunctional Fuselage Demonstrator (MFFD) ist acht Meter lang und hat einen Durchmesser von vier Metern. Das Flugzeugbauteil besteht aus thermoplastischem CFK. Der Prototyp wurde im Rahmen von Clean Sky 2 am DLR in Augsburg gefertigt, um das innovative Material und die neuen Technologien auf ihre Einsatzreife hin zu prüfen. Das einzigartige acht Meter lange Rumpfrohr reduziert das Gewicht des Rumpfs im Vergleich zur herkömmlichen Aluminiumbauweise um etwa eine Tonne. Das geringere Gewicht und die höhere Effizienz der Struktur ermöglichen einen geringeren Energieverbrauch zukünftiger Flugzeuge und damit geringere CO2-Emissionen.
Helikopter der nächsten Generation
Er fliegt schneller, weiter und effektiver als bisherige Hubschrauber: der Demonstrator RACER (Rapid And Cost-Effective Rotorcraft). Bereits 2017 stellte Airbus das Konzept für den neuen Hochgeschwindigkeits-Hubschrauber im Boxwing-Design vor, der Geschwindigkeiten von bis zu 400 Kilometer pro Stunde erreichen kann und den besten Kompromiss zwischen Sicherheit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit bieten soll, mit einer Reduzierung der Emissionen von CO2, Stickoxiden und Lärm um 20 Prozent. Forschende des DLR haben gemeinsam mit der französischen Luftfahrtforschungseinrichtung ONERA im Rahmen von Clean Sky 2 bei der Gestaltung und Bewertung der Konfigurationen für den Hubschrauber mitgewirkt und zudem die akustischen Eigenschaften der Konfiguration analysiert und dabei nachgewiesen: Der RACER ist nicht nur schneller, er ist auch leiser als heutige Hubschrauber.
Vom Flugversuch zur virtuellen Zertifizierung
Im Rahmen von Clean Sky 2 sind in Zusammenarbeit mit Dassault Aviation Flugversuche mit dem DLR-Forschungsflugzeug Falcon 2000LX ISTAR geflogen worden. Ziel der Flugversuche im Jahr 2023 war, hochpräzise die Änderung von Flugverhaltens- und Strömungsdaten, hervorgerufen durch künstliche Eisansätze, zu erfliegen. Langfristig soll der Weg der virtuellen Zertifizierung beschritten werden durch den Nachweis, dass sich Änderungen des Flugverhaltens und der Umströmung eines Flugzeuges numerisch vorhersagen lassen. Denn das ist eine Voraussetzung dafür, dass Luftfahrtbehörden in Zukunft virtuelle Nachweise für die Zertifizierung akzeptieren können. Die Flugkampagne hat erfolgreich wertvolle Messdaten erbracht, die nun ausgewertet werden.
Neue Flugzeuge müssen sicheres Flugverhalten selbst unter Vereisungsbedingungen nachweisen. Dies gilt uneingeschränkt, d.h. sogar dann, wenn die Eisschutzsysteme ausfallen. Dieser Zertifizierungsnachweis erfolgt aktuell durch vorgeschriebene Flugtests mit installierten, künstlichen Eisansätzen in verschiedenen Vereisungsausprägungen an den relevanten Stellen. Das DLR hat im europäischen Luftfahrtforschungsprogramm Clean Sky 2 (2013 - 2024) in Zusammenarbeit mit Dassault Aviation Flugversuche mit dem DLR-Forschungsflugzeug Falcon 2000LX ISTAR (In-flight Systems & Technology Airborne Research) durchgeführt.
Video: Vom Flugtest zur virtuellen Zertifizierung – Clean Sky 2
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Video: Vom Flugtest zur virtuellen Zertifizierung – Clean Sky 2
Neue Flugzeuge müssen sicheres Flugverhalten selbst unter Vereisungsbedingungen nachweisen. Dies gilt uneingeschränkt, d.h. sogar dann, wenn die Eisschutzsysteme ausfallen. Dieser Zertifizierungsnachweis erfolgt aktuell durch vorgeschriebene Flugtests mit installierten, künstlichen Eisansätzen in verschiedenen Vereisungsausprägungen an den relevanten Stellen. Das DLR hat im europäischen Luftfahrtforschungsprogramm Clean Sky 2 (2013 - 2024) in Zusammenarbeit mit Dassault Aviation Flugversuche mit dem DLR-Forschungsflugzeug Falcon 2000LX ISTAR (In-flight Systems & Technology Airborne Research) durchgeführt.
Der Trend zu immer größeren Triebwerken für die verschiedenen Schubklassen erfordert einen breiten Forschungsansatz zum komplexen Gasturbinen-System, vom Fan am Einlass, über das komplette Verdichtersystem, über die Verbrennung, die Turbine sowie den Auslass. Im Projekt Transition hat das DLR im Rahmen von Clean Sky 2 zusammen mit Rolls-Royce ein realistisches Turbinen-Testrig entwickelt, adaptiert, gebaut und betrieben. Es ist perspektivisch die Verbesserung der Messsysteme entwickelt und deren Implementierung betrieben worden. Damit kann die weitere industrielle Anwendung des Testrigs geplant werden. Im Projekt 2ShaftCompressor hat das DLR im Rahmen von Clean Sky 2 zusammen mit der MTU Aero Engines einen aero-mechanischen Entwurf eines integrierten Verdichtersystems, bestehend aus Niederdruckverdichter, dem kurzen und leichten Übergangskanal, sowie dem Hochdruckverdichter erstellt und umgesetzt. Die ehrgeizigen Entwurfsziele zur Verbrauchsreduktion werden durch den Betrieb dieses Rigs validiert. Diese anspruchsvollen Aufgaben werden nach Abschluss des Clean-Sky-2-Programms bilateral weitergeführt werden.
Absaugsystem kann Energieverbrauch und Emissionen verringern
Ein wesentlicher Treiber der Effizienzsteigerung neuer Flugzeuge ist die Reduktion des Widerstandes. Der Reibungswiderstand an den tragenden Flächen wird durch hybride Laminarisierung reduziert. Obwohl lange bekannt und physikalisch verstanden, wird die praktische Umsetzung in der Serie aufgrund der bislang recht komplexen Systeme verhindert. Im Projekt HLFC-win hat das DLR gemeinsam mit Airbus und weiteren Industriepartnern im Rahmen von Clean Sky 2 ein vollständig integriertes, serientaugliches Laminarerhaltungssystem entworfen. Dieses ist in einem bodengebundenen Demonstrator umgesetzt worden. Der Demonstrator vereint das Absaugsystem, die austauschbare, variable perforierte Titanhaut der Flügelnase sowie das Hochauftriebs- und das Enteisungssystem des Flugzeugs. Der Betrieb dieses Systems ist am Boden simuliert und sogar für den Fall eines Vogelschlages nachgewiesen worden. Herstell- und Betriebskosten sind abgeschätzt und der Betrieb in einer Flugzeugflotte als wirtschaftlich erfolgreich beurteilt worden.
Die europäischen Luftfahrtforschungsprogramme orientieren sich an der Vision „Fly the Green Deal“ sowie an der Forschungs- und Innovationsagenda SRIA (Strategic Research and Innovation Agenda), die jeweils im Rahmen des Beratungsgremiums für Luftfahrtforschung ACARE (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe) verfasst wurden.
Das nun anlaufende Programm Clean Aviation, dessen erste Projekte Anfang 2023 begonnen haben, baut auf dem Erfolg von Clean Sky 2 auf und entwickelt einige der in diesem früheren Programm erforschten Technologien weiter und hebt sie durch die Kombination mit neuen fortschrittlichen technologischen Konzepten auf ein neues Leistungsniveau.
Europa hat sich das Ziel gesetzt, bis 2035 umweltfreundlichere Flugzeuge in Betrieb zu nehmen und damit seine weltweite Führungsrolle in der Luftfahrtindustrie aufrechtzuerhalten auf dem Weg zur Klimaneutralität der Luftfahrt bis 2050. Konkretes Ziel ist es, die Treibhausgasemissionen von neuen Regionalflugzeugen und Kurzstreckenflugzeugen mit mittlerer Reichweite bis 2035 um mindestens 30 Prozent zu senken und diese in den kommerziellen Flugbetrieb aufzunehmen (80 bis 100 Prozent Reduzierung der CO2-Emissionen, einschließlich der Verwendung von nachhaltigen Kraftstoffen oder Wasserstoff). Das DLR arbeitet in allen Bereichen der Luftfahrtforschung daran, den Entwurf und die Umsetzung dieser neuen Flugzeuge zu ermöglichen.
