Über Jahrhunderte haben Flugpioniere getüftelt und getestet, bis sich die ersten Fluggeräte in die Lüfte erheben konnten. Die Luftfahrtpionierinnen und -pioniere von heute haben einen neuen Traum: das klimaverträgliche Fliegen. Nur bleibt ihnen dabei deutlich weniger Zeit als ihren Vorgängern.
Eine emissionsfreie Luftfahrt ohne die Klimawirkung von CO2- und Nicht-CO2-Effekten – das ist ein großes Forschungsziel von DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Sie tragen mit der Entwicklung nachhaltiger Technologien ihren Teil zur Klimaneutralität in Wirtschaft und Gesellschaft bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts bei. Denn der Luftverkehr wächst weltweit und damit sein Anteil an der globalen Erwärmung.
Was muss erreicht werden?
Den Energiebedarf von Flugzeugen bis 2050 um die Hälfte reduzieren. Mindestens.
Im DLR setzen wir dafür in unterschiedlichen Bereichen an: So entwickelt zum Beispiel ein Team am Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe die Architektur von Antriebssystemen auf Basis von elektrochemischen Energiequellen, wie Batterien oder Wasserstoff-betriebenen Brennstoffzellen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konzipieren Lösungen, wie diese in das Flugzeug integriert werden können. Für Stefanie de Graaf steht dabei die Luftfahrttauglichkeit im Vordergrund: Leistungsdichte, Sicherheit und zuverlässiger Betrieb. Dazu ist ein ganzheitlicher Systemansatz erforderlich.
An Stefanie de Graafs Projekt arbeiten Kolleginnen und Kollegen aus
Elektrotechnik
Luft- und Raumfahrttechnik
Maschinenbau
Physikalische Ingenieurwissenschaften
Derzeit noch gesucht: Softwareentwicklerinnen und -entwickler sowie Expertinnen und Experten für EMV!
„Herausforderungen im Zusammenhang mit Wasserstoff, elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) sowie Wärme- und Kältemanagement in verschiedenen Flugphasen sind von großer Bedeutung, um bereits bestehende oder noch in der Entwicklung befindliche Technologien ins Luftfahrzeug zu integrieren“, betont die Luft- und Raumfahrttechnikerin.
Für ihre vielfältigen Aufgaben wählt Stefanie immer wieder eine interdisziplinäre Betrachtung, um nach konstruktiven Lösungen für die aktuellen Herausforderungen zu suchen. Und alles mit dem einen Ziel: die nachhaltige Zukunft der Luftfahrt zu ermöglichen.
Einen ganzheitlichen Blick auf das Flugzeug hat Markus Krengel am Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Seine Herausforderung? „Das komplexe System Flugzeug zu verstehen und hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Klimawirkung zu verbessern“, erklärt der Forschungsingenieur. Dafür benötigt er nicht nur ein breites Fachwissen und ein Verständnis der wesentlichen technischen Einflussgrößen. Auch Kreativität ist gefragt – bestehende Technologien, Konfigurationen und Antriebsarten müssen neu kombiniert und optimiert werden.
In Projekten arbeitet Markus Krengel zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus
Mathematik
Informatik
verschiedenen Ingenieurwissenschaften
Physik
Atmosphärenforschung
Psychologie und Medizin
Markus beleuchtet technologische Potenziale und trägt dafür die neuesten Erkenntnisse der verschiedenen Fachdisziplinen zusammen, z.B. aus Flugtests, Windkanälen oder Simulationen. Wichtig ist hierfür sein regelmäßiger Austausch mit Forschung und Industrie. Den Blick hat er dabei immer auf die zukünftige Flugzeuggeneration gerichtet. Deshalb sind seine Erkenntnisse Teil der Grundlage für Entscheidungen in Politik und Industrie, wie das Ziel einer klimafreundlichen Luftfahrt erreicht werden soll.
Elektrisches Fliegen – emissionsfrei, mit neuem Look und leiser
Viele kleine elektrisch betriebene Propeller entlang der Tragfläche sorgen für mehr Auftrieb. Die Flügelfläche kann dadurch verkleinert werden, das spart Gewicht, Widerstand und Energie.
Der Frage, wie ein neues, klimaverträgliches Flugzeug der Zukunft entworfen und konfiguriert werden muss, geht Daniel Silberhorn nach. Am Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt erarbeitet er gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen Lösungen für eine nachhaltige und gleichzeitig wirtschaftlich tragfähige Luftfahrt.
Woran wir beim DLR forschen, um das Klimaziel für die Luftfahrt zu erreichen
leichterer und aerodynamisch effizienterer Bau
tieferes Fliegen mit neu ausgelegten Flügeln
effizientere Flugzeugkonfigurationen
innovative Flugregelung und Sensorik
Batterie- und hybridelektrische Antriebe für Kurzstrecken
Wasserstoffbrennzellen für Kurz- und Mittelstrecken
wasserstoffbetriebene Gasturbinen für Mittel- bis Langstrecken
Sustainable Aviation Fuels mit hocheffizienten Turbinen für Langstrecken
Verbesserung von Flugsteuerung und Luftverkehrsmanagement
Anhand von digitalen Flugzeugentwürfen untersucht Daniel die Auswirkung von unterschiedlichen Energieträgern wie fossilem und synthetischem Kerosin, flüssigem Wasserstoff und elektrischer Energie auf das Flugzeug. Im Fokus seiner Forschung ist außerdem die Modellierung verschiedener Antriebsarchitekturen, wie etwa Gasturbinen mit Fans oder Propeller – oder als Hybridanwendung mit Brennstoffzelle und/oder Batterie. Dazu kommt die Berechnung verschiedener Flugzeugkonfigurationen, um eine möglichst synergetische Wechselbeziehung mit den Energieträgern und Antriebsarchitekturen zu erreichen. Ebenso auf Daniels Agenda: Die Modellierung des Einsatzszenarios des Flugzeugs, um einen größtmöglichen Marktanteil, Umsatz und den geringsten Klimaeinfluss zu erzielen.
Wer hier noch fehlt? Eine Pionierin oder ein Pionier wie du!
Daniel zieht viel Motivation aus dem Teamspirit, wenn die unterschiedlichen Disziplinen zielführend zum Gesamtentwurf beitragen: „Es ist ein tolles Gefühl, wenn wir nach jahrelanger gemeinsamer und disziplinenübergreifender Forschung neue Erkenntnisse ableiten können, die auch nur im Zusammenspiel entstehen konnten. Dass wir damit zum umfassenden und über Generationen gewachsenen Wissen am DLR beitragen, beeindruckt mich sehr.“
Forschungsbedarf besteht ebenso zu den Einflüssen der Wasserstoffverbrennung auf die Atmosphäre. Klimawissenschaftlerinnen und -wissenschaftler beim DLR untersuchen hier bereits die Wirkung auf das Klimasystem. Die Erkenntnisse können zu wichtigen nächsten Schritten in Richtung umweltfreundliches Fliegen führen.
Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Reduzierung von Emissionen durch ein optimiertes Luftverkehrsmanagement und neue Ansätze in der Flugsteuerung. So könnten Pläne für das Formationsfliegen von Verkehrsmaschinen entwickelt werden, um durch den reduzierten Luftwiderstand den Energiebedarf bei längeren Strecken zu senken.
Der Projektträger Luftfahrtforschung des DLR betreut Förderprojekte im Luftfahrtforschungsprogramm LuFo Klima des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Matthias Schott kümmert sich dabei um alle Projekte zu Luftfahrzeug-Systemen, darunter Avionik, Aktuatorik, Tanksysteme oder Energieversorgung. „Die erzielten Ergebnisse in den Forschungsprojekten dienen dazu, die Luftfahrt klimafreundlicher, effizienter und sicherer zu gestalten“, erklärt der Luft- und Raumfahrttechniker. „Beispielsweise wurde zuletzt die Beschaffung und Umrüstung des Regionalflugzeugs Dornier 328 als Flying Testbed gefördert, in dem die Erprobung vielversprechender Antriebs-, Treibstoff- und Systemtechnologien für die Dekarbonisierung der Luftfahrt unter realen Flugbedingungen geplant ist.“
Den Wandel vorantreiben – mit dir!
Mit Kolleginnen und Kollegen aus über 20 Instituten und Einrichtungen in der Luftfahrtforschung treibt das DLR mit nachhaltigen Technologien den Wandel für eine zukunftsfähige, umweltverträgliche Luftfahrt voran. Damit der Traum vom emissionsfreien Fliegen schnellstmöglich Realität wird.
Wer hier noch fehlt? Eine Pionierin oder ein Pionier wie du. Das gesteckte Ziel ist ehrgeizig. Hilf uns, hilf der Umwelt und der Gesellschaft, es zu erreichen!
