Erforschung von Konzepten und Technologien für Elektroflugzeuge
EXACT
EXACT Projekt: Flugzeugkonzepte
Es werden mehrere Flugzeugkonfigurationen entworfen, die für eine ökologisch nachhaltige und wirtschaftlich tragfähige Zukunft der Luftfahrt vielversprechend sind. Von oben nach unten: Konventionelles Kurzstrecken-Turbofan-Konzept mit synthetischem Kerosin; Wasserstoffbetriebenes Mild-Hybrid-Elektro-Antriebskonzept für Kurzstrecken mit offenem Propeller; Wasserstoffbetriebenes Mild-Hybrid-Elektro-Antriebskonzept für Kurzstrecken mit Kanalventilatoren; Regionales Brennstoffzellen-Antriebskonzept für verteilten Antrieb.
In EXACT analysieren und vergleichen 20 DLR-Institute gemeinsam verschiedene Technologien (Wasserstoff, Batterien, nachhaltige Flugzeugtreibstoffe usw.) und integrieren sie digital in zukünftige Flugzeugkonfigurationen. Um die vielversprechendsten Flugzeugkonzepte zu identifizieren, betrachten wir die Gesamtauswirkungen des Flugzeugs auf das Klima während seines gesamten Lebenszyklus. Daher sind unter anderem globale Flugrouten, Energiequellen, Flughäfen und Energieinfrastruktur Gegenstand der Forschung.
EXACT auf den Punkt gebracht
Das Projekt Exploration of Electric Aircraft Concepts and Technologies (EXACT) ist die größte und umfassendste Studie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zur nachhaltigen Luftfahrt. In EXACT wollen wir herausfinden, wie die Klimaauswirkungen der Luftfahrt drastisch reduziert werden können, ohne die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit zu beeinträchtigen. EXACT bündelt das Fachwissen von 20 Instituten in den Bereichen Design von Teilkomponenten, Bauteilen, des gesamten Flugzeugs und des Lufttransport- und Energiesystems und ermöglicht so sehr detaillierte Studien zum Flugzeugdesign und deren umfassende Bewertung. Dies erfordert eine große Anzahl von sektorübergreifenden Disziplinen und deren effektive Zusammenarbeit.
Untersuchte Flugzeugkonzepte
Im Rahmen von EXACT wurden viele Flugzeugkonfigurationen für ca. 250 Passagiere und einige Kleinere (Regionalklasse) vorab entworfen und auf insgesamt drei Flugzeuge eingegrenzt:
Das Mild-Hybrid Electric Propulsion (MHEP)-Konzept sieht zwei wasserstoffverbrennende Gasturbinen als Hauptenergiequelle vor. In den verschiedenen Stadien eines Fluges, die nicht zum Einsatz kommen (d.h. beim Rollen und im Sinkflug), ersetzen Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM) die Gasturbine. Außerdem liefern sie Strom für die Bordsysteme.
Das Flugzeug mit Plug-In-Hybrid-Elektroantrieb (PHEP) kann mit einer Reichweite von bis zu 500 Kilometern rein batterieelektrisch betrieben werden. Außerdem verfügt es über eine große Gasturbine, die eine größere Reichweite ermöglicht.
Das Flugzeug mit Turboprop-Antrieb zeigt deutliche Effizienzverbesserungen im Vergleich zum konventionellen Turbofan-Basiskonzept für Kerosinszenarien. Diese Option stellt eine renditestarke, risikoarme Lösung dar, die im Vergleich zu den derzeit effizientesten Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen ein vielversprechendes Potenzial zur Reduzierung der Klimaauswirkungen bietet.
Langfristige Konzepte werden derzeit ebenfalls erforscht.
Konzept des Mild-Hybrid-Elektroantriebs (MHEP)
Das Mild-Hybrid Electric Propulsion (MHEP)-Konzept sieht zwei wasserstoffverbrennende Gasturbinen als Hauptenergiequelle vor. In den Abschnitten der Mission, die nicht zum Einsatz kommen (d.h. beim Rollen und im Sinkflug), ersetzen Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM) die Gasturbine. Außerdem liefern sie Strom für die Bordsysteme.
In diesem Projekt konzentriert sich das DLR-Institut für Technische Thermodynamik auf den Entwurf und die Simulation von Brennstoffzellensystemen, Batterien und Wärmemanagementsystemen auf Systemebene für die Flugzeugkonzepte MHEP und PHEP. Unsere Forschung zielt darauf ab, detaillierte Simulationsmodelle dieser Komponenten in den Gesamtablauf der Flugzeugentwicklung zu integrieren. Dadurch wird das Projekt in die Lage versetzt, interne Prozesse in Brennstoffzellensystemen und Batterien im Detail zu berücksichtigen und gleichzeitig die Gesamtleistung des Flugzeugs zu optimieren.
Ziel des Projektes
20 DLR-Institute analysieren und vergleichen gemeinsam verschiedene Technologien (Wasserstoff, Batterien, nachhaltige Flugzeugtreibstoffe usw.) und integrieren sie digital in zukünftige Flugzeugkonfigurationen.
EXACT auf einen Blick
Projekt
Exploration of Electric Aircraft Concepts and Technologies (EXACT)
Laufzeit
1.1.2024 - 31.12.2026
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Institut für Aeroelastik
Institut für Antriebstechnik
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe
Institut für Flughafenwesen und Luftverkehr
Institut für Flugsystemtechnik
Institut für Future Fuels
Institut für Instandhaltung und Modifikation
Institut für Physik der Atmosphäre
Institut für Raumfahrtantriebe
Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung
