E-Plane: Die Zukunft des Flugzeugs

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Didier Esteyne, Foto (c) Kleisny

“Wissen Sie, dass wir 2015 als erste mit einem elektrisch angetriebenen Flugzeug den Ärmelkanal überflogen haben?” sagt Didier Esteyne stolz und blickt liebevoll auf das kleine, schnittige E-Plane hinter ihm. Das mit dem “ersten” ist so eine Sache, der Rekordflug war ein regelrechter Krimi, aber etwas Besonderes ist der einsitzige Versuchsträger durchaus. Und als Konstrukteur und einer den beiden Testpiloten, die den Flieger fliegen dürfen, sind Esteyne etliche der noch zu lösenden Probleme durchaus bewusst.

eplane3Das zunehmende Maunzen am Boden gegen Dieselmotoren und damit auch der Drang hin zur schnelleren Entwicklung von effektiver Elektromobilität zeigt auch Auswirkungen für die dritte Dimension. Je weniger herkömmliche Kraftstoffe am Boden nachgefragt werden, umso teuerer wird ihre Herstellung und Avgas, der Kraftstoff für die kleinen Ottomotoren der Lüfte, war schon immer ein Sonderfall.

eplane4Avgas (Aviation Gasoline) ist vom technischen her so etwas ähnliches wie Autobenzin. Allerdings muss der Kraftstoff dieser Ottomotore in luftiger Höhe funktionieren und braucht daher einen niedrigeren Dampfdruck. Das erreicht man mit einer hohen Oktanzahl und Additiven, aber anderen, als für den erdgebundenen PKW. Die im Mogas enthaltenen Zusatzstoffe beschädigen die Tankversiegelung von Flugzeugen.

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(c) hkl

Nun macht die amerikanische Luftfahrtbehörde FAA endlich Druck bei der Suche nach einem Alternativtreibstoff für Flugbenzin: Bis spätestens 2018 soll ein Ersatztreibstoff für das verbleite Aviation Gasoline 100LL zugelassen sein. In Oshkosh gab es erste vielversprechende Angaben über die Forschung des Ersatzluftsprits.

Avgas (Flugbenzin) wird nur von (meist kleineren) Flugzeugen mit Ottomotor verwendet. Meist größere, turbinengetriebene Flugzeuge und Flugzeuge mit Dieselmotoren setzen als Kraftstoff Jet A-1 ein, das ist Kerosin (Dieselkraftstoff).

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(c) hkl

Die Suche nach einem neuen Kraftstoff ist das eine. Die andere Lösung wäre natürlich die Investition in eine neue, andere Art des Antriebes. Am Boden scheint da momentan der Elektroantrieb die besten Zukunftsaussichten zu haben – warum also nicht auch in der Luft?

Der Klotz der Batterie an Volumen und Gewicht ist auch bei PKWs noch immer ungeliebtes Beiwerk und verhindert längere Fahrten ohne Aufladen. In der Luft, wo man auch so schon auf jedes Gramm achtet, sind zusätzlicher Platzbedarf und schrankgroße Batterien ein absolutes Unding.

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(c) hkl

Trotzdem will Airbus ein viersitziges Flugzeug mit Hybridantrieb in Serie entwickeln. Die Airbustochter Voltair mit Sitz in der Nähe von Toulouse kann mittlerweile einen einsitzigen Versuchsträger vorweisen. Der derzeitige E-Fan 1.2 mit Hybrid elektrischem und Gasantrieb ist der Nachfolger des E-Fans 1.1, der mit Elektroantrieb den Ärmelkanal überquerte. Sehr leise soll er sein. Laut Esteyne hatten sie Probleme, bei herkömmlichen Lärmmessungen mit vergleichbaren Flugzeugen die Geräusche des E-Fans aufzuzeichnen.

eplane2Noch hat der Prototyp 1.2  ein provisorisches Stützradfahrwerk, vieles ist noch nicht so wie es einmal sein soll. “Wozu sollen wir zurzeit auch noch einen Antrieb für ein zweites Rad mitschleppen, der nur am Boden gebraucht wird”, meint Didier Esteyne dazu. Offiziell spielt Airbus den Studienzweck des E-Fans für elektrisch oder hybrid angetriebene Verkehrsflugzeuge herunter und betont, dass man vor allem an der Entwicklung des Viersitzers interessiert sei.

Die Probleme der Lithium-Ionen-Batterien wurden hier im FlugundZeit-Blog ausführlich unter anderem in den Kommentaren zum Brand im Dreamliner 2013 diskutiert. Daran hat sich, wie man kürzlich beim Teslaauto gesehen hat, wenig geändert. Der Kurzschluss, der sich in der Luft auch durch gewitterträchtige Wolken oder andere Aufladungen ergeben könnte, hätte in der Luft noch wesentlich fatalere Folgen. Es gibt in der Forschung erste Versuche mit Lithium-Luft-Batterien. Allerdings reicht deren Kapazität zurzeit noch nicht einmal für eine Platzrunde.

Das vernetzte Cockpit (Connected Cockpit)

Pilotentraum: Der Pilot bereitet seinen Flug entspannt zuhause vor. Nimmt das Notepad, klickt es im Flugzeug ins Cockpit-Panel ein und nach einer kurzen Hardware- (Flugzeugrundgang) und SW-Überprüfung macht er seinen Flug, bei dem alles am Pad aufgezeichnet wird: exakter Flugweg, technische Daten, Zeiten und Orte. Lästige Nachbereitung wie Flugbuch und Bordbuch führen entfällt, alle Daten sind im Pad gespeichert. Sein Notepad klinkt der Pilot nach dem Flug wieder aus und nimmt es mit.

Das Connected Cockpit ist eine weitere Entwicklung, an der Airbus arbeitet. Es soll gleich bei der Schulung zum Piloten eine neue Ära des Fliegens einleiten.

(Pilotenanmerkung: In diesem futuristischen Konzept fehlt leider noch das lästige Putzen des Fliegers der angesammelten Mücken.)

Und was macht die Konkurrenz? Boeing zeigt bisher offiziell nur Studien für Flugzeuge mit Elektroantrieb. Aber Konkurrenz treibt gerade in der Technik gerne den Fortschritt an.

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Das anvisierte Datenblatt für den E-Fan 2.0

Max. Abfluggewicht: unter 600 kg (LSA)  
Max. Flugdauer pro Flug: 1 Stunde + 30 Minuten Reserve  
Verfügbarkeit (durch Nachladen):
5 Flugstunden pro Tag
 
Spannweite: 10,98 m  
Länge: 5,67 m  
Höhe: 1,68 m

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alle Fotos, wenn nicht anders gekennzeichnet (c) Airbus

9 Gedanken zu “E-Plane: Die Zukunft des Flugzeugs

  1. PeterD 16. August 2016 / 15:15

    Interessanter Artikel! Das große Problem bleibt halt die Energiedichte, bzw. Masse pro Energieeinheit. Ein Li-Ionen-Akku liegt bei ca. 0,65 MJ/kg, ein kg Diesel (Kerosin) bei ca. 43. Die ganze Akku-Entwicklung ist aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe absehbar – es gibt einfach physikalische Grenzen, man wird das alles vielleicht noch verdoppeln können, aber dann bleibt immer noch eine gewaltige Lücke und Gewicht ist ja, wie beschrieben, das A und O in der Luftfahrt.

    Dennoch, für Kleinflugzeuge gibt es vielleicht trotzdem eine Anwendung, die paradoxerweise ev. sinnvoller ist, als E-Autos (die mit Akku betrieben werden). Ein Kurzstreckenflug mit einem Kleinflugzeug ist wesentlich planbarer als mit einem Auto. Man kann also deutlich näher an die Grenzen des Akkus gehen. Flugplätze mit Ladestationen zu versehen, dürfte von der Infrastruktur überschaubarer sein als bei E-Autos. Die lange Ladezeit würde eine viel geringere Rolle spielen.

    Interessant übrigens das Konzept des Volocopters, der dem klassischen Hubschrauber Konkurrenz machen könnte.

    http://e-volo.de/

    Durch die deutlich reduzierte Komplexizität (Getriebe, Steuermechanik, Turbine) und höheren Wirkungsgrad der kleinen E-Motoren spart man enorm Gewicht, was man dann vom Akku abziehen kann.

    Passagierflugzeuge mit E-Antrieb, so Richtung A320? Never! 😉

    Technisch vielleicht machbar, ökonomisch niemals, solange es die Kerosinkonkurrenz gibt und man auf Akkus setzt. Was ja noch hinzukommt: Bei Akkus muss das Startgewicht dem Landegewicht gleichsetzen, was noch zusätzlich einen Nachteil bedeutet. Und im Notfall Akkus dumpen kommt sicher auch nicht so gut 😉

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    • Helga Kleisny 17. August 2016 / 12:35

      Danke für den informativen Kommentar. Vieles sehe ich auch so.

      Aber das nicht:

      Ein Kurzstreckenflug mit einem Kleinflugzeug ist wesentlich planbarer als mit einem Auto.

      und wesentlich gefährlicher mit Li-Ionen-Akkus (danke für die Bezeichnung Akku, ich hatte mich der Mehrheit gebeugt), siehe oben und auch FAZ gestern
      Im Flugzeug kann man halt nicht mal eben, weil es brennt, schnell stehenbleiben und aussteigen…

      Tatsache ist, dass es über kurz oder lang (und da mittlerweile eher kurz im technischen Sinn) kein Avgas mehr geben wird. Man also dringend eine Lösung braucht.
      Ich sehe die zurzeit auch noch nicht im E-Antrieb, aber ich finde die praktische Forschung dazu schon mal einen Ansatz und daher habe ich dem E-Plane den Beitrag gewidmet. Mit dem Kopf in den Sand stecken kommen wir nicht weiter.

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  2. gedankenknick 18. August 2016 / 12:33

    Gibt es irgendwo eine Information, welchen Energiespeicher das Gerät verwendet? NiCd- und NiMH-Akkus haben Probleme mit Memory-Effekt, Schnelladung und Energiedichte; Li-Akkus (egal welche Bauform) haben (derzeit noch?) das schon mehrfach angesprochene Kurzschluss-Problem. Und Blei-Akkumulatoren… nun ja. 😉

    Eventuell könnte man man den Strom via Brennstoffzelle und Wasserstoff gewinnen. Wasserstofftanks sind nicht schwer und verhältnismäßig klein, H2 läßt sich halbwegs gut transportieren und auch leidlich gut händeln. Voraussetzung wäre m.E. aber eine verbesserte Brennstoffzelle mit höherem Wirkungsgrad als aktuell erhältlich, insbesondere in Hinblick auf die Abwärme, die bei dem Prozess entsteht; eventuell kombiniert mit einem (kleineren) Akkumulator zur Pufferung/Boosterung der Elektroleistung und vielleicht noch zusätzlich mit einer Abwärmeverwendung z.B. via Sterlingmotor, was die Sache aber wieder komplexer und mechanisch anspruchsvoller macht…

    Das mit dem „einklickbaren“ Notebook (oder vielleicht eher „Flugplanungs, -navigantions- & -aufzeichnungsmodul) ist zwar eine schöne Idee, jedoch vermute ich wird da wohl noch einiges an Ingenieursstunden in die Flugfreigabezertifizierung fließen müssen. Allein die Anbindung an die Bordsysteme stelle ich mir nicht so einfach als „Einklicken des Moduls“ vor, einfach weil ich solche Stecker aus dem Industriebereich aus sicherheitstechnischen Gründen meistens nur „verschaubt gesichert“ kenne – z.B. wegen Vibrationen. Ein anderes Problem ist dann natürlich auch die Absicherung gegen Maleware u.ä., wenn ich ein teilweise via Internet (o.ä.) zugängliches System an neuralgische Punkte eines Fluggeräts ankoppele. Gabs da nicht schon mal einen Fall, wo sich ein IT-ler und Pilot via Handy an Bord einer Passagierlinienmaschine in selbige Maschine gehackt hatte, nur um zu zeigen, dass das geht? Na gut, es war „nur“ simuliert… Wenn ich allerdings sehe, dass zum Teil Auto-Steuerungscomputer mit via Radio übertragenem Schadcode hackbar sind, wird mit bei einem Flugzeug ganz schwummerig… Sicherlich alles Probleme, die sich mit passender hard- und softwareseitiger Entwicklung in den Griff bekommen lassen, aber ist Airbus wirklich schon so nah an der Serienreife?

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    • Helga Kleisny 18. August 2016 / 15:14

      Gibt es irgendwo eine Information, welchen Energiespeicher das Gerät verwendet?

      Für den Demonstrator zurzeit Li-Ionen Akku, Typ 18650.
      Für den E-Fan 2.0 und E-Fan 4.0 (Viersitzer) steht in allen mir vorliegenden englischen Spezifikationen nur allgemein Battery (also Akku) als Energiespeicher.
      Ich denke, Airbus lässt sich das offen und will den besten dann verfügbaren einsetzen. Was immer dann die Technik dahinter ist.

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  3. PeterD 19. August 2016 / 19:06

    >>Mit dem Kopf in den Sand stecken kommen wir nicht weiter.>>

    Nee, aber ihn nur gen Himmel strecken auch nicht 😉

    Also, mit dem Akku, da hab ich mich dann auch mal gebeugt, ist hat so, mit der Sprache.

    Möchte aber ein Gegenwort geben: Gefährlichkeit und Planbarkeit sind keine grundsätzlich widersprechende Dinge. Das eine ist ein technisches Problem, das andere ein situatives.

    Freilich ist das momentan nicht beruhigend, aber Boeing scheint das ja auch in den Griff bekommen zu haben. Ich gehe halt einfach von einer theoretischen Machbarkeit aus, und gleichzeitig von einer ökonomischen Unmöglichkeit, was größere Flugzeuge betrifft.

    Die technische Anwendung ist ja immer von einem Kontext abhängig, kein Ingenieur käme auf die Idee, einen kleinen Verbrennungsmotor als Fensterheber in einem Auto einzubauen, was durchaus möglich wäre.

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    • Helga Kleisny 20. August 2016 / 9:35

      Da ist noch ein gravierender Unterschied:
      Boeing hat meines Wissens keinen elektrischen alleinigen Antrieb für ein Flugzeug „im Angebot“.

      Die Akkus beim Dreamliner sind für Geräte an Bord, ohne die das Flugzeug zumindest physisch weiterfliegen kann. Zugegeben, wenn es nicht brennt …

      Wenn bei einer Einmot der Motor brennt, bleiben wenig Optionen.

      Wofür ich welche Ausfallmöglichkeit/Gefahr in Kauf nehme, macht einen Unterschied.

      Aber nochmals: ich finde es unbedingt notwendig, technisch, also mit Forschung, an diesem Thema zu arbeiten; was immer nach all den Rückschlägen dabei herauskommt. Dass der derzeitige Stand nicht der Weisheit (und Sicherheit) letzter Schluss ist, ist den Entwicklern bei Airbus auch bekannt.

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  4. PeterD 20. August 2016 / 14:41

    Janee, alleinigen Elektroantrieb sicher nicht 😉 , aber die Teile bei Boeing sind dann doch nicht ganz unwichtig und vor allem eine Gefahrenquelle, ich sehe das ja genau so. Es ist eine dieser widersprechenden Anforderungen, Energiedichte zu erhöhen bedeutet auch, dass es gefährlicher wird. Wenigstens bei Akkus.

    Der Elektromotor ist dem Kolbenmotor in Prinzip deutlich überlegen, bei Flugmotoren hat man ja diverse Kopfstände gemacht mit doppelten Zündanlagen, der Gemischproblematik etc. bis das so richtig sicher wurde. Aber: Es ist halt immer der Energiespeicher, der das Problem darstellt.

    Dieselloks fahren (meist) elektrisch, moderne Kreuzfahrtschiffe haben oft elektrischen Antrieb. Aber die Energiequelle ist halt nie ein Akku, sondern meist ein Dieselmotor.

    Im Kleinflugzeugbereich könnte dieses Hybrid-Konzept ev. auch eine Chance haben, man kann Akkus als Puffer verwenden, die nicht diese grenzwertige Gefährlichkeit haben. Ne Starterbatterie hat ja eine Einmotorige auch.

    Man wird sehen, und auf jeden Fall: Ja, forschen, forschen, forschen.

    N.B.: Was bei der Thematik halt gerne übersehen wird, ist die Skalierung von Technologien. Die e-Bikes, die gerade in Mode kommen, sind super, weil die Dimensionierung passt. Bei Großflugzeugen undenkbar. Ich meinte halt, dass es bei Kleinflugzeugen so ein Fenster geben könnte, wo das alles sinnvoll ist.

    Na, ich warte gespannt 😉

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  5. Onno Onnen 22. August 2016 / 11:17

    Es ist erkennbar unsinnig, sich wegen der Energiedichte-Problematik mit Elektroflug zu beschäftigen. Wenn E-Autis Rechweiten von 700km haben, kann man das frühestens wieder aufgreifen.

    Was vielleicht SInn machen könnte, wären elektrische Radantriebe fürs Rollen (mit Rekuperation bei der Landung). Das könnte unterm Strich für Kurzstreckenflieger (viel Rollzeit, kurze Flüge) sinnvoll sein. Akkus braucht man dann nur für das Losbrechmoment und die anfängiche Beschleunigung aus dem Stand zum Rollen, Rest dann mit APU. Rückwärts Roillen wäre dann auch möglich, ohne das Terminal wegzublasen, falls das Jemand braucht. Man könnte – schlaue Steuerung vorausgesetzt, dann auf die Pusher verzichten.

    Pads Integration:
    Würde ich mit höchster Vorsicht angehen, soweit dafür generischen Hard+ und Software eingesetzt werden: Virus und Hack-Gefahr einfach zu groß.

    Außerdem halte ich es für höchst kritsch, wenn das FMS „von Außen“ per Schnittstelle kontrolliert werden kann (nichts anderes wäre das ja).

    Nach dem Flug allerdings alle Daten aufs Pad zu laden ist sicher sinnvoll und völlig unkrtisch.

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    • Helga Kleisny 22. August 2016 / 11:48

      Was vielleicht SInn machen könnte, wären elektrische Radantriebe fürs Rollen

      Das ist meines Wissens bereits im Test für Verkehrsflugzeuge, also „die großen“, platt ausgedrückt.

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