Fallbeispiel
Die Zukunft der Luftfahrt
TE hat den 150. Geburtstag von Orville Wright mit einem Blick auf die Technologie, die Innovationen im Luftfahrtdesign ermöglicht, gefeiert.
Autor
Matt McAlonis, Engineering Fellow, Aerospace
Als Pioniere der Luftfahrt waren Orville und sein älterer Bruder Wilbur die ersten, die ein mechanisch angetriebenes Flugzeug bauten und flogen: den berühmten zweiflügeligen „Doppeldecker“. Wir haben einen langen Weg zurückgelegt, seitdem wir das erste mal mit den Doppeldeckern mit Flügeln aus Stoff flogen. Der entschlossene Geist der Gebrüder Wright und ihre hohen Ansprüche an die Technik leiten auch heute noch die Visionäre der Luftfahrt, wenn es darum geht, komplexe Herausforderungen zu meistern und Fortschritte auf dem Gebiet des Fliegens zu erzielen.
Wiedereröffnung nach der globalen Pandemie
Die jüngste weltweite Pandemie hat die kommerzielle Luftfahrt und die dazugehörige Industrie ganz besonders hart getroffen. Nach Angaben von Cirium zählte die weltweite Verkehrsflugzeugflotte im Januar 2020 fast 25.000 Flugzeuge – und vier Monate später waren zwei Drittel von ihnen am Boden. Zu den Strategien zur Bewältigung dieser Herausforderung gehören:
1. Bereitstellung zusätzlicher Inspektionen und Wartungsarbeiten, um Tausende von an den Boden geketteten Flugzeugen wieder in Betrieb zu nehmen. Flugzeuge, die längere Zeit nicht geflogen sind, müssen auf Korrosion, Verwitterung, Staub, unerwünschte Bewohner wie Insekten und nistende Vögel und andere Umweltbelastungen untersucht werden, welche die geparkten Flugzeuge beeinträchtigen.1
2. Die Optimierung der Kabinenumgebung zur Förderung der Gesundheit der Passagiere bedeutet den Einsatz bewährter und neuer Technologien, wie z. B. verbesserte Hygieneprozesse in den Passagierbereichen zwischen den Flügen, die fortgesetzte Verwendung von hocheffizienten Partikel-Luftfiltern (High Efficiency Particulate Air; HEPA) in Krankenhausqualität, um etwa 50 Prozent gefilterte Luft mit 50 Prozent Außenluft für bis zu 30 Luftwechsel pro Stunde zu mischen, und nicht zuletzt auch den Einsatz neuer Datenmodelle zur Optimierung der Sitz- und Atemzonen der Passagiere.2
Da immer mehr Reisende in die Lüfte zurückkehren, steigt nicht nur der Wartungsaufwand für die Flotte und die Erwartungen der Passagiere an eine saubere Kabinenumgebung, sondern auch der Wunsch der Branche nach weiteren Innovationen.
Entwicklungen im Bereich der Konnektivität von Fluggästen
1903 gelang den Gebrüdern Wright der erste motorisierte, anhaltende und kontrollierte Flugzeugflug. Damals bestand die große Neuigkeit darin, einfach in der Luft bleiben zu können.
Heutzutage erwarten Passagiere Zugang zu den Nachrichten und mehr mit nahtloser Verbindung zum Internet, sozialen Medien und Bordunterhaltung. Folgendes ist erforderlich, um Fluggäste zu verbinden:
1. Bau von Flugzeugen mit „Back End“-Systemen, die kabelgebundene und drahtlose Schnittstellen unterstützen, damit die Passagiere ihr eigenes Gerät unabhängig vom Betriebssystem verwenden können.
2. Unterstützung höherer Bandbreiten durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitskabeln und -leitungen, einschließlich Glasfaserkabeln, die Gigahertz-Geschwindigkeiten ermöglichen, um Videostreaming zu ermöglichen.
Der Schallflug trifft auf Entwicklungen der Nachhaltigkeit
Der letzte Flug der Concorde fand vor 20 Jahren statt. Die Renaissance der Überschall-Passagierjets, mit denen man doppelt so schnell reisen kann, überschneidet sich nun mit der zunehmenden Besorgnis über die Auswirkungen des Flugverkehrs auf die Umwelt. Die Luftfahrtinnovatoren von heute reagieren darauf mit technischen und nachhaltigen Fortschritten, die auf Null-Emissionsziele abzielen und Folgendes beinhalten:
1. Formulierung nachhaltiger Flugkraftstoffe – wie Biokraftstoffe und synthetisches Kerosin – zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen und zur Schaffung eines „grüneren Himmels“.
2. Leichtere Flugzeuge durch den Einsatz innovativer Materialien und miniaturisierter Elektronik, die zur Gewichtsreduzierung und zur Senkung von Treibstoffkosten und -verbrauch beitragen. Für jedes eingesparte Kilogramm Kerosin werden 3,16 Kilogramm CO2-Emissionen vermieden.4
Entwicklungen im Bereich des elektrischen Fliegens
So wie Elektrofahrzeuge die Automobilindustrie revolutionieren, können Elektroflugzeuge die Nachhaltigkeit und den Komfort von Flugreisen verbessern. Das Fliegen über Städten und Vororten vermeidet Verkehrsstaus und der Einsatz von elektrischen Drehflüglern reduziert Lärm und CO2-Emissionen erheblich.
Die Entwicklung praktischer „Lufttaxis“ oder elektrisch angetriebener Senkrechtstarter und -landefahrzeuge (eVTOL) stellt jedoch eine Reihe neuer und komplexer Herausforderungen dar, darunter:
1. Das Navigieren in einer Höhe von nur 150 Metern (500 Fuß) über eine Stadtlandschaft von 50 Meilen stellt neue Anforderungen an die Flugsicherung, Sensoren, Datenverarbeitung und Konnektivität. Der Transfer von Technologien aus der Verteidigungs- und Luftfahrtindustrie – wie Hochgeschwindigkeits-Switch-Fabric-Backplanes und optische Verbindungen – kann die immense Bandbreite bereitstellen, die für die autonome UAM-Navigation benötigt wird.
2. Das Aufladen der Batterien für eVTOL- und UAM/AAM-Flugzeuge muss in Minuten anstelle von Stunden erfolgen, damit kommerzielles Fliegen mit Elektroantrieb finanziell machbar ist. Spezielle Kabel, Schütze und Schalter können die hohen Spannungen, Stromstärken und Temperaturen bewältigen, die beim Schnellladen auftreten. Gewichtsreduzierung, Energiedichte und Schnellladung der Batterien sind reif für Innovationen. Es werden Batteriedesigns und -formulierungen entwickelt, die Spitzenleistung für Starts und Landungen liefern, ohne die Flugzeugzelle übermäßig zu belasten. Es handelt sich hier um einen Kompromiss zwischen Gewicht und Leistung, der den Brüdern Wright wohl bekannt war.
Laut der EVTOL-Ausgabe Februar/März 2021 des Magazins Avionics digital haben die Unternehmen der Luftmobilität im Jahr 2020 zusätzliche private Investitionen in Höhe von 1,3 Mrd. US-Dollar aufgebracht – ein Anstieg von 80 % gegenüber 2019.5
Bis zur Unendlichkeit und darüber hinaus
Vor kurzem haben wir mit dem Aufkommen der kommerziellen Raumfahrt eine völlig neue Ära in der Luftfahrt erlebt. Es wird spannend sein zu sehen, wie sich dieser neue Bereich der Luftfahrt entwickelt und wie wir weiterhin innovativ sein können, während die Branche weiter wächst.
Trotz der jüngsten Herausforderungen geht die Innovation in der Luftfahrt mit der Art von kühnen Visionen für die Verbindung von Flugzeugen mit effizienteren und nachhaltigeren Technologien weiter, welche die Gebrüder Wright stolz machen würden.
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