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Foto: Messe-Friedrichshafen
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Konzept CHARGE der TU Berlin gewinnt DLR Design Challenge
Um den Luftverkehr in den nächsten Jahrzehnten klimaverträglich zu gestalten, müssen
neue Technologien vorangetrieben werden. Da Kurzstreckenflüge einen signifikanten
Anteil an den aktuellen CO2-Emissionen der Luftfahrt verursachen, griff die DLR Design
Challenge 2024 dieses Thema auf. Die Aufgabe war der Entwurf eines emissionsarmen
Luftfahrzeugs für die zukünftige Mobilität auf der Kurzstrecke. Die Jury des Deutschen
Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat dem Studierenden-Team der TU Berlin den
ersten Platz der achten DLR Design Challenge verliehen. Das Siegerteam setzte sich
bei der Abschlussveranstaltung am 8. August 2024 am DLR-Standort Hamburg-Finken-
werder gegenüber den fünf anderen teilnehmenden Teams durch.
Sechs Studierenden-Teams präsentierten bei der Abschlussveranstaltung des Wettbe-
werbs ihre Entwürfe, für die sie rund vier Monate Zeit hatten. Dabei durchliefen die Stu-
dierenden Prozesse wie beim echten Entwurf von Flugzeugen: Von der ersten Konzept-
idee über die detaillierte Ausarbeitung technischer Aspekte und deren Berechnung bis
hin zur überzeugenden Präsentation vor der Fachjury. Sie sammelten wertvolle Erfah-
rung und verknüpften ihr erlangtes Wissen mit praktischen Fähigkeiten, indem sie unter
realistischen Bedingungen arbeiteten und aktuelle Herausforderungen der Luftfahrtin-
dustrie meisterten. Die Aufgabe erforderte nicht nur technisches Know-how, sondern
auch Kreativität und Teamarbeit.
Im Laufe des Projekts investierten die Studierenden mehrere hundert Stunden in die
Entwicklung ihrer Konzepte und werden langfristig von den umfassenden Erfahrungen
sowie den Kontakten zu Experten aus der Branche profitieren. Die Design Challenge
wurde zusammen von den DLR-Instituten für Systemarchitekturen in der Luftfahrt und
Aerodynamik und Strömungstechnik ausgerichtet.
Platz eins ging an die TU-Berlin mit dem Projekt CHARGE (Carbon-neutral High-effi-
ciency Aircraft for ReGional Electric flight). Es setzt auf die Kombination aus einer Box-
Wing Konfiguration mit verteilten elektrischen Antrieben (DEP) um eine hohe aerodyna-
mische und propulsive Effizienz zu erzielen. Für die Energieversorgung setzt das Kon-
zept ausschließlich auf Batterien aufgrund des außerordentlich hohen Wirkungsgrades.
CHARGE soll 110 Passagiere auf einer Strecke von bis zu 894 Kilometern transportie-
ren können.
VoltAirs-95 ist das eingereichte Konzept der TU Braunschweig, das Platz für 95 Passa-
giere bietet. Es hat eine Auslegungsreichweite von knapp 900 Kilometern und wird von
zehn verteilten elektrischen Propellern angetrieben. Ein zusätzliches Triebwerk im Heck,
betrieben mit nachhaltigem Flugzeugkraftstoff (SAF), wird für die Reservemission einge-
setzt oder kann für eine verlängerte Flugdauer bei entfernteren Zielen hinzugeschaltet
werden. Die Batterien sind im Rumpf des Flugzeugs und den Flügeln untergebracht.
Das Flugzeugdesign ist konventionell, verfügt aber über ein V-Leitwerk. Der fensterlose
Rumpf ist mit OLED-Displays in der Kabine ausgestattet, um den Passagieren ausrei-
chend Komfort zu bieten und gleichzeitig das Strukturgewicht zu verringern.
Das Konzept HYPER (HYdrogen Powered Electric Regional aircraft) stammt von Stu-
denten der Dualen Hochschule Baden-Württembergt. HYPER ransportiert 89 Passagie-
re auf bis zu 1.250 Kilometern und verwendet eine hocheffiziente und innovative Box-
Wing Flügelanordnung. Die elektrischen Antriebe werden durch eine hybride Stromver-
sorgung gespeist: Im Reiseflug liefern Brennstoffzellen die Energie aus Flüssigwasser-
stoff, während Batterien zur Unterstützung in Flugphasen mit hohem Leistungsbedarf
bereitstehen. Zudem sorgt ein BLI-Antrieb (Boundary Layer Ingestion; Antrieb, welcher
die Rumpfnahe Strömung zur Schubgenerierung verwendet) zu einer weiteren Verbes-
serung des Antriebswirkungsgrades.
EcoAir aus Aachen von der RWTH, MOBULA der Universität Stuttgart und HydroProp
der HAW erreichten der Reihe nach die Plätze vier bis sechs. Der DLR-Design-Wettbe-
werb ist bereits die achte Ausgabe seiner Art.
"Insgesamt wurden alle eingereichten Entwürfe für innovativ und sehr kreativ befunden,
so dass alle Teams als Gewinner gelten", so die Jury während der Preisverleihung. Für
das zu entwerfende Luftfahrzeug gehörte zur Aufgabenstellung, die Indienststellung bis
Foto: ZeroAvia
12.08.2024
Know-how, Kreativität und Teamgeist als Schlüsselkompetenzen
2. Platz: TU Braunschweig mit VoltAirs-95
Die Braunschweiger Studenten setzen auf verteilte Antriebe zu konventionellem Design
1. Platz: TU Berlin mit CHARGE
Die Studierenden wendeten mehrere hundert Stunden für ihre Entwürfe auf
Aus Oberschwaben kommen sehr ungewöhnliche Vorstellungen für einen Box Wing
3. Platz: DHBW Ravensburg mit HYPER
zum Jahr 2050 einzuplanen. Ein vorgegebenes Netzwerk an europäischen Regionalrouten soll durch das
neue Flugzeug ökologisch und gleichzeitig wirtschaftlich bedienen werden können. Den Teilnehmenden
war es durch eine Analyse des Netzwerks selbst überlassen, die Reichweite und Passagierkapazität zu
wählen und somit beide Anfor-derungen optimal auszufüllen. Dazu war die Wahl des Energieträgers eben-
falls offen: Es konnte zwischen Wasserstoff, Elektrizität und nachhaltigem Flugkraftstoff in hybrider Anwen-
dung entschieden werden.
In Folge der DLR Design Challenge 2024 werden die drei bestplatzierten Teams ihre Konzepte auf dem
Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK 2024) in Hamburg präsentieren. Darüber hinaus wird das
Siegerteam seinen Entwurf auf dem Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences
(ICAS 2024) in Florenz vorstellen. Insgesamt haben 36 Studierende erfolgreich an der DLR Design Chal-
lenge 2024 teilgenommen.
„Die Luftfahrt befindet sich gegenwärtig in einem der intensivsten Transformationsprozesse ihrer Ge-
schichte. Deshalb besteht ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Dabei sieht sich das DLR
als Architekt und Integrator der Luftfahrtforschung“, betonte Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, Vor-
standsvorsitzende des DLR.
Bild: TU Braunschweig/VoltAirs-95
Bild: DHBW-Ravensburg/HYPER
Alle Entwürfe gelten als innovativ und sehr kreativ
Foto: Messe-Friedrichshafen
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Mit Sonnenkraft zu dritt rund um die Erde fliegen
Das mit Solarzellen bestückte Luftschiff SOLAR SHIP ONE soll laut dem französischen
Start-up Euro Airship schon 2026 etwa 20 Tage lang ohne fossile Brennstoffe rund um
die Erde fliegen. Ja, das Fliegen ist richtig, wie die Deutsche Zeppelin GmbH feststellte:
Zeppelin fliegen, sie fahren nicht wie Ballone. Bewegt sich ein Luftschiff in der Luft, an-
getrieben durch seine Motoren in Flugrichtung, entsteht je nach Anstellwinkel ein dyna-
mischer Auftrieb, der zum Gesamtauftrieb mit beiträgt. Beim Zeppelin NT werden z.B.
so zirka 350 kg im Flug an zusätzlichem Auftieb erzeugt. Das Luftschiff bringt 8,05
Tonnen an reinem Gewicht auf die Waage.
Euro Airship arbeitet nach eigenen Angaben seit über einem Jahrzehnt mit dem Techno-
logie- und Beratungsunternehmen Capgemini zusammen, um ihr Vorhaben eines neuen
Starrluftschiffes zu realisieren. Ihre umtriebigen Gründer Marc Senepart, Marie-Christine
Bilbow und Jean Lescat wollen zeigen, dass Langstreckenflüge ohne fossile Brennstoffe
mit Luftschiffen machbar sind und künftig auch für kommerzielle Zwecke genutzt werden
können. Als Traggas für den statischen Auftrieb wollen sie Helium, wie üblich bei allen
heutigen Luftschiffen, verwenden.
Um in der Luft wie ein Flugzeug nach vorne zu kommen, werden vier an den Seiten-
wänden angebrachte Elektromotoren das Luftschiff nach vorne bewegen. Ihre elektri-
sche Energie soll von den 4.800 Quadratmeter Solarzellen kommen, die die obere
Hälfte des Starrluftschiffes bedecken. So wie sie es auch jüngst auf der Farnborough
Airshow vorgestellt haben.
Über 40.000 Kilometer muss das Luftschiff bei der geplanten Erdumrundung zurückle-
gen. In den Nachtphasen können die Zellen den an Bord befindlichen Elektromotoren
jedoch keinen Strom zuführen. Doch der 151 Meter lange zigarrenförmige Riese, der
mit 50.000 Kubikmetern Helium in der Schwebe gehalten werden soll, benötigt sowohl
bei Nacht als auch bei vorübergehenden Wolkenabdeckungen ausreichend Strom, um
den entsprechenden Vortrieb zu erhalten. Das könnte alleine mit Pufferbatterien kom-
pensiert werden. Weil diese aber zu schwer sind, ist die Rede davon, dass man Was-
serstoff in getrennten Tanks zusätzlich an Bord nehmen wird, um bei Nacht damit die
Brennstoffzellen zu betreiben, die die Pufferbatterien und die vier Elektromotoren laden
und konstant betreiben können.
Die Reise soll dann über 25 Länder der Erde gehen. In der Passagiergondel werden
drei Personen Platz nehmen können. Bis zu 6000 Meter hoch soll es gehen, was ei-
gentlich sinnlos ist, da in diesen Höhen Sauerstoff benötigt würde. Man musste aller-
dings auch nicht lange suchen, um ein geeignetes Pilotenteam für das Projekt des
SOLAR SHIP ONE zu gewinnen. Mit an Bord sind neben dem Umweltpionier und Aben-
teurer Bertrand Piccard, der bereits zwei Weltumrundungen mit einem Heißluftballon
und dem Experimentalflugzeug Solar Impulse absolviert hat, auch Dorine Bourneton
und Michel Tognini. Als erste Kunstflugpilotin mit Gehbehinderung (überlebte mit 16
Jahren einen Flugzeugabsturz), und Tognini, ehemaliger Kampfpilot der französischen
Luftwaffe und Astronaut der Europäischen Weltraumorganisation, bringen die beiden die
notwendige Erfahrung für das Projekt mit.
Das Projekt des französischen Start-ups scheint jedoch nur der Auftakt einer Reihe
neuer Innovationen zu sein. Der Aufbau des Starrluftschiffes unterscheidet sich nur
Foto: ZeroAvia
29.07.2024
Luftschiff-Langstreckenfüge ohne fossile Brennstoffe
Ein starkes Team mit Bertrand Piccard
Menschen, die mit Solar-Luftschiff Geschichte schreiben könnten: Bernard Piccard,
Dorine Bourneton und Michel Tognini. Bilder von links nach rechts (Quelle: Solar Airship)
Brennstoffzellen-System als Range-Extender
4.800 Quadratmeter Solarzellen liefern Strom für vier Elektromotoren
Das Solar Airship ist eine Idee von Euro Airship in Pau/Südfrankreich, die in erster Linie
an der Umsetzung der Tragekonstruktion mit Capgemini zusammenarbeiten
Solarbetreiebene Luftschiffe könnten Schule machen
unwesentlich von dem der Zeppeline NT, auch wenn das Unternehmen Euro Airship es als große neue Er-
kenntnis darstellt. In den letzten Jahren haben Luftschifftechnologien auch bei einigen anderen Unterneh-
men Interesse geweckt. Neben Euro Airship arbeiten derzeit auch das französische Unternehmen „Flying
Whale“ und das britische Start-up „Hybrid Air Vehicles“ an elektrischen Luftschiffen und auch bei der Zep-
pelin Luftschifftechnik GmbH am Bodensee verschließt man sich nicht der neuen Antriebstechnologie.
Zumindest haben sie gemeinsam an einem LuFo-Projekt mit der Universität Stuttgart gearbeitet, was aber
aus Haushaltsgründen leider eingestellt werden musste.
Bild: Solar Airship
Drei weitere Vorschläge kamen aus Aachen, Stuttgart und Hamburg
Weitere Chancen für die Bestplatzierten
Es bestehe ein hoher Forschungs- und Entwicklungsbedarf, so die Vorstandssitzende des DLR
Foto: Messe-Friedrichshafen
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Erster neukonzipierter Wasserstoffflieger aus der Halle gerollt
Apus sind die flinken Mauersegler, die im Sommer sich elegant am Himmel bewegen
und sich nur höchstselten am Boden aufhalten. Damit Menschen möglichst CO2-frei in
die Luft kommen, ist der Aufwand durchaus höher als ein paar Flügelschläge. Die bran-
denburgische Firma nahm sich des Namen Apus an und wählte auch ihr Logo für alles,
was unter ihrer Regie in den Himmel steigen soll. Dahinter steht inzwischen ein 70-köpf-
iges Entwicklungs- und Werksteam, was seit seiner Gründung vor 10 Jahren nun mit
dem Roll-out seines Experimentalflugzeugs APUS i-2 am 6. September 2024 für die
Fliegerei weltweit Revolutionierendes präsentierte.
Ort des Geschehnisses war der ehemalige Segelflug- und Militärflugplatz Strausberg,
wo sich bis zur Wende die Luftstreitkräfte der NVA und ab 1990 noch für zwei Jahre das
Lufttransportgeschwader 65 der Luftwaffe aufhielten. Anschließend kam die Firma
Stemme, die auch die jungen Ingenieure der Berliner Technischen Universität, wie Phil-
lip Scheffel beschäftigten, heutiger CEO der neugegründeten APUS-Group.
APUS steht in erster Linie für Innovationen. So entwickelte oder verbesserte APUS zum
Beispiel auch konventionelle Flugmotoren und so werkelt man an Conti-Flugmotoren,
die in serienmäßige Cessnas Verwendung bei niedrigerem Verbrauch Verwendung
finden könnten.
Doch Mittelpunkt und Schwerpunkt ist derzeit das zweimotorige Flugzeugprojekt, des-
sen schwedische PowerCell Brennstoffzellen Puffer-Batterien laden und die im Flug die
zwei 135 kW Rolls-Royce E-Motoren direkt antreiben. Rumpf, Flügel und Leitwerk sind
Carbon-Sandwichkonstruktionen. Eine Stahlrohrkonstruktion nimmt die Energieeinheit
komplett im Nasenbereich auf, während sich die Pufferbatterien im Schwerpunktbereich
der Rumpfwanne befinden. Brennstoffzellen können übrigens nie direkt die E-Motoren
antreiben! Deswegen müssen immer kleinere Pufferbatterien zwischengeschaltet wer-
den, was allerdings auch den Vorteil hat, dass beim Start theoretisch eine etwas höhere
Gesamtleistung zur Verfügung steht.
Packen andere Hersteller ihre Wasserstofftanks lieber in Kugeltanks, so hat sich das
Strausberger Ingenieursteam eine etwas ungewöhnliche Art der Druckwasserstoffauf-
nahme erdacht. Die vier runden zylindrischen Tanks auf jeder Flügelhälfte sind als
Holmtanks erdacht, die selbstverständlich im Flug auch hohe Biegelasten aufnehmen
müssen. 350 bar sind angedacht. „Mira“, so heißt das viersitzige Flugzeug jetzt, soll mit
23 Kilo Wasserstoff etwa 926 Kilometer weit kommen (500 nm) und das mit einer Lan-
debahnlänge von maximal 750 Meter auskommen soll. Eine Steiggeschwindigkeit von
6,26 m/s (1,232 fpm) und Reisegeschwindigkeit annähernd 300 km/h (160 kts) sind die
Eckdaten für das 2, 2 Tonnen schwere Flugzeug. In etwa drei Monaten, noch vor Jah-
resende soll nach verschiedenen Bodentests einschließlich erster Rollversuche unter
Umständen der Erstflug erfolgen. Damit wäre „Mira“ das erste vollkommen neu konstru-
ierte Wasserstoffflugzeug der Welt. Eine vergrößerte Version ist ebenfalls angedacht.
Geschafft hat das eine bis auf 70 Mann vergrößerte Mannschaft, die auch weiterhin nur
Entwicklungen betreibt und keine Serienflugzeuge aus den neuen Hallen ausspuckt.
Unterstützt und finanziert wird sie dabei von großen Firmen wie etwa Rolls-Royce, pri-
vaten Förderern, aber auch aus Bundes- und Landesmitteln. Professor Dr. Jörg Stein-
bach, Minister für Wirtschaft, Arbeit und Energie des Landes Brandenburger, sozusagen
auch Freund des Hauses APUS, ließ es sich nicht nehmen, die feierliche Eröffnung der
Roll-out-Zeremonie zusammen mit CEO Phillip Scheffel vor allen Mitarbeitern und gela-
denen Gästen vorzunehmen.
Selbstverständlich besitzt „Mira“ ein modernes Glascockpit. Phillip Scheffel skizzierte in
seiner Rede zum Roll-out den harten Weg zum Wasserstoff-Flugzeug, der eigentlich
nach seiner Tätigkeit bei Stemme 2014 begann. Beteiligt waren dabei drei weiteren Ge-
sellschafter. Mit Kleinaufträgen arbeitete man sich hoch, doch erst vor drei Jahren konn-
te man das Gesamtprogramm umweltfreundlicher Flugzeuge, beginnend mit der APUS
i2, starten. Angewachsen von 30 auf 70 Mitarbeiter sucht man schon jetzt nach weiteren
Experten und Expertinnen vom Elektromechaniker über Elektroingenieure und Flug-
zeugbauern bis hin zu Marketing-Experten, denn in den Köpfen der Betriebsführung rei-
fen schon die Ideen für andere Antriebsarten, andere Einsatzaufgaben und durchaus
auch noch größere Maschinen „Mira“ nach CS 23 ausgelegt, sei nur der Anfang.
Bis 2027 möchte man die EASA-Zulassung in der Tasche haben, so Scheffel. Auch
könnte man dann durchaus Flüge zwischen dem Firmensitz in Strausberg bei Berlin
nach Sylt und Friedrichshafen am Bodensee durchführen. Doch rückt dann erst noch
das Problem mit der Wasserstoffversorgung mit den Flugplatzinfrastrukturen in den
Vordergrund. Ohne Elektroladestelle und Wasserstofftankstelle an den Flugplätzen und
Flughäfen sind Wasserstoffflugzeuge wie die kleinen flinken Schwalben (Apus), die am
Boden etwas schwerfällig sind.
Foto: ZeroAvia
09.09.2024
Vom jahrzehntelangen Militär- zum Forschungsflugplatz
„Mira“ bietet großartige Perspektiven
Offene Bugnase, in der sich ein Wirrwarr von Leitungen mit den Brennstoffzellen verbirgt
Womit man Strom aus Wasserstoff macht
APUS steht für Innovationen
Ohne große Unterstützung keine Flugzeugneukonstruktion für H2-Antrieb
Sollen eines Tages Flugzeuge mit bis zu 150 Sitzen einmal zwischen den Verkehrsflughäfen pendeln
wollen, müssen überall erst einmal die Bagger kommen und neue Leitungen für Strom und Wasserstoff
verlegen. Da hat es die Natur doch einfacher und ganz besonders die kleinen Apodis.
Foto: H. Penner
Die angestrebte Zertifizierung der EASA bis 2027 erscheint realistisch
Steiniger Weg während des Aufbaus von APUS
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Letzte Integrationsarbeiten am Rolls-Royce-Antriebsstrang anstelle eines Verbrenners
Foto: APUS Zero Emission
Als grazile Schönheit zeigte sich die zweimotorige „Mira“ nach dem Roll-out in Strausberg
Foto: H. Penner
Elektrisches Fliegen - die Zukunftsperspektive
Elektrisches Fliegen - die Zukunftsperspektive
Wenn Studenten entscheiden dürften
Bild: TU-Berlin/CHARGE
Hauptsache die Sonne scheint
Bild: Solar Airship
Fliegen ohne Kerosin wird Realität
Foto: APUS Zero Emission