Die Elektrifizierung von Flugzeugsystemen zählt zu den wichtigsten Innovationsfeldern der modernen Luftfahrt. Sie reicht weit über die reine Energieversorgung hinaus und transformiert insbesondere die Antriebstechnik grundlegend. Funktionen, die früher mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch realisiert wurden, werden zunehmend elektrisch gesteuert und angetrieben. Diese Entwicklung führt zu einer effizienteren Systemarchitektur, eröffnet neue technische Möglichkeiten und verändert die gesamte Struktur der Antriebssysteme an Bord maßgeblich.
Ziel bis 2040:
Das zentrale Ziel bei der Weiterentwicklung elektrischer Antriebe liegt in der signifikanten Reduzierung von Antriebsleistung und Energiebedarf. Besonders bei Flugsteuerungsaktuatoren müssen Dynamik und Stellbereich optimal an neue Einsatzprofile angepasst werden. Gleichzeitig gilt es, die Leistungsdichte der Leistungselektronik zu steigern, um das Systemgewicht trotz wachsender Funktionalität stabil zu halten. Für höhere Leistungsbereiche bietet sich die lokale elektrische Erzeugung von hydraulischer Energie an, um die Vorteile beider Technologien zu vereinen.
Die technologischen Grundlagen für elektrische Antriebe sind vielseitig und innovativ. Im Segment der Flugsteuerung etablieren sich elektromechanische Antriebe, vor allem in kleineren und mittleren Leistungsklassen, zunehmend. Hierbei ermöglichen moderne Fertigungstechnologien wie der 3D-Druck erhebliche Vorteile bei Bauraum und Gewicht. Alternativ gewinnen lokal elektrische Hydrauliksysteme (Elektro-Hydraulische Aktuatoren, EHAs) an Bedeutung: Sie kombinieren hohe Leistungsdichte mit modularer Bauweise und minimieren Einbauprobleme. Diese Aktuatoren, die bisher häufig im Standby-Betrieb als Backup-Systeme genutzt werden, müssen für den Dauerbetrieb hinsichtlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer weiterentwickelt werden – sogenannte „Longlife EHA“-Systeme. Parallel dazu gewinnt die lokale Umwandlung elektrischer Energie in hydraulische Energie an Bedeutung, insbesondere für Flugsteuerung und andere Verbraucher. Innovative Steuerungslogiken wie „Power on Demand“, „Load Sharing“ und „SMARTe“ Funktionen verbessern dabei Effizienz und Flexibilität. Langfristig versprechen supraleitende Materialien neue Perspektiven, um getriebelose Direktantriebe mit extrem hohen Leistungsdichten zu realisieren.
Anwendungsbereiche
Elektrische Antriebe kommen in einer Vielzahl von Flugzeugsystemen zum Einsatz. Dazu zählen elektrische Stellantriebe in der Flugsteuerung und im Fahrwerk, multifunktionale Leistungselektroniken für die elektrische Klimatisierung sowie Triebwerkstarts. Im Bereich der Drehflügler ergeben sich besondere Herausforderungen: Die Übertragung höherer elektrischer Leistungen in den drehenden Rotor erfordert neue Technologien für aktive Antriebskomponenten. Zudem werden strukturintegrierte Lösungen für Momentenerzeuger der Flugsteuerung erwartet, die mittelfristig – etwa zwischen 2030 und 2050 – zur Serienreife gelangen.
Elektrische Antriebe nehmen eine Schlüsselstellung in der Luftfahrtforschung ein. Sie sind entscheidend für die Reduzierung des Energieverbrauchs und die Ermöglichung neuartiger Flugzeugfunktionen. Ein zentraler Forschungsfokus liegt auf der Entwicklung langlebiger und zuverlässiger „Longlife EHA“-Systeme für den Dauerbetrieb. Darüber hinaus sind die Steigerung der Leistungsdichte leichter, hocheffizienter und leistungsstarker Wechselrichter sowie die Erforschung innovativer E-Motorenkonzepte essenziell. Hierbei spielen neue magnetische Werkstoffe, reduzierte Nutzung seltener Erden, neue Motor-Topologien und hochintegrierte Designs eine zentrale Rolle. Die Untersuchung supraleitender Materialien zur Umsetzung getriebeloser Direktantriebe stellt einen zukunftsweisenden, langfristigen Forschungsschwerpunkt dar.
Die Elektrifizierung der Antriebssysteme ist ein fundamentaler Baustein für die künftige Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit der Luftfahrt. Fortschritte bei elektrischen Antrieben ermöglichen es, Gewicht und Energieverbrauch deutlich zu reduzieren, die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen und neue Flugzeugkonzepte zu realisieren. Durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung in diesem Bereich kann die Luftfahrt ihre Umweltbilanz verbessern und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit zukünftiger Flugzeuge maßgeblich steigern.
