Die Umstellung der Flugzeugsysteme auf eine einzige Energieform, die elektrische Energie, bildet die Grundlage, um den Energieerzeugungsaufwand zu minimieren und die Verteilung effizient zu steuern. Dieser Trend, weg von mechanisch, pneumatisch und hydraulisch angetriebenen Systemen hin zur Elektrifizierung, ist einer der weitreichendsten Wandlungsprozesse in der zivilen Luftfahrt. Er ermöglicht nicht nur eine “einfachere” und effizientere Flugzeugsystemarchitektur, sondern auch weitreichende neue und teilautomatisierte Funktionen, die den Flugbetrieb sicherer und effizienter machen.
Ziel bis 2040:
Das Hauptziel der “More-electric Aircraft Systems” ist es, den Energieerzeugungsaufwand zu minimieren und die Energieverteilung an Bord effizient zu steuern, indem alle Flugzeugsysteme auf elektrische Energie umgestellt werden. Insbesondere soll die Zapfluftentnahme für die Klimaanlage, die als größter Einzelverbraucher nicht-propulsiver Energie gilt, reduziert oder ganz ersetzt werden. Gleichzeitig muss eine signifikante Gewichtszunahme der installierten Energieerzeuger vermieden werden.
Die technologischen Grundlagen für “More-electric Aircraft Systems” basieren auf der konsequenten Elektrifizierung traditionell nicht-elektrischer Systeme. Dazu gehören die elektrische Klimaanlage und “Less Bleed”-Architekturen, die die Triebwerkszapfluft durch Elektrizität ersetzen. Weitere Schlüsseltechnologien sind elektrische Fahrwerkssysteme, die triebwerksunabhängiges Rollen ermöglichen, sowie die elektrische Enteisung von Flügeln, Rotoren und Rumpfstrukturen. Auch elektromechanische und elektrohydrostatische Flugsteuerungsaktuatoren sind entscheidend, ergänzt durch dezentrale Hydraulikversorgung und ein optimiertes Energie- und Verlustleistungsmanagement. Die Herausforderungen bei der Klimaanlage liegen in der Aufbereitung des Arbeitsmediums Luft und der Optimierung von Antriebsstrangmotor und Leistungselektronik zur Gewichtskontrolle.
“More-electric Aircraft Systems” finden bereits in Flugzeugen der jüngsten Generation Anwendung, etwa in der Flugsteuerung, beim Fahrwerk und in der Klimatisierung. Der Übergang von der zapfluftgestützten Klimaanlage zu einer Anlage mit elektrisch angetriebenen Kompressoren begann bereits mit der Boeing B787.
Für das triebwerksunabhängige Rollen werden nachrüstbare Lösungen am Hauptfahrwerk entwickelt, während bei Neuentwicklungen die Integration von Radnabenlösungen von Anfang an in die Konfiguration möglich wird. Diese Systeme sind entscheidend für die Reduktion von Emissionen und ermöglichen einen schlepperlosen Wartungsbetrieb am Boden.
Für die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo ist die Entwicklung von “More-electric Aircraft Systems” von zentraler Bedeutung, da sie direkt auf die Reduzierung des Energiebedarfs und der Emissionen abzielt. Die Forschung muss sich auf die Entwicklung von “Less Bleed”-Architekturen konzentrieren, um die Herausforderungen des Systemgewichts im Vergleich zu rein elektrischen “Bleedless”-Architekturen zu meistern. Darüber hinaus sind intelligente, funktionsintegrierte und bedarfsgerechte Luftverteilungskonzepte zu erforschen. Die Integration bordseitiger Lösungen in das Fahrwerk zur Gewährleistung einer hohen Verfügbarkeit des elektrischen Antriebs ist ebenfalls ein wichtiger Forschungsschwerpunkt.
Die konsequente Elektrifizierung von Flugzeugsystemen ist ein unverzichtbarer Schritt auf dem Weg zu einem effizienteren und umweltfreundlicheren Flugbetrieb. Durch die Reduzierung der Triebwerkszapfluftentnahme und die Optimierung der elektrischen Systeme wird eine signifikante Senkung des Energieverbrauchs und der Emissionen erreicht, was die Zukunftsfähigkeit der zivilen Luftfahrt maßgeblich sichert.
