Die Energieversorgung an Bord von Flugzeugen ist eng mit den Triebwerken verknüpft, wobei die meisten Systeme ihre Energie direkt von diesen beziehen. Mit dem Übergang vom “More Electric Aircraft” zum “All Electric Aircraft” vollzieht sich jedoch ein weitreichender Wandel, der eine grundlegende Neukonzeption der Bordenergieversorgung notwendig macht. Dieser Paradigmenwechsel ist nicht nur eine technische Evolution, sondern eine strategische Notwendigkeit, um den steigenden Anforderungen an Effizienz, Sicherheit und Umweltverträglichkeit in der zivilen Luftfahrt gerecht zu werden.
Ziel bis 2040:
Das übergeordnete Ziel im Bereich der Energieerzeugungs- und verteilungssysteme ist die Reduzierung des Energiebedarfs zukünftiger Flugzeuge um bis zu 50 % bis 2050. Dies soll durch die Entwicklung und Integration alternativer Energiegeneratoren und -netze sowie intelligenter und hocheffizienter Energieverteilungen erreicht werden. Langfristig ist die vollständige elektrische Versorgung sämtlicher Verbraucher im Flugzeug durch alternative, hocheffiziente Energiequellen und -generatoren angedacht. Zudem gilt es, den Energiebedarf zu senken, um den Verbrauch der Antriebssysteme zu minimieren, Restemissionen zu reduzieren und die höheren Kosten künftiger Energieträger zu kompensieren.
Die technologischen Grundlagen für dieses ambitionierte Ziel umfassen eine Reihe innovativer Ansätze. Dazu gehören die Entwicklung hocheffizienter Energieverteilungssysteme, die Nutzung von Rest- und Verlustenergien durch “Energy Harvesting”, der Einsatz intelligenter Hochleistungsschalter und die Realisierung supraleitender Energieverteilungssysteme. Entscheidend ist auch die Schaffung von Bausteinen für elektrische Hochvolt-Bordnetze sowie innovativer Filter- und Spannungsstabilisierungstechnologien für A/C-Bordnetze. Safetyrelevante Systeme in A/C bzw. D/C-Bordnetzen, wie die Arc-Fault Detection und Net-Adaptive Conversion, sind ebenfalls von großer Bedeutung.
Die Anwendungsbereiche dieser Technologien sind vielfältig und erstrecken sich über verschiedene Zeithorizonte. Kurz- bis mittelfristig liegt der Fokus auf der Implementierung alternativer Energiequellen wie Brennstoffzellen für isolierte Systeme. Mittelfristig wird die Versorgung ganzer energieautarker Kabinen sowie die Nutzung von Rest- und Verlustenergien angestrebt.
Langfristig ist die vollständige elektrische Versorgung sämtlicher Verbraucher im Flugzeug durch alternative, hocheffiziente Energiequellen und -generatoren geplant. Dies hat direkte Auswirkungen auf die Flugzeugkonfiguration, nachhaltige Brennstoffe und Antriebskonzepte. Die Technologien und Lösungen für elektrische Hochvolt-Bordnetze, intelligente Energieverteilung sowie das Energie- und Thermalmanagement auf Gesamtflugzeugebene müssen konzipiert, entwickelt und realisiert werden.
Für die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo ist dieser Technologiebrick von fundamentaler Bedeutung, da er die Grundlage für das klimaneutrale Fliegen bildet. Die Entwicklung hin zum “All Electric Aircraft” eröffnet neue Potentiale für die Weiterentwicklung einzelner Systeme sowie des Gesamtsystems, beispielsweise durch im Flugzeug verteilte eigenständige Energieerzeuger. Die Forschung muss sich auf die Konzeption und Entwicklung robuster und zuverlässiger Systeme konzentrieren, die den hohen Anforderungen an Leistungsdichten, Effizienz, Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit und Gesamtsystemgewicht gerecht werden. Dies erfordert eine umfassende Optimierung der Anforderungen an die Energieerzeuger und das Management der Verlustleistung.
Die fortschreitende Elektrifizierung der Flugzeugsysteme und die Entwicklung hocheffizienter Energieerzeugungs- und -verteilungssysteme sind der Schlüssel zur Reduzierung des Energiebedarfs und zur Erreichung der Klimaneutralität in der Luftfahrt. Die Integration dieser Technologien in die Flugzeugarchitektur bereits in der Entwurfsphase ist unerlässlich für eine effiziente und nachhaltige Zukunft des Luftverkehrs.
