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12.08.2017
Erschienen in: 09/2017  FLUG REVUE

ElektroantriebVerteilte elektrische Antriebe: Strömung mit Strom

Vom kleinen Start-up bis zum großen Flugzeughersteller: Derzeit ist das Thema „verteilte elektrische Antriebe“ in aller Munde. Dabei sind verschiedene Konzepte im Rennen.

Taxi rufen, einsteigen – und abheben: Die Vision von senkrecht startenden und landenden Elektroflugzeugen als alltägliches Fortbewegungsmittel beflügelt derzeit ein gutes Dutzend Unternehmen weltweit. Mit den verschiedenen Konzepten rückt auch eine andere Art von Antrieb in den Fokus: viele kleine Elektromotoren mit Propellern, angebracht an den Tragflächen. Solche verteilten elektrischen Antriebe sind gegenüber Verbrennungsmotoren sauberer, leichter und leiser – ein wich­tiges Kriterium für den potenziellen Einsatz in dicht besiedelten Gebieten.

Die Idee verteilter Antriebe ist nicht neu, erfährt aber durch die Verfügbarkeit von kleinen, leichten und effizienten Elektromotoren eine Renaissance. Das Potenzial scheint vielversprechend: Durch die Anordnung der Propeller auf der Vorder- oder Hinterkante des Flügels wird der Auftrieb vor allem bei niedrigen Fluggeschwindig­keiten erhöht. Dadurch können die Tragflächen kleiner konzipiert werden, was wiederum das Flugzeuggewicht und den Reibungswiderstand im Reiseflug reduziert. Werden die Propeller oder Bläser schwenkbar ausgelegt, ergibt sich eine Art Schubvektorsteuerung. Das ermöglicht nicht nur Senkrechtstarts und -landungen, sondern auch den Verzicht auf oder zumindest die Verkleinerung der Ruderflächen. Beim Ausfall einer Einheit haben viele kleine Antriebe gegenüber wenigen starken Motoren auch sicherheitstechnisch einen Vorteil. Unab­hängig von elektrischen Antrieben sind Flächen­flugzeuge durch die Auftriebswirkung der Flügel gegenüber Helikoptern in Sachen Reisegeschwindigkeit und Energieeffizienz im Vorteil.

Allerdings gibt es noch einige Hürden zu nehmen, bevor elektrische Lufttaxis Realität werden. Zum einen ver­fügen heutige Batterien noch nicht über die für längere Flüge nötige Energiedichte (als Anhaltspunkt: Das elektrisch angetriebene, einsitzige Kunstflugzeug Extra 300 LE ist für eine Flugdauer von 20 Minuten ausgelegt, inklusive Start und Steigflug). Zum anderen fehlen sowohl die rechtlichen Rahmenbedingungen als auch die nötige Bodeninfrastruktur für den Betrieb der kleinen Senkrechtstarter.

Die NASA geht daher mit ihrem Versuchsflugzeug X-57 Maxwell einen konservativen Weg und verzichtet auf Senkrechtstart- und -landeeigenschaften. Das Basisflugzeug, eine Tecnam P2006T, wird schrittweise mit neuen, schlanken Flügeln ausgestattet, an deren Vorderkante 14 Elektromotoren angebracht sind: zwölf Hochauftriebsmotoren à zehn Kilowatt sowie zwei 60-kW-Elek-tromotoren für den Reiseflug an den Flügelenden. Für Start und Landung werden alle Motoren genutzt, im Reiseflug werden die Fünfblattpropeller der Hochauftriebsmotoren zusammengeklappt, um möglichst wenig Widerstand zu erzeugen. Die Energie kommt aus Lithium-Ionen-Batterien. Erste Boden- und Flugtests sind für 2018 geplant. Die NASA will mit der X-57 zeigen, dass sich durch verteilte elektrische Antriebe der Energiebedarf eines Flugzeugs dieser Größe um den Faktor 5 reduzieren lässt.

Das 2009 gegründete Unternehmen Joby Aviation aus Kalifornien arbeitete an Vorgängerprojekten der X-57 mit, entwickelt seit Jahren aber selbst ein zweisitziges Elektroflugzeug. Die Joby S2 soll mithilfe von zwölf schwenkbaren Propellern an den Tragflächen senkrecht starten und landen, vier Propeller in Pusher-Konfiguration an den Flügelspitzen und den Enden des V-Leitwerks sind für den Reiseflug vorgesehen. Das Flugzeug soll eine Reichweite von über 300 Kilometern haben und dabei rund 300 km/h schnell fliegen können. Als Betriebskosten gibt Joby Aviation etwa 12 Cent pro Kilometer an. Noch hat das Unternehmen allerdings keinen Prototyp präsentiert.

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