Elektrische Energie wird die Luftfahrt verändern

Elektrische Antriebstechnologie ist heute einer der größten Trends in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Illustration mit freundlicher Genehmigung der NASA

Derzeit in der Entwicklung befindliche vertikale Start- und Landeflugzeuge wie die Vahana werden mit Elektromotoren betrieben. Illustration mit freundlicher Genehmigung von Airbus A3

Der LightningStrike wird ein verteiltes elektrisches Antriebssystem verwenden, um 24 Kanalventilatoren anzutreiben. Illustration mit freundlicher Genehmigung von Aurora Flight Sciences Corp.

Der Starc-ABL wird einen am Heck des Rumpfes montierten elektrischen Turbofan verwenden, um die Treibstoffeffizienz, den Lärm und die Treibhausgasemissionen zu verbessern. Illustration mit freundlicher Genehmigung der NASA

Dieser neuartige Elektromotor wiegt nur 50 Kilogramm, liefert aber eine Dauerleistung von 260 Kilowatt. Foto mit freundlicher Genehmigung von Siemens

Der E-Fan verfügt über zwei elektrische Kanalventilatoren, die in der Mitte des Rumpfes montiert sind. Foto mit freundlicher Genehmigung von Airbus

Ingenieure der NASA entwickeln ein Versuchsflugzeug, das mit 14 Elektromotoren in den Flügel integrierte Propeller antreiben soll. Illustration mit freundlicher Genehmigung der NASA

Wenn heute von Hybrid-Elektrofahrzeugen die Rede ist, denken die meisten Menschen automatisch an Pkw, Busse und Lkw. Aber auch in der Luft erregt die Technologie große Aufmerksamkeit bei Luft- und Raumfahrtingenieuren. Das liegt daran, dass elektrische Systeme umweltfreundlicher, leichter, leiser und energieeffizienter sind als herkömmliche Alternativen.

Elektrische Antriebstechnologie ist heute einer der größten Trends in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Ziel ist es, das Äquivalent eines fliegenden Prius oder Tesla zu entwickeln. Das ist jedoch leichter gesagt als getan.

Elektroflugzeuge stellen Ingenieure vor zahlreiche Herausforderungen, etwa hinsichtlich Leistung, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Gewicht. Es erfordert auch eine neue Klasse von Komponenten wie Batterien, Steuerungen, Elektronik, Generatoren, Motoren, Superkondensatoren und Kabelbäume sowie eine andere Denkweise bei der Konstruktion und Montage von Flugzeugen.

Eine Handvoll vollelektrischer, bemannter Flugzeuge haben bereits erfolgreiche Testflüge absolviert. Viele weitere Flugzeuge befinden sich derzeit in unterschiedlichen Entwicklungsstadien.

Alle führenden Akteure im kommerziellen Luft- und Raumfahrtsektor, darunter Airbus, Boeing, General Electric, Honeywell, Rolls-Royce und United Technologies, investieren Millionen von Dollar in Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen. Es weckt auch das Interesse von Unternehmen aus dem Silicon Valley wie Google, Tesla und Uber.

„Hybrid-Elektroflüge stellen eine der größten industriellen Herausforderungen unserer Zeit dar“, sagt Andy Anderson, Chief Operating Officer für Unternehmenstechnologie bei Airbus Group. „Unser Ziel ist es, Flugzeugdesigns zu entwickeln, die emissionsfrei sind. Wir hoffen, den Einsatz fossiler Brennstoffe in der Luftfahrt innerhalb der nächsten 30 bis 40 Jahre zu reduzieren und möglicherweise ganz zu eliminieren.“

Während sich einige Unternehmen zurückhaltend äußern, wirbt Airbus öffentlich für seine Forschung zu elektrischen Antriebssystemen. Im Jahr 2015 schrieb das Unternehmen Luftfahrtgeschichte, als sein E-Fan-Flugzeug den ersten elektrisch angetriebenen Flug über den Ärmelkanal unternahm.

Das Versuchsflugzeug verfügt über zwei elektrische Kanalventilatoren, die in der Mitte des Rumpfes montiert sind. Für die Stromversorgung sind mehr als 1.100 Lithium-Ionen-Batteriezellen in den Tragflächen zuständig.

Ingenieure der NASA arbeiten außerdem an mehreren Projekten, die die Vor- und Nachteile elektrischer Architekturen untersuchen. Beispielsweise ist geplant, irgendwann im nächsten Jahr ein kleines batteriebetriebenes Flugzeug namens X-57 zu fliegen. Es wird 14 Elektromotoren verwenden, um Propeller anzutreiben, die in einen ultradünnen Flügel integriert sind. Ziel ist es, den Energiebedarf eines zweisitzigen Flugzeugs für eine Reisegeschwindigkeit von 280 km/h drastisch zu senken.

Darüber hinaus untersuchen NASA-Ingenieure die Arten von Materialien, die in elektrischen Systemen verwendet werden. Sie erforschen beispielsweise die Leiter im Inneren und die Isolierung rundherum von Kabeln und Leitungen. Und neben der Untersuchung des Designs von Elektromotoren und der Architektur der Leistungselektronik verbessern Ingenieure magnetische Materialien und Halbleiter, um Motoren und Elektronik leichter und effizienter zu machen.

Nach Ansicht der meisten Experten wird der eigentliche Durchbruch erst dann kommen, wenn solch fortschrittliche Technologie auf Verkehrsflugzeuge angewendet werden kann. Tatsächlich könnte der elektrische Antrieb bis zum Ende des nächsten Jahrzehnts in Jetlinern mit bis zu 100 Sitzplätzen zum Einsatz kommen.

„Da große Fluggesellschaften um die Reduzierung von Emissionen, Treibstoffverbrauch, Lärm und Wartungskosten konkurrieren, werden immer mehr Flugzeugsysteme auf die Nutzung elektrischer Energie umsteigen“, prognostiziert Rodger Dyson, Ph.D., technischer Leiter für gaselektrische Hybridantriebe bei NASA Glenn Forschungszentrum.

Dyson und seine Kollegen experimentieren mit einem hybridelektrischen System, bei dem ein herkömmlicher Motor abschaltet, nachdem ein Jetliner in der Luft ist. Sobald die Reiseflughöhe und -geschwindigkeit erreicht ist, würde das Flugzeug auf Batteriebetrieb und kleinere, energieeffiziente Triebwerke umsteigen.

Sie stellen sich auch elektrische Antriebssysteme vor, die für den Bodenbetrieb auf Flughäfen eingesetzt werden könnten, beispielsweise für das Rollen zu und von Landebahnen. Das Electric Aircraft Testbed (NEAT) der NASA hat vor kurzem damit begonnen, mit verschiedenen Arten von Elektromotoren zu experimentieren, die realistischerweise ein kleines Ein- oder Zwei-Personen-Flugzeug antreiben könnten.

„Nach seiner Fertigstellung wird NEAT ein erstklassiger, rekonfigurierbarer Prüfstand sein, der zum Zusammenbau und Testen der Antriebssysteme für große Passagierflugzeuge mit mehr als 20 Megawatt Leistung verwendet wird“, sagt Dyson. „Wir werden die Größe dieser Motoren verbessern, um zu lernen, wie wir sie effizienter und leichter machen können.“

Elektrische Antriebe bieten Luft- und Raumfahrtingenieuren zahlreiche Vorteile. Es kann dazu beitragen, die Luftverschmutzung zu reduzieren, Gewicht zu sparen, den Geräuschpegel zu senken und die Gesamteffizienz zu verbessern.

„Der heutige Aufwand ähnelt dem, den Toyota vor 20 Jahren für Hybridautos aufgewandt hat“, sagt Peter Harrop, Ph.D., Vorsitzender von IDTech Ex Ltd., das mehrere Studien zu diesem Thema durchgeführt hat. „Allerdings unterliegen Elektroflugzeuge weitaus strengeren Anforderungen und regulatorischen Anforderungen als landgestützte Fahrzeuge.“

Dennoch glaubt Harrop, dass die Technologie einen Wendepunkt erreicht hat und dass sich der Markt für bemannte Elektroflugzeuge bis 2031 zu einem 24-Milliarden-Dollar-Geschäft entwickeln wird. „Die Vorteile von Elektroantrieben gehen über die Eliminierung oder Reduzierung von Emissionen am Einsatzort hinaus und sorgen für einen reibungsloseren Betrieb.“ fahren“, erklärt er. „In der Luftfahrt ist die Tatsache, dass man Kraft und Schub rund um die Flugzeugzelle verteilen und Aerodynamik und Antrieb wirklich integrieren kann, von entscheidender Bedeutung.“

„Der Trend zu elektrischen Luftfahrzeugen wird hauptsächlich durch Umweltaspekte, einschließlich geringerer Emissionen, vorangetrieben“, fügt Carl Schaefer, Ingenieur bei Aurora Flight Sciences Corp., hinzu. Das Unternehmen arbeitet an einer Vielzahl von Programmen für Elektroflugzeuge, die alle unterschiedliche Erzeugung und Verteilung nutzen Architekturen.

Schaefer leitet die Bemühungen zur Entwicklung eines vertikal startenden und landenden Flugzeugs (VTOL) für die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

Der LightningStrike, dessen Jungfernflug irgendwann im nächsten Jahr geplant ist, verschiebt die Grenzen der Technologie, indem er flugzeugähnliche Geschwindigkeit und helikopterähnliche Agilität in einem Flugzeug vereint. Ein modularisiertes, zellulares aerodynamisches Flügeldesign mit integriertem Antrieb ermöglicht eine effiziente Leistung des Fahrzeugs sowohl im Vorwärtsflug als auch im Schwebeflug.

Das radikale Design basiert auf einem synchronen elektrischen Antriebssystem und einem Antrieb auf Tilt-Wing- und Tilt-Canard-Basis für den vertikalen Start und die Landung. Ein Rolls-Royce AE 1107C Turbowellenmotor wird drei Honeywell-Generatoren und 24 Kanalventilatoren antreiben, die sowohl auf den Flügeln als auch auf den Canards verteilt sind.

„Elektrische Starrflügler und VTOL-Flugzeuge ermöglichen es [Ingenieuren], einzigartige Flugzeugkonstruktionen in Betracht zu ziehen, bei denen die Fahrzeugkonfiguration nicht mehr durch die Anforderung eingeschränkt wird, das Flugzeug um ein Antriebssystem zu wickeln“, erklärt Schaefer. „Nehmen Sie zum Beispiel ein Verkehrsflugzeug.

„Im Allgemeinen befinden sich die Turbofan-Triebwerke entweder unter der Tragfläche oder am hinteren Rumpf“, fügt Schaefer hinzu. „Diese Konfiguration funktioniert sehr gut, aber der Konstrukteur hat wenig Flexibilität, effizientere Antriebssysteme in Betracht zu ziehen. Praktische Einschränkungen, wie etwa mechanische Wellen, schließen innovative Systeme, wie etwa verteilte Antriebe, aus.

„Um zu so etwas wie einem verteilten Antrieb überzugehen, müssen wir einen übertragungsunabhängigen Ansatz verfolgen“, betont Schaefer. „Distributed Electric Propulsion (DEP)-Systeme machen mechanische Wellen und Lager überflüssig und nutzen stattdessen elektrische Leiter, die die Flexibilität bieten, das Antriebssystem an einer beliebigen Stelle im Flugzeug zu platzieren.“

Das DEP-System des LightningStrike besteht aus hochintegrierten, verteilten Kanalventilatoren, die es dem Flugzeug in Kombination mit dem synchronen elektrischen Antriebssystem ermöglichen, effizient zu schweben und mit hoher Geschwindigkeit vorwärts zu fliegen.

„Durch die enge Kopplung des Antriebs mit der Aerodynamik ermöglichen uns Konfigurationen wie der Mantelventilator und die Canard-Konfiguration beim LightningStrike-Flugzeug, die Auftriebsverteilung am Flügel für eine bessere Leistung über den gesamten Flugbereich hinweg zu gestalten“, behauptet Schaefer.

Rein elektrische Flugzeuge, die für den Antrieb ausschließlich auf Batterien angewiesen sind, sind hinsichtlich Reichweite und Ausdauer stark eingeschränkt. Die Energie- und Leistungsdichte der aktuellen Batterietechnologie reicht nicht aus, um sie zu einer effizienten und praktischen Lösung zu machen.

Beispielsweise beträgt die Treibstoffkapazität eines Boeing 787-Jetliners etwa 223.000 Pfund. Das geschätzte Gewicht eines Akkupacks mit gleicher Leistung würde mehr als 4 Millionen Pfund betragen.

„Die größte Einschränkung bei der Verwendung batteriebetriebener Flugzeuge ist das Gewicht“, sagt Pat Anderson, Ph.D., Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und Direktor des Eagle Flight Research Center an der Embry-Riddle Aeronautical University. „Solange es keine kosmische Veränderung in der [Batterietechnologie] gibt, wird es für größere, schnellere Flugzeuge einfach nicht funktionieren. Es wird sehr lange dauern, bis Batterien weniger wiegen als flüssiger Kraftstoff.“

Aus diesem Grund sind viele Luft- und Raumfahrtingenieure bestrebt, den Einsatz hybridelektrischer Technologien zu erforschen.

„Diese Antriebsarchitektur ermöglicht es uns, einen von einer Turbowelle angetriebenen Generator zu nutzen, um einen oder mehrere Elektromotoren mit Strom zu versorgen“, erklärt Schaefer. „Wenn man Wechselstrom vs. Gleichstrom als Basis für das Stromverteilungssystem verwendet, sind erhebliche Gewichtseinsparungen möglich, da wir keine Leistungsschaltelektronik, einschließlich Wechselrichter und Motorsteuerungen, benötigen. Auch die Zuverlässigkeit wird verbessert, insbesondere bei hochredundanten DEP-Architekturen, bei denen es möglich ist, einen oder mehrere Elektromotoren zu verlieren und trotzdem sicher zur Basis zurückzukehren.“

Der Einsatz von Elektrizität zum Antrieb von Flugzeugen bereitet Luft- und Raumfahrtingenieuren zahlreiche Kopfschmerzen. Neben Gewichtsproblemen müssen sie zahlreiche Faktoren verbessern, wie etwa den Wirkungsgrad der Stromerzeugung, die Leistungsdichte und die Größe.

„Die Technologie, die rein elektrische, batteriebetriebene Flugzeuge ermöglicht, ist jetzt verfügbar, aber die begrenzte Reichweite und Lebensdauer dieser Systeme wird sie für einige Zeit auf Nischenflugzeuge der allgemeinen Luftfahrt beschränken“, warnt Schaefer. „Das Gewicht und die relative Ineffizienz dieser Systeme werden diese Architektur für längere Zeit von einer ernsthaften Überlegung für große Flugzeuge ausschließen.“

„Ein Gasturbinentriebwerk wandelt Kraftstoff nicht sehr effizient in Energie um, um eine Propellerwelle oder einen Strahltriebwerksventilator anzutreiben“, sagt Chris Perullo, Forschungsingenieur im Aerospace Systems Design Laboratory am Georgia Institute of Technology. „Sie haben einen Wirkungsgrad von weniger als 50 Prozent im Vergleich zu mehr als 90 Prozent bei elektrischen Antriebssystemen.

„Außerdem sind elektrische Systeme zuverlässiger, benötigen aber mehr Komponenten im Antriebsstrang“, betont Perullo. „Unter Leistungsgesichtspunkten ist die Elektromotorentechnologie für Kurzstrecken-Pendlerflüge am sinnvollsten.“

Batterien sind eine weitere große Hürde, die es zu überwinden gilt. Leider haben Lithium-Ionen-Akkus und andere aktuelle Optionen eine begrenzte Speicherkapazität und erhöhen das Gewicht des Flugzeugs. Laut Perullo müssen Luft- und Raumfahrtingenieure neue Wege finden, um die Energiedichte von Batterien auf das Drei- oder Vierfache des heutigen Wertes zu erhöhen.

„Da die Elektrifizierung von Flugzeugen zunimmt, wird die Komplexität der Systemverwaltung zu einer Herausforderung“, fügt Paul Kostek, Systemingenieur bei Air Direct Solutions LLC und ehemaliger Präsident der IEEE Aerospace and Electronic Systems Society, hinzu. „Eine Anforderung [zukünftiger] Designs wird sein, sicherzustellen, dass für minimale Betriebsabläufe ausreichend Strom zur Verfügung steht. Das Energiemanagement wird für den Erfolg von entscheidender Bedeutung sein, und die Interkonnektivität wird ein notwendiger Bestandteil der Implementierung sein.

„Verbesserte Batterien werden der Treiber sein“, behauptet Kostek. „Für eine vollständige Elektrifizierung sind sowohl eine geringere Größe als auch eine längere Lebensdauer erforderlich. Zumindest für ein Flugzeug wissen wir, dass Lithium-Ionen-Batterien ein No-Go sind. Damit ein Elektroflugzeug erfolgreich sein kann, muss eine neue Generation von Batterien eingeführt werden. Es könnten Lithium-Luft-, Kalium- oder Brennstoffzellen sein.“

Luft- und Raumfahrtingenieure müssen außerdem neue Arten von Verkabelungssystemen entwickeln, die hohen Spannungen in großen Höhen standhalten.

„Heutzutage sind Flugzeuge auf etwa 270 Volt begrenzt“, sagt Dyson von der NASA. „Mit zunehmender Höhe kann es zu Lichtbögen kommen. In einer Höhe von 35.000 Fuß beispielsweise, wo die Luft dünner ist, springt Elektrizität gerne von einem Leiter zum anderen.

„Es sieht so aus, als ob die optimale Spannung für kommerzielle Luft- und Raumfahrtanwendungen bei 2.400 Volt liegen wird“, erklärt Dyson. „Aber wir brauchen eine Alternative zu herkömmlichen Kupferkabeln und Isoliermaterialien, die zu viel wiegen. Die Wärmeableitung ist ein großes Problem. Eine Option, die wir prüfen, ist die supraleitende Technologie, aber dafür wäre ein Kühlsystem erforderlich.“

„Der Einsatz von Supraleitern in Kabeln, Motoren und Generatoren ist ein effizienter und leichter Durchbruch für den Elektroflug“, ergänzt Christian Wolff, Leiter des Teams für elektrochemische Systeme bei Airbus. „Diese Materialien könnten die Größe und das Gewicht elektrischer Verteilungssysteme im Vergleich zur heutigen Technologie erheblich reduzieren.

„Eine weitere vielversprechende Option in der Supraleitung ist der Einsatz von Hochtemperatursupraleitern, die die gleichen Eigenschaften eines elektrischen Widerstands von Null aufweisen, jedoch bei viel höheren Temperaturen“, bemerkt Wolff. „Dies würde weniger Energie für die Kühlung erfordern und dazu beitragen, die Leichtbau- und Leistungsanforderungen der Luftfahrtindustrie zu erfüllen.“

„Wechselstromgekoppelte Systeme ermöglichen dem Konstrukteur einen einzigartigen Ansatz für das Leiterdesign, der dem Konstrukteur von Gleichstromflugzeugen nicht zur Verfügung steht“, sagt Schaefer. „Das dringendste Anliegen bei Stromverteilungskabeln und -leitern ist die Gewichtsreduzierung.

„Kupfer ist zu schwer für Flugzeugkonfigurationen, die für den Antrieb auf mehrere Elektromotoren angewiesen sind“, behauptet Schaefer. „Für nicht-antriebsfähige Stromkabelbäume sehen wir einiges aussichtsreich in der Umstellung auf flexible Kabelbäume mit gedruckten Schaltungen. Tatsächlich [haben wir] diese Gurte bereits in mehreren unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) verwendet.“

Durch den zunehmenden Einsatz von Flugtaxis und On-Demand-Flugdiensten könnte ein riesiger Markt für kleine Elektroflugzeuge entstehen, die leise in städtischen Gebieten fliegen können. Tatsächlich sehen mehrere ehrgeizige Pläne Flotten flinker VTOLs vor, die Fracht oder Passagiere befördern können.

Kürzlich stellte Uber Technologies Pläne vor, die Art und Weise zu ändern, wie Menschen in Großstädten pendeln. Die Idee des Mitfahrunternehmens stammt zwar direkt aus dem TV-Cartoon „Jetsons“, ist aber keine Science-Fiction.

Uber behauptet, dass die Technologie bereits vorhanden sei, um sein Uber Elevate-Netzwerk aus On-Demand-Elektroflugzeugen Wirklichkeit werden zu lassen. Das Konzept basiert auf der Entwicklung einer neuen Klasse kleiner VTOL-Flugzeuge mit batteriebetriebenen Elektromotoren.

Die einzigartigen Fahrzeuge könnten bis zu vier Passagiere befördern und bis zu 100 Meilen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 240 km/h zurücklegen. Erste Pläne sehen Piloten vor, doch die langfristige Vision besteht darin, dass die Flugzeuge autonom fliegen.

„VTOLs werden eine erschwingliche Form des täglichen Transports für die breite Masse sein, sogar günstiger als der Besitz eines Autos“, prognostiziert Nikhil Goel, Produktmanager bei Uber Elevate und Co-Autor eines Whitepapers zu diesem Thema. „Letztendlich gibt es einen Weg zu einer Produktion mit hohem Produktionsvolumen, wenn VTOLs den On-Demand-Fall des städtischen Nahverkehrs gut erfüllen können. Die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von VTOLs wird eher denen von Automobilen als von Flugzeugen ähneln.“

Uber plant nicht, selbst Flugzeuge zu bauen, aber mehrere Projekte von Drittanbietern stehen kurz vor dem Start. Die Konstruktionen nutzen kleine elektrisch angetriebene Rotoren, die ausreichend Leistung für den Vertikalstart erzeugen und einen niedrigen Geräuschpegel gewährleisten.

Einer der größten Konkurrenten ist die Vahana von Airbus. Es verfügt über nach vorne und hinten neigbare Flügel, die elektrisch angetriebene Propeller enthalten. Das Flugzeug ist für die Beförderung einer Nutzlast von 1.760 Pfund ausgelegt.

Ein Prototyp in Originalgröße soll Ende dieses Jahres fliegen. Das Flugzeug wird mit einer Vielzahl handelsüblicher Komponenten gebaut. Und Airbus hat im Silicon Valley eine Tochtergesellschaft namens A3 gegründet, um den Vahana zu entwickeln.

„Das Flugzeug, das wir bauen, benötigt keine Landebahn, ist selbstgesteuert und kann Hindernisse und andere Flugzeuge automatisch erkennen und ihnen ausweichen“, behauptet Rodin Lyasoff, CEO von A3. „Wir glauben, dass wir durch die vollständige Automatisierung durch die Minimierung menschlicher Fehler eine höhere Sicherheit erreichen können. Die vollständige Automatisierung ermöglicht es uns außerdem, unsere Flugzeuge so klein und leicht wie möglich zu machen und die Herstellungskosten erheblich zu senken.

„Vahana steht an der Schnittstelle zwischen Trends in der städtischen Demografie und schnellen Verbesserungen bei Batterien, fortschrittlichen Sensoren und massenproduzierten leichten Verbundstrukturen“, fügt Lyasoff hinzu. „Heute entwickeln sich viele der technischen und regulatorischen Herausforderungen für skalierbare, erschwingliche Flüge positiv.

„Batteriesicherheit und Energiedichte sind jetzt für Anwendungen in der Luft ausreichend“, betont Lyasoff. „Kostengünstige, zuverlässige Avionik wird allgemein verfügbar und nutzt jahrzehntelange UAV-Entwicklung.

„Jüngste Fortschritte in der automatisierten Herstellung und Montage von Verbundwerkstoffen zeigen, dass kleine, leichte Fahrzeuge in großen Stückzahlen und zu deutlich geringeren Kosten hergestellt werden können, als dies mit herkömmlichen Methoden der Luft- und Raumfahrt bisher möglich war“, bemerkt Lyasoff. „Diese Trends sowie die steigenden Transportherausforderungen in Ballungsräumen sprechen für eine neue Generation persönlicher Luftfahrzeuge.“

Ingenieure entwickeln außerdem neue Möglichkeiten für die einfache Einführung elektrischer Antriebssysteme in Verkehrsflugzeugen. Die NASA möchte der Flugzeugindustrie helfen, von der ausschließlichen Verwendung von Gasturbinen auf den Einsatz hybridelektrischer und turboelektrischer Antriebe umzusteigen, um Energieverbrauch, Emissionen und Lärm zu reduzieren.

„Flugzeuge sind hochkomplexe Maschinen“, sagt Jim Heidmann, Manager des NASA-Projekts Advanced AirTransport Technology. „Der Übergang zu alternativen Systemen erfordert die Entwicklung neuer Flugzeugkonstruktionen sowie Antriebssysteme, die Batterietechnologien und elektromagnetische Maschinen wie Motoren und Generatoren mit effizienteren Motoren integrieren.“

Das Glenn Research Center untersucht Energiesysteme, die Strom anstelle oder zusätzlich zum Schub am Turbinentriebwerk erzeugen und diesen Strom dann mithilfe von Ventilatoren an anderen Stellen eines Flugzeugs in Schub umwandeln.

„Diese Systeme verwenden Elektromotoren und Generatoren, die zusammen mit Turbinentriebwerken Energie im gesamten Flugzeug verteilen, um den Luftwiderstand bei einer bestimmten Menge verbrannten Treibstoffs zu verringern“, sagt Heidmann. „Ein Teil unserer Forschung ist die Entwicklung der leichten Maschinen und elektrischen Systeme, die erforderlich sind, um diese Systeme zu ermöglichen.“

NASA-Ingenieure untersuchen, wie die Boeing 737, das beliebteste Flugzeug der kommerziellen Luftfahrt, effizienter gemacht werden kann. Ihre Antwort ist das Starc-ABL (Single-Aisle-Turbo-Elektroflugzeug mit Aufnahme der hinteren Grenzschicht).

„Es verfügt über einen dritten Kanalventilator im Heck des Rumpfes, der von einem Elektromotor und nicht von einer Turbine angetrieben wird“, erklärt Dyson. „Dies wird eine dritte Schubquelle darstellen. Aber 10 bis 40 Prozent der Energie, die die beiden herkömmlichen Düsentriebwerke antreibt, werden Strom für den Antrieb des Elektromotors erzeugen. Diese Art von Heckkegelstrahlruder könnte innerhalb der nächsten 10 Jahre mit minimalen Änderungen an bestehenden Rümpfen kommerziell realisierbar sein.“