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Elektrisches Bugrad

Rollen dank Brennstoffzelle

Die Emissionen auf Flughäfen und der Treibstoffverbrauch beim Rollen könnten dank eines elektrischen Antriebs auf Basis einer Brennstoffzelle erheblich reduziert werden. Entsprechende Versuche fanden schon in Hamburg statt.

Von außen betrachtet mag der Rollvorgang des DLR-Forschungsflugzeugs A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) auf dem Flughafen Hamburg-Finkenwerder recht unspektakulär anmuten, dafür sind die inneren Werte umso eindrucksvoller. Der Airbus bewegte sich nämlich dank zweier an den Bugrädern montierter Elektromotoren fort, die von einer Brennstoffzelle im hinteren Frachtraum des Flugzeuges angetrieben wurden. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Airbus konnten die entsprechenden Versuche im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms IV 2011 erfolgreich abschließen.

DLR-Brennstoffzelle

Mit Hilfe der Brennstoffzelle im hinteren Frachtraum rollt das Flugzeug. Foto und Copyright: DLR

Das DLR war dabei für die Brennstoffzelle verantwortlich, während der Flugzeugbauer für die Integration in das Flugzeug und die Sicherheit verantwortlich war. In einem elektrochemischen Prozess erzeugt die luftatmende Brennstoffzelle aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie, die auf 270 Volt umgewandelt und zum Bugfahrwerk geführt wird. Das von der Brennstoffzelle produzierte Wasser ließe sich bei zukünftigen Anwendungen sogar als Brauchwasser verwenden. Vor dem Einbau in die A320 ATRA mussten die Ingenieure eine komplette Sicherheitsüberprüfung der Brennstoffzelledurchführen, vor allem in Hinblick auf die Vibrationen beim Rollen. Für eine Verwendung im Flug wären allerdings noch weitere Analysen und Tests nötig.

Traktionskontrolle

Der Strom gelangt dann zum von Lufthansa Technik zur Verfügung gestellten Bugradfahrwerk, in dessen Felgen zwei Elektromotoren mit einer Leistung von jeweils 25 Kilowatt eingebaut sind. „Hier war nicht die Leistung der wichtige Punkt, sondern das synchrone Aufbringen des hohen Drehmoments im Bereich von 3500 bis 5000 Newtonmetern“, sagt Projektleiter Dr. Ing. Josef Kallo vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart. Die Schwierigkeit besteht darin, das rund 47 Tonnen schwere Flugzeug in Bewegung zu setzen, ohne dass die Räder durchdrehen. Entsprechend war der Versuch auf das Erreichen von Schrittgeschwindigkeit ausgelegt und nicht auf ein höheres Tempo.

Viele Vorteile

Forschungsflugzeug Airbus A320 ATRA des DLR. Foto und Copyright: DLR

Das System verspricht viele Vorteile: Flugzeuge könnten ohne Triebwerksschub rollen und damit, laut DLR, am Beispiel des Frankfurter Flughafens bis zu 19 Prozent der Emissionen und fast 100 Prozent des Lärms beim Rollvorgang einsparen. Der Treibstoffverbrauch pro Tag beim Einsatz des Systems an den Maschinen der A320-Größenklasse gemessen am aktuellen Aufkommen in Frankfurt sinke um 44 Tonnen. Außerdem steige die Lebensdauer der Triebwerke, da sie pro Tag bis zu zwei Stunden weniger laufen müssten. Dies habe wiederum einen positiven Einfluss auf die Wartungskosten.

Einsatzreife und Indienststellung

Heimkehr nach einem Forschungsflug – die D-ATRA. © DLR

Bis es so weit ist, müssen allerdings noch einige Herausforderungen bewältigt werden. „Die Versuche haben gezeigt, dass das Prinzip funktioniert“, meint Dr. Kallo. Für eine Produktanwendung müssen die Techniker aber das Gewicht und das Volumen minimieren sowie umfangreiche Versuche unter Flugbedingungen durchführen. Gemäß der Schätzung des Projektleiters könnte die Technologie 2014 bis 2015 einsatzreif sein. Anschließend müssten umfangreiche Zulassungstests erfolgen, so dass eine Indienststellung vielleicht in den Jahren 2018 bis 2020 möglich wäre.

FLUG REVUE Ausgabe 09/2011

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