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Luftfahrtforschung: Forschen wie im Flug

Luftfahrtforschung Forschen wie im Flug

Deutschland verfügt über eine einzigartige Landschaft an Hochschulen, Instituten und Großanlagen für die Luftfahrtforschung. Wir geben einen Überblick.

Emissionsfreies Fliegen, unbemannte Fluggeräte, Digitalisierung: Die Luftfahrtbranche steht vor großen Herausforderungen. Wichtige Unterstützung erhält die hiesige Industrie bei diesen und weiteren Zukunftsthemen von der Forschung. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Daneben gibt es in der Bundesrepublik zahlreiche weitere Institute und Thinktanks sowie mehrere Hochschulen mit Luftfahrt-Schwerpunkt.

Die größte Luftfahrtforschungseinrichtung Europas

Mit rund 9000 Mitarbeitern an 30 Standorten in Deutschland und in vier Auslandsbüros ist das DLR die größte Luftfahrtforschungseinrichtung Europas. Forschungsfelder sind neben Luft- und Raumfahrt auch Energie, Verkehr und Sicherheit. Als roter Faden dienen den Luftfahrtwissenschaftlern des DLR sechs Leitkonzepte: elektrisches Fliegen, Passagier- und Transportflugzeuge der Zukunft, urbaner Luftverkehr, Rettungshubschrauber 2030, Leistungsfähigkeit des Luftverkehrs und numerische Simulation neuer Fluggeräte. Finanziert wird das DLR zu 90 Prozent vom Bund, der Rest kommt von den Ländern, in denen die Institute sitzen, sowie aus Drittmitteln aus der Industrie und aus nationalen und europäischen Förderprogrammen.

Katrin Sdun
Alternative Treibstoffe: Im Rahmen des Projects ECLIF (Emission and Climate Impact of Alternative Fuel) führt das DLR seit 2015 Flugversuche mit Partnern wie der NASA und jüngst auch Airbus durch. Dabei werden die Emissionen und Kondensstreifen von Verkehrsflugzeugen bei der Verwendung alternativer Treibstoffe vermessen.

Dutzende Großforschungsanlagen

In den vergangenen Jahren wurden mehrere neue DLR-Institute gegründet, beispielsweise in Cottbus für elektrifizierte Luftfahrtantriebe, in Hamburg für Systemarchitekturen in der Luftfahrt oder das Institut für Future Fuels in Jülich. Zudem verfügt das DLR über die größte zivile Flotte von Forschungsflugzeugen in Europa. Zehn Flugzeuge und Hubschrauber betreibt die Einrichtung Flugexperimente in Braunschweig und Oberpfaffenhofen, darunter einen Airbus A320. Hinzu kommen Dutzende Großforschungsanlagen wie der aeroakustische Windkanal in Braunschweig, der von der Stiftung Deutsch-Niederländische Windkanäle (DNW) betrieben wird, oder der Hochdruckbrennkammer-Prüfstand in Stuttgart.

Lufthansa Technik
Wasserstoff:Wie wirkt sich der Einsatz von flüssigem Wasserstoff (LH2) auf Wartungs- und Bodenprozesse aus? Das untersuchen ZAL, DLR, Lufthansa Technik und der Hamburger Airport. Ab 2022 wird ein ausgemustertes Flugzeug der A320-Familie mit einer LH2-Infrastruktur ausgestattet und als Reallabor genutzt.

Fraunhofer-Gesellschaft

Auch einzelne Institute der 1949 gegründeten Fraunhofer-Gesellschaft haben sich auf Luftfahrt spezialisiert. Zu den größten gehört das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM). Mehr als 600 Mitarbeiter an den Standorten Bremen, Braunschweig, Dresden, Oldenburg, Stade und Wolfsburg beschäftigen sich mit neuen Materialien, Leichtbautechnologien und der Automatisierung von Fertigungsprozessen. Das Ernst-Mach-Institut (EMI) in Freiburgund die beiden in Aachen ansässigen Fraunhofer-Institute für Lasertechnik (ILT) und Produktionstechnik (IPT) forschen zum Beispiel zu den Wirkungen von Blitzschlag auf CFK-Strukturen, zur additiven Fertigung von Triebwerksbauteilen oder zur vernetzten Produktion. Die Fraunhofer-Gesellschaft finanziert sich zu rund 70 Prozent durch Auftragsforschung für die Industrie und durch öffentliche Forschungsprojekte, ein Drittel steuern Bund und Länder bei.

Bauhaus Luftfahrt
Neue Antriebe: Das Bauhaus Luftfahrt geht gern unkonventionelle Wege, beispielsweise mit seiner Composite Cycle Engine. Das Antriebskonzept kombiniert Elemente von Kolbenmotoren und Gasturbinen, um den Wirkungsgrad zu steigern. In dem Entwurf treibt ein Kolbenmotor den Hochdruckverdichter an. Das Niederdrucksystem entspricht dem eines konventionellen Getriebefans. Dadurch sind theoretisch Rekorddruck-verhältnisse von mehr als 300 möglich.

Multidisziplinärer Blick

Daneben haben sich auch kleinere Forschungseinrichtungen etabliert, beispielsweise das 2005 gegründete Bauhaus Luftfahrt auf dem Ludwig-Bölkow-Campus bei München. Knapp 40 Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen beschäftigen sich unter anderem mit künftigen Antriebstechnologien, neuen Flugzeugdesigns und alternativen Energieoptionen für die Luftfahrt. Mitglieder des Bauhauses Luftfahrt sind Airbus, IABG, Liebherr-Aerospace und MTU Aero Engines sowie das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie und das DLR. Die Einrichtung finanziert sich etwa zur Hälfte durch Förderung des Freistaats Bayern und die Mitgliedsbeiträge, zur anderen Hälfte aus nationalen und europäischen Drittmittelförderprojekten und Forschungsaufträgen der Industrie.

Patrick Poelzlbauer TUM
Aerodynamische Optimierung:Unter der Leitung von Airbus arbeitet ein internationales Team am Hochgeschwindigkeitshubschrauber RACER, darunter auch Wissenschaftler der Technischen Universität München. Sie haben eine aerodynamische Verkleidung für den Rotorkopf entwickelt. Der Rotorkopf ist eine der Hubschrauberkomponenten, die am meisten Widerstand verursachen.

Forschungsplattform für die zivile Luftfahrt

Fächerübergreifend arbeitet auch das Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg. Es sieht sich dabei nicht als Denkfabrik wie das Bauhaus Luftfahrt, sondern als Forschungsplattform für die zivile Luftfahrt. In dem 2016 eröffneten ZAL TechCenter in Finkenwerder arbeiten Vertreter von 30 Luftfahrtunternehmen und wissenschaftlichen Organisationen gemeinsam an Technologien, die künftige Flugzeuge effizienter, leiser und bequemer machen sollen. Gegründet wurde das ZAL als öffentlich-private Partnerschaft von der Hansestadt Hamburg, Airbus, Lufthansa Technik, dem ZAL-Förderverein, dem DLR und vier Hamburger Hochschulen.

Fraunhofer IPT
Automatisierung: Wie können Bauteile schneller und günstiger hergestellt werden? Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) beschäftigt sich beispielsweise mit der vollautomatisierten Produktion von Bläserschaufeln aus faserverstärktem Thermoplast. Künftig könnten sogar Sensoren einlaminiert werden, die eine Überwachung von Herstellung und späterem Betrieb ermöglichen.

Eigene technische Infrastruktur

Das ZAL stellt den Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die im TechCenter angesiedelt sind, eine eigene technische Infrastruktur zur Verfügung. Dazu gehören unter anderem eine der größten Akustikkammern Europas, ein Brennstoffzellenlabor, ein Kabinen- und Cargo-Prüfstand sowie ein Experimentierraum für die Entwicklung von Anwendungen mit künstlicher Intelligenz. Nicht zuletzt gibt es in Deutschland neun Universitäten und Hochschulen, die einen ausgeprägten Schwerpunkt in der Luftfahrt haben: RWTH Aachen, TU Berlin, TU Braunschweig, TU Darmstadt, TU Dresden, TU Hamburg- Harburg, TU München, Universität der Bundeswehr München und Universität Stuttgart. Darüber hinaus wird auch an anderen Hochschulen im Bereich Luftfahrt geforscht, allerdings unter dem Label des allgemeinen Maschinenbaus, der Informatik oder der Elektrotechnik, beispielsweise am Karlsruher Institut für Technik (KIT).

Uni Stuttgart IFB
Elektroflug:Das Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart entwickelt seinen elektrischen Motorsegler e-Genius stetig weiter und erprobt im kleinen Maßstab Lösungen für künftige Luftfahrtantriebe. In den vergangenen Jahren wurde das Flugzeug mit einem Dieselgenerator ausgestattet, und im Sommer 2021 gelang erstmals ein bemannter hybridelektrischer Flug.

Interview

Prof. Dr.-Ing. Stefan Levedag, Direktor des DLR-Instituts für Flugsystemtechnik in Braunschweig, hat mit anderen renommierten Luftfahrtexperten und Leopoldina-Mitgliedern 2018 ein Diskussionspapier zur Zukunfts-fähigkeit der deutschen Luftfahrtforschung veröffentlicht. Darin weisen die Autoren auf einen schleichenden Verlust an Industrie-Know-how in wichtigen Disziplinen hin. Im Interview spricht der Maschinenbauingenieur über Stärken und Schwächen der deutschen Forschungslandschaft und erklärt, was sich ändern muss.

"Wir bräuchten eine Firma, wie es Dornier war"

Herr Professor Levedag, wie steht die Luftfahrtforschung in Deutschland heute da?

Unsere Luftfahrtforschung ist in einem guten Zustand. Aber uns stirbt so ein bisschen der Kooperationspartner, die nationale Industrie, weg. Wenn ich mein eigenes Fachgebiet, die Flugmechanik und Flugsystemtechnik, betrachte, dann sind diese Felder in den vergangenen Jahren in jene Nationen abgewandert, die sich intensiv um die strategische Positionierung ihrer Luftfahrtaktivitäten kümmern.

Warum misst Deutschland der Luftfahrt weniger Bedeutung bei als andere Länder?

Das hat viele Gründe. Es fehlen Persönlichkeiten in der Politik wie Franz Josef Strauß, der die deutsche Luftfahrtentwicklung vorangetrieben hat. Wir haben im Vergleich zu anderen Ländern auch eine besondere Position. Seit dem Zweiten Weltkrieg sind wir an der Hand des großen Bruders USA durch die Gegend gelaufen und hatten kaum eigenständige Verteidigungsfähigkeiten. Das ist 50, 60 Jahre gutgegangen, doch jetzt ziehen sich die Amerikaner immer mehr zurück. Das Bewusstsein darüber, welche Fähigkeiten wir als Land brauchen, ist noch nicht entwickelt. Dazu kommt, dass politische Veränderungen sehr viel schneller ablaufen als der Aufbau von industriellen Fähigkeiten. Das muss die Politik als Grundsatzproblem begreifen.

Birgt die Pandemie eine Chance für die Forschung?

Jein. Corona beschleunigt den Umbau der Luftfahrt. Im Moment sind die Firmen noch gezwungen, zu konsolidieren. Das wird für diejenigen ein Vorteil sein, deren Heimatländer das Thema Luftfahrtfähigkeiten ganz oben auf der politischen Agenda haben. Die Luftfahrtforschung in Deutschland könnte das eher schwächen – wenn es nicht gelingt, der neuen Bundesregierung unsere Themen anzubieten und darauf hinzuweisen, wo kritische Punkte liegen.

Was sind die kritischen Punkte?

Die Politik müsste ein klares Signal geben, dass sie eigenständige Luftfahrt- fähigkeiten in Deutschland haben möchte. Während sich alle Industrienationen weltweit eigenständige Fähigkeiten erhalten, ist Deutschland fast immer in arbeitsteiligen Partnerschaften unterwegs gewesen. Diese Asymmetrie schlägt sich in den Gewichten der Industrie nieder. Die Luftfahrt ist traditionell immer stark von staatlichen Interessen bestimmt worden, und das schlägt sich bis in die Personalauswahl in internationalen Konzernen nieder. Hier könnte Deutschland noch deutlich aufholen.

Was sind die Stärken der deutschen Luftfahrtforschung und wo liegen Schwächen?

Wir haben für alle Wissenschaftsbereiche sowohl gute Forschungskapazitäten als auch eine hervorragende Ausstattung mit Großeinrichtungen, beispielsweise Windkanälen und Simulatoren. Eine Stärke ist auch, dass die Bundesregierung das Luftfahrtforschungsprogramm LuFo aufrechterhält. Allerdings fehlen uns zunehmend die fachlichen Ansprechpartner im eigenen Land. Die Schwäche ist also das Wechselspiel mit der Industrie, das uns einst stark gemacht hat. Wir bräuchten eine Firma, wie es Dornier war.

Wie bewerten Sie vor diesem Hintergrund die Entstehung neuer Unternehmen im Bereich der Air Taxis?

Mit einigen dieser Firmen arbeiten wir eng zusammen. Allerdings leiden die Air-Taxi-Konzepte daran, dass sie batterie-elektrische Antriebe bevorzugen, aus vielen und auch guten Gründen. Doch die Energiedichte der Batterien erreicht in den nächsten Jahren wahrscheinlich nicht das für die Luftfahrt nötige Maß. Hinzu kommt, dass auch neue Zulassungsprozesse gebraucht werden, was immer ein zeitraubender internationaler Abstimmungsprozess ist. Ob gerade elektrische Lufttaxis in näherer Zukunft dahin kommen, wo viele sie gerne hätten, ist noch nicht ausgemacht.

Die Fragen stellte Ulrike Ebner