Analytischer Flugzeugentwurf

Projektbeschreibung

VHyTTA entwickelt die nächste Generation von Wasserstoffinfrastruktur, um die Dekarbonisierung des Verkehrs zu ermöglichen. Während batterieelektrische Technologien geeignete Lösungen für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge bieten, stellt Wasserstoff, insbesondere in Form von flüssigem Wasserstoff (LH₂), die erforderliche Energiedichte für Anwendungen in der Luftfahrt, der Schifffahrt und im Schienenverkehr bereit. Angesichts von weltweit erwarteten zehn Milliarden Flugpassagieren pro Jahr hat flüssiger Wasserstoff das Potenzial, ein zentraler Baustein für klimaneutrale Flüge zu werden.

VHyTTA adressiert zentrale Herausforderungen der Infrastruktur sowie der Wasserstoff-Wertschöpfungskette, indem zwei innovative und flexible Wasserstofftankstellenkonzepte auf Technology Readiness Level 7 entwickelt und demonstriert werden: eine stationäre Anlage für komprimierten gasförmigen Wasserstoff (cGH₂) sowie eine mobile LH₂-Betankungslösung. Diese multifunktionalen Systeme sind für den Einsatz in Luftfahrt, Schifffahrt und Schienenverkehr ausgelegt und ermöglichen darüber hinaus die Versorgung von Flugzeugen, Schiffen mit flüssigem und gasförmigem Wasserstoff, Zügen, Flughafenbodenflotten, Werksflotten sowie Bussen.

Im Rahmen eines 48-monatigen Programms entwickelt, errichtet und betreibt VHyTTA eine neuartige stationäre cGH₂-Tankstelle für schwere Nutzfahrzeuge, Container und Flughafenbodenflotten. Parallel dazu wird eine mobile LH₂-Betankungseinheit entwickelt, die Flugzeuge und Schiffe sicher und effizient versorgen kann. Das Projekt digitalisiert die Betankungsinfrastruktur durch validierte Leistungs- und Betriebsmodelle, optimiert Logistik- und Wertschöpfungskettenintegration für Wasserstoff-Hubs an Flughäfen und gewährleistet höchste Standards in den Bereichen Gesundheit, Sicherheit, Schutz und Umwelt. Darüber hinaus werden Wirtschaftlichkeit und Umweltwirkungen bewertet, um Skalierbarkeit und langfristige Tragfähigkeit sicherzustellen.

Beitrag des IFB

Das IFB konzentriert sich auf die Analyse und Optimierung von Flugzeug-Turnaround-Prozessen mit besonderem Fokus auf die Betankungszeit für unterschiedliche Flugzeuggrößen. Grundlage ist eine systematische Untersuchung konventioneller Flugzeuge hinsichtlich ihres typischen Energiebedarfs und etablierter Turnaround-Zeiten. Darauf aufbauend definiert die Universität Stuttgart realistische und operativ umsetzbare Zeitbereiche für die Betankung wasserstoffbetriebener Flugzeuge verschiedener Klassen.

Mit Beginn der Demonstrationsphase analysiert das IFB die Betriebsdaten der im Projekt entwickelten mobilen LH₂-Betankungsstation. Untersucht werden unter anderem Positionierungs- und Anschlusszeiten, Vorkonditionierungsprozesse, erreichbare Massenströme sowie Abkopplungszeiten. In enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wird die mobile LH₂-Betankungsstation für unterschiedliche Flugzeugkategorien skaliert und dimensioniert. Technische Parameter wie Abmessungen und Volumen, Leitungen, Durchflussgrenzen und betriebliche Randbedingungen fließen in die Analyse ein. Auf dieser Basis quantifiziert das IFB die Auswirkungen der Wasserstoffbetankung auf Turnaround-Zeiten, Flugzeugauslastung und direkte Betriebskosten.

Darüber hinaus beteiligt sich das IFB an der Studie zum LH₂-Flughafen-Hub, indem flugzeugspezifische Energie- und Wasserstoffmassenbedarfe in konkrete Infrastrukturanforderungen überführt werden. Durch die Verknüpfung des Turnaround-spezifischen Wasserstoffbedarfs mit Versorgungs- und Verteilungskonzepten auf Hub-Ebene wird die Konsistenz zwischen Flugzeugbetrieb und Flughafeninfrastruktur sichergestellt.

Projektpartner

• Universität Stuttgart
• DNV Services
• Engie Solutions H2
• ZeroAvia Ltd
• PRF, Gás, Tecnologia e Construção
• Absolut System SAS
• Alfa Laval Golbey SAS
• Institut national de l'environnement industriel et des risques
• H3 Dynamics
• Rijksuniversiteit Groningen
• European Research Institute for Gas and Energy Innovation
• Groningen Airport Eelde
• Vanguard Sustainable Transport Solutions Limited
• EO Concept
• Compagnie du Ponant
• Aéroports de Paris
• Benkei
• Persee
• Hyggle

Finanzierung

Europäische Kommission (Horizon Europe), Grant Agreement ID: 101192497

Laufzeit

2025–2029

Kontakt

Jonas Mangold, M.Sc.

Projektinhalt

Das Projekt ATLAS (Air Transport Analysis and Technology Synergy Study) ist eine nationale Forschungsinitiative im Rahmen des deutschen Luftfahrtforschungsprogramms LuFo VII-1 KTF. Das Projekt läuft über drei Jahre, von November 2025 bis Oktober 2028, und umfasst neun deutsche Universitäten und drei große Forschungseinrichtungen. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung einer Simulations- und Bewertungsumgebung für Luftverkehrssysteme, der Erstellung von Leitlinien für einen klimafreundlichen Langstreckenflugverkehr (EIS 2040-2045) und der Einrichtung eines nationalen Scouting-Prozesses für disruptive Technologien aus dem globalen Umfeld, die langfristig für den Luftverkehr geeignet sein könnten.

Ziel des Projekts ist es, Simulations- und Bewertungsmöglichkeiten auf allen drei Systemebenen bereitzustellen: Luftverkehrssystem, Flugzeuge und einzelne Technologien. Dies soll erreicht werden durch:

• Die Entwicklung einer öffentlich zugänglichen Simulations- und Bewertungsumgebung für das Luftverkehrssystem
• Die Ableitung transparenter und konkreter Handlungsempfehlungen zu Technologien, deren Kombination und daraus resultierenden Flugzeugkonzepten für die nächste Generation von Langstreckenflugzeugen mit einer EIS von 2040–2045
• Die Einrichtung eines nationalen Scouting-Prozesses für neue/radikale Einzeltechnologien.

Am Ende des Projekts werden Softwaretools und Methoden bereitgestellt, um eine fundierte Diskussion der Vor- und Nachteile einzelner Technologien und Konzepte im Kontext einer klimaneutralen Luftfahrt bis 2050 zu ermöglichen. Die Arbeit im Rahmen von ATLAS wird in umsetzbare Empfehlungen für die Verwirklichung eines klimaneutralen Luftverkehrssystems bis 2050 münden.

Beitrag des IFB

Das IFB ist auf verschiedenen Ebenen sowohl bei den Einzeltechnologien als auch an der Technologieauswahl, -integration und am Gesamtflugzeugentwurf in ATLAS beteiligt. Auf Flugzeugebene werden die in ATLAS untersuchten Technologien in das Flugzeugentwurfstool UNICADO integriert, eine Synthese der Technologien und Flugzeugkonfigurationen durchgeführt und schließlich Handlungsempfehlungen abgeleitet. Im Bereich der Einzeltechnologien untersucht der Bereich Flugzeugentwurf die strukturelle Triebwerksintegration für hochgestreckte Flügel. Der Leichtbaubereich des IFB beschäftigt sich mit der Optimierung von frei geformten Wasserstoffdrucktanks zur Verbesserung der volumetrischen Speicherdichte in komplexen Bauräumen.

Beitrag des IAG

Die aerodynamischen Analysen in ATLAS werden vom IAG im Arbeitspaket Technologien zur Widerstandsreduktion durchgeführt. Ziel ist dabei die Erhöhung der Energieeffizienz von Langstreckenkonfigurationen (NextGen Long Range) durch Widerstandsreduktion. Dies unterteilt sich zum einen in die Identifizierung aerodynamisch günstiger Konfigurationskonzepte und zum anderen in die Analyse verschiedener Technologien zur Widerstandsreduktion. Zu ersterem, der Konfigurationsaerodynamik, wird ein CFD-basierter aerodynamischer Vergleich von vier Konfigurationskonzepten (Future Tube & Wing, Truss-Braced Wing, Blended Wing Body, Multi-Fuselage/Surface) durchgeführt, wobei jeweils die Technologien des hochgestreckten Flügels und der Triebwerks-Integration betrachtet werden. Zu letzterem wird der Einfluss verschiedener Technologien zur Laminarhaltung und Grenzschicht-Beeinflussung (Formgebung, Absaugung, Oberflächenkühlung für laminare Grenzschicht, Oberflächenheizung für turbulente Grenzschicht) durch CFD-Studien untersucht. Im letzten Schritt werden beide Arbeiten vereint, in dem die Widerstandsreduktionen der Grenzschicht-Technologien auf Konfigurationsebene berücksichtigt werden. Finales Ziel ist somit die möglichst exakte Quantifizierung des Energiebedarfs der Konzepte als aerodynamische Grundlage der Erstellung von Handlungsempfehlungen für die zukünftige Forschung/Entwicklung zu Langstreckenkonfigurationen.

Projektpartner

• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Technische Universität Berlin
• Technische Universität Braunschweig
• Technische Universität Dresden
• Technische Universität Darmstadt
• Technische Universität Hamburg
• Technische Universität München
• Universität der Bundeswehr München
• Universität Stuttgart
• Bauhaus Luftfahrt e.V.
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
• Fraunhofer-Gesellschaft

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Luftfahrtforschungsprogramm VII-1)

Laufzeit

November 2025 – Oktober 2028

Kontakt am IFB

Ellen Seabrooke, M.Sc.
Markus Bellmann, M.Sc.

Kontakt am IAG

Dr.-Ing. Michael Schollenberger

Projektinhalt

Das DOXWING-Projekt befasst sich mit der Notwendigkeit, die nachhaltige Luftfahrt durch die Integration von drei Schlüsseltechnologien voranzutreiben: Boxwing Design, verteilte elektrische Antriebe und wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen. Das Projekt zielt darauf ab, die Leistung von Flugzeugen zu verbessern, Emissionen zu reduzieren und die Energieeffizienz zu fördern, was den Zielen der Initiative Fly the Green Deal entspricht. Genauer gesagt, konzentriert sich DOXWING auf die Entwicklung und Optimierung dieser Technologien, um eine neue, hocheffiziente Flugzeugkonfiguration zu schaffen. Auf diese Weise leistet es einen Beitrag zu den weltweiten Bemühungen um eine kohlenstoffneutrale Luftfahrt. Darüber hinaus wird das Projekt Konstruktionsmethoden und Integrationsstrategien auf System- und Flugzeugebene erforschen, um eine nahtlose technologische Kompatibilität und Skalierbarkeit zu gewährleisten.

Beitrag des IFB

Das Institut für Flugzeugbau leitet das DOXWING-Projekt und bringt sein Fachwissen im Bereich Flugzeugbau und nachhaltige Luftfahrttechnologien ein. Das Institut spielt eine entscheidende Rolle bei der Integration und Bewertung der neuen Technologien auf Flugzeugebene und stellt sicher, dass die Ziele des Projekts mit den neuesten Fortschritten in der energieeffizienten Luftfahrt übereinstimmen.

Projektpartner

• Bauhaus Luftfahrt
• TU Berlin
• Universität Stuttgart, Institut für Aerodynamik und Gasdynamik
• Universität Stuttgart, Institut für Flugzeugbau

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (Luftfahrtforschungsprogramm VI-2)

Laufzeit

Juli 2024 – Juni 2027

Kontakt

Sara Hijazi, M.Sc.

Projektinhalt

Das Projekt WhisperProp besteht aus mehreren Teilprojekten, welche verantwortlich von den jeweiligen Projektpartnern durchgeführt werden. Das übergeordnete Ziel des Gesamtprojekts ist es, Lärmvorhersagen frühzeitig in den Flugzeugvorentwurf einzubinden. Hierzu sind eine Vielzahl an Datenpunkten erforderlich, welche mithilfe von high-fidelity Ansätzen, aber auch hybriden Methoden erzeugt werden sollen. Im Rahmen eines Teilprojekts soll diese hybride Methode ausgearbeitet werden, welche deutlich verkürzte Rechenzeiten aufweisen soll und somit die Anzahl an verfügbaren Datenpunkten erhöhen soll. Ein zweites Teilprojekt bildet die Schnittstelle zwischen Methodik und Flugzeugentwurf. Hierbei liegt der Fokus auf dem Aufbau des Simulationsprozesses, der Validierung der Simulationen und dem Erstellen der Datenbasis. Aus dieser Datenbank wird schlussendlich mithilfe datenbasierter Methoden im dritten Teilprojekt eine Vorentwurfsmethodik abgeleitet. Abschließend werden die Projektergebnisse mithilfe von Flugversuchen validiert.

Beitrag des IFB

Das IFB bringt vor allem seine Kompetenz aus dem Bereich des analytischen Flugzeugentwurfs aber auch aus dem Bemannten Fliegen in das Projekt ein. Hierzu zählen z.B. die Definition der zu untersuchenden Parametervariationen, das Erstellen der Vorentwurfsmethodik und die Durchführung der Flugversuche. Dazu gehört neben dem Betrieb des institutseigenen Flugzeugs e-Genius auch die Aufbereitung und Auswertung der Messergebnisse. Abschließend soll die Methodik bewertet und mithilfe von Trade-off Studien bessere Konfigurationen identifiziert werden.

Projektpartner

• CFD Consultants GmbH
• Hochschule Offenburg
• yasAI UG

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) – Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

Laufzeit

März 2024 – August 2026

Kontakt

Dominik Eisenhut, M.Sc.

Projektinhalt

UniSELECT ist ein Folge- und Parallelprojekt von UNICADO und UNICADO-II.

Ziel von UniSELECT ist systematisch zu untersuchen welche Effizienzsteigerungen mit neuen Technologieoptionen und radikalen Flugzeugkonfigurationen bis 2050 möglich sind. Außerdem werden regulatorische und operationelle Einschränkungen untersucht die eine vollständige Ausnutzung der Potenziale dieser neuen Technologien und Konfigurationen, aktuell und auf die Zukunft prognostiziert, verhindern oder vermindern könnten. Die Verminderung des Einsparungspotenzial durch regulatorische Einschränkungen soll im Vorhaben quantifiziert werden, um den zulassenden Stellen eine neue Betrachtungsweise zu bieten. Gleichzeitig wird ebenfalls untersucht, inwieweit und welche spezifischen Aufweichungen (Relaxation) von zulassungsbedingten oder operationellen Randbedingungen dem übergeordneten Ziel der Reduzierung des Klimaeinflusses dienen kann.

Beitrag des IFB

Identifikation regulatorischer Randbedingungen welche sich auf Vorentwurfsebene direkt und indirekt auf den Flugzeugentwurf mit neuen Technologien und disruptiven Konfigurationen auswirken.

Entwicklung von Entwurfsmethoden, Technologie- und Systemmodellen für den aus den Anforderungen entwickelten Entwurfsraum für ein maximal effizientes Langstreckenflugzeug.

Durchführung eines umfangreichen Technologie- und Konfigurationsscreenings in Bezug auf radikal unkonventionelle Flugzeugkonfigurationen mit Experten der Branche und der Literatur.

Ableitung eines möglichen Entwurfsraumes aus dem Screening für eine radikal unkonventionelle Langstreckenflugzeugkonfigurationen mit minimaler Klimawirkung.

Spezifizierung eines transparenten Bewertungs- und Entscheidungsprozesses für die Konfigurationsfindung eines radikal disruptiven Langstreckenflugzeugs, sowie die Entwicklung eines Algorithmus zur wiederholenden gleichen Durchführung der konfigurativen Entscheidungsprozesse.

Iterative Entwürfe verschiedener radikal unkonventionelle Langstreckenflugzeuge auf Basis der durch die Entscheidungsprozesse festgelegten Konfigurationen und Technologiekombinationen. Hierbei werden auch studierende über Entwurfswettbewerbe eingebunden um die Anzahl der Entwürfe und Kreativität zu erhöhen.

Durchführung von Sensitivitätsstudien mit UNICADO um das Potenzial der Flugzeugentwürfe hinsichtlich der Emissionswirkung und den Lebenszykluskosten zu untersuchen.

Projektpartner

• RWTH Aachen
• TU München
• TU Berlin
• TU Braunschweig
• TU Hamburg
• TU Wien

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (Luftfahrtforschungsprogramm VI-3)

Laufzeit

Januar 2024 – Dezember 2026

Kontakt

Johannes Schneider, M.Sc.
Ellen Seabrooke, M.Sc.

Projektbeschreibung

Um in Zukunft klimaneutralen Luftverkehr zu ermöglichen, muss der Energieverbrauch von Flugzeugen deutlich gesenkt werden. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Flugzeug- und Antriebstechnologien sowie die verstärkte Integration dieser versprechen erhebliche Energieeinsparungen.

Das Collaborative Research Centre SynTrac konzentriert sich auf hochintegrierte Verkehrsflugzeuge und legt den Schwerpunkt auf Prinzipien wie Boundary Layer Ingestion und Distributed Propulsion. SynTrac erforscht disziplinübergreifende Synergien und sucht nach optimalen Integrationsmethoden und -modellen für eine umfassende, konfigurationsunabhängige Forschung zur Realisierung von Energieeinsparungen, aerodynamischen Verbesserungen und akustischen Anforderungen.

Projektpartner

• Universität Stuttgart
• Technische Universität Braunschweig
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
• Leibniz Universität Hannover

Finanzierung

Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG Programm CRC/Transregios

Laufzeit

2023 – 2026

Kontakt

Jakob Schlittenhardt, M.Sc.

Projektbeschreibung

Bei CONCERTO handelt es sich durch die EU, im Rahmen des Clean Aviation Joint Undertaking, finanziertes Projekt. Übergeordnetes Ziel des Projekts ist es technische Daten zu entwickeln, die als Grundlage für künftigen disruptive Innovationen dienen sollen. Die Zielsetzung von Clean Aviation der Nutzung radikaler Flugzeugentwürfe und Ansätze zur Steigerung der Flugleistungen wird mit einer geplanten Indienststellung im Jahr 2035 nur dann vereinbar sein, wenn der zukünftige rechtliche Rahmen kein Innovationshindernis darstellt. Zukünftige Zulassung soll daher die Sicherheit dieser Entwürfe weiter sicherstellen, während es gleichzeitig möglich sein soll die Zeit zu verkürzen die benötigt wird um neue, sichere Entwürfe auf den Markt bringen zu können und in Betrieb zu nehmen. Ein wichtiger Schritt ist es Lösungen für diesen Zulassungspfad zu finden. Das Projekt wird ein umfassendes Regelwerk zur Zertifizierung, samt vorläufiger Beschreibung der angedachten „means of compliance“ (MoCs) für alle drei Schwerpunkte von Clean Aviation, sowie einen ersten Stand umfassender digitaler Rahmenbedingungen für formale, kollaborative und modell-/ bzw simulationsbasierte Zulassungsprozesse liefern.

Die Zusammensetzung des Projektkonsortiums spiegelt eine elegante Mischung aus Flugzeugherstellern (CS-25, CS-23), Triebwerskherstellern (CS-E), Ausrüstungsherstellern, Forschungszentren, Universitäten, KMUs und PLMs wider.

Beitrag des IFB

Im Rahmen von CONCERTO werden drei wichtige Technologien untersucht. Im Fokus liegt die Nutzung von H2, ein aktiver Flügel und einer elektrischen Antriebsarchitektur (kurz HvD).

Das Institut für Flugzeugbau ist im Rahmen des HvD Nachweises tätig. Im Rahmen des Konsortiums helfen wir bei der Definition und Planung der Konzeptnachweise für neue Zulassungsprozesse und -prinzipen. Hierbei sollen außerdem die erwarteten Ergebnisse und deren Metrik definiert, sowie angestrebte Sicherheitsziele und die oprationelle Umgebung definiert werden um, gemeinsam mit der EASA gültige Bestimmungen und Grenzen des Projekts zu erarbeiten.

Im folgenden Arbeitspaket leitet das IFB den Arbeitspunkt der Certification Gap Analysis. Hierbei wir die im vorherigen Arbeitspaket gemeinsam definierte Architektur auf ihre Zulassbarkeit hinsichtlich der aktuell geltenden Regularien (CS-23, SC-E19, CS-25, CS-E) untersucht bzw umgekeher nach Lücken in den Vorschriften gesucht. In weiteren Arbeitspaketen sollen Vorschläge unterbreitet werden, wie diese Lücken künftig geschlossen werden können. Hierbei soll in CONCERTO auch eine simulative (Teil-)Zulassung als „means of compliance“ (MoC) untersucht werden. Diese werden auf den identifizierten Lücken und vorgeschlagenen Maßnahmen basieren.

Projektpartner

Für eine vollständige Auflistung der Projektpartner siehe CORDIS Projektseite.

Finanzierung

Europäische Kommission (Horizon Europe, JU Clean Aviation), Grant Agreement ID: 101101999

Laufzeit

Januar 2023 – Dezember 2026

Kontakt

Alexander Albrecht, M.Sc.

Acknowledgement

The project CONCERTO (GA ID: 101101999) is supported by the Clean Aviation Joint Undertaking and its members.

Projektbeschreibung

Das Projekt UP Wing (Ultra Performance Wing) wird Schlüsseltechnologien validieren, auswählen, reifen lassen und demonstrieren sowie die Integration der „Ultra Performance Wing“ Konzepte für die angezielten hocheffizienten Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge, d. h. 150-250 Passagiere und 1000-2000 NM Reichweite, bereitstellen.

Das Projekt zielt direkt auf die Clean Aviation Ziele ab: Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um mindestens 30 % auf Flugzeugebene im Vergleich zum State-of-the-art Referenzflugzeug. In UP Wing werden zwei Flugzeugkonfigurationen betrachtet, welche beide Nutzungshorizonte der Clean-Aviation Ziele abdecken: einen SAF-Flügel mit hoher Streckung und Turbofan mit 10-13 % zu erzielender Energieeinsparung sowie ein „Dry-Wing“ Konzept mit hoher Streckung und „Open Rotor“ mit bis zu 17 % Energieeinsparung. Das „Dry-Wing“ Konzept verwendet eine alternative Energiequelle, welche sich in einem hinteren Rumpftank befindet.

UP Wing wird den integrierten hochgestreckten SAF Flügel bis zum Ende des Projekts bis TRL4 entwickeln und Konzeptstudien zu verschiedenen „Dry-Wing“ Konzepten durchführen. Das interdisziplinäre europäische Konsortium, bestehend aus Flugzeugherstellern, Industrie, Forschungseinrichtungen und Hochschulen, wird die zugehörigen Technologien entwickeln, welche alle relevanten Disziplinen abdecken. Vorgesehen sind Boden-, Windkanal und virtuelle Tests. Dank der multidisziplinären Optimierung wird der Gesamtentwurf des Tragflügels für Konfiguration 1 die ordnungsgemäße Integration aller Technologien bis TRL4 gewährleisten. Diese Ergebnisse werden in einer zweiten Clean Aviation Phase aufgegriffen, in der bis zum Ende des Clean Aviation Programms TRL 6 erreicht wird.

Diese Clean Aviation Ziele sind gut auf die Entwicklungspläne für künftige Flugzeuge abgestimmt, die im Jahr 2035 in Dienst gestellt werden (SAF SMR & H2 Regional) und eine Marktdurchdringung von 75 % bis 2050 erreichen soll. Die beteiligten Hochschulen werden für eine angemessene wissenschaftliche Verwertung durch Vorträge, Konferenzbeiträge und Veröffentlichungen in Fachzeitschriften sorgen, während die Industriepartner spezifische Technologiebausteine bis TRL4 und höher entwickeln werden.

Beitrag des IFB

Das Institut für Flugzeugbau konzentriert sich dabei auf die strukturelle Entwicklung und Bewertung der Strebe des „Dry-Wing“ Konzeptes. Mit vollparametrisierten FE-Modellen werden Design of Experiments durchgeführt, wodurch die Haupteinflussparameter bestimmt und ein detailliertes Modell für die gegebenen Randbedingungen generiert werden kann.

Projektpartner

Für eine vollständige Auflistung der Projektpartner siehe CORDIS Projektseite.

Finanzierung

Europäische Kommission (Horizon Europe, JU Clean Aviation), Grant Agreement ID: 101101974

Laufzeit

Januar 2023 – Juni 2026

Kontakt

Dominik Eisenhut, M.Sc.
Heinrich Pfander, M.Sc.

Acknowledgement

The project Ultra Performance Wing (UP Wing, GA ID: 101101974) is supported by the Clean Aviation Joint Undertaking and its members.

Projektinhalt

UNICADO-II ist die Fortsetzung von UNICADO und zielt auf den Erhalt und Ausbau der Gesamtsystembewertungsfähigkeit deutscher Flugzeugvorentwurfsuniversitäten ab. Dazu gehört erstens die Schaffung einer Aussagefähigkeit des Konsortiums zu aktuellen konfigurations-bezogenen Frage- und Problemstellungen aus der Luftfahrtbranche und zweitens der Aufbau einer umfassenden Datenbank für Flugzeugreferenzkonfigurationen. In UNICADO-II werden wasserstoffbetriebene Flugzeugkonzepte entworfen, um diese Technologie für die kommerzielle Luftfahrt zu evaluieren und zusammen mit der Industrie eine Grundlage zur weiteren Forschung liefern zu können. Dazu werden die zwei Ansätze der Energieerzeugung mittels Brennstoffzelle und mittels direkter Verbrennung von Wasserstoff sowohl auf einer konventionellen, nach CS-25-Standards zertifizierbaren, Kurzstreckenkonfiguration untersucht sowie auf einer Blended-Wing-Body (BWB)-Konfiguration. Neben den „Produkten“, d.h. den ausgearbeiteten Entwürfen, setzt sich UNICADO-II die Entwicklung von Betriebsprozessen zum Ziel, um dauerhaft eine einfach zu bedienende, robuste, schnell erweiterbare Flugzeugvorentwurfssoftware mit aussagekräftigem Detaillevel der Daten zur Verfügung stellen zu können.

Beitrag des IFB

• Entwicklung eines Lehr- und Forschungskonzepts für und mit der Flugzeugentwurfsumgebung UNICADO

• Erweiterung der Funktionalitäten und Erhöhung der Genauigkeit in den Modulen InitialSizing und SystemsDesign.

• Technologieerweiterung in den Modulen InitialSizing und SystemsDesign für Wasserstoff betriebene Flugzeuge und Blended-Wing-Body Flugzeuge.

• Aufbau und Anwendung von UNICADO im Aircraft Design Lab bei Parametervariationen der CeRAS Referenz.

• Validierung der gesamtheitlichen Integrität und Funktionalität von UNICADO durch CeRAS Nachentwürfe.

Projektpartner

• RWTH Aachen

• TU München

• TU Berlin

• TU Braunschweig

• TU Hamburg

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (Luftfahrtforschungsprogramm VI-2)

Laufzeit

Juni 2022 – Mai 2025

Kontakt

Johannes Schneider, M.Sc.
Ellen Seabrooke, M.Sc.

Projektinhalt

Zunächst wird der Beitrag, den Wasserstoff als Hauptenergieträger in der Luftfahrt zur Erreichung der Klimaziele leisten kann, quantifiziert. Zusätzlich werden die Kosten und die Klimawirkung von Produktion und Transport von Wasserstoff und dessen Verwendung in Bodenoperationen am Flughafen bestimmt. Weiterhin werden die kritischen Technologien, die für eine Einführung von Wasserstoff notwendig sind, identifiziert, untersucht und detailliert modelliert. Daraufhin werden diese weiterentwickelten Technologien in alle relevanten Flugzeugklassen integriert. Abschließend werden alle Bausteine zu einem ganzheitlichen Szenario mittels Flottenmodellierung und Lebenszyklusanalyse zusammengeführt.

Beitrag des IFB

Die Universität Stuttgart konzentriert sich in diesem Projekt vor allem auf die Wasserstofftankintegration und die damit einhergehenden neu zu entwickelnden Methoden der Rumpfauslegung für die verschiedenen Flugzeugklassen. Weiterhin erarbeitet die Universität Stuttgart passende Konzepte für die Thermalmanagement-Systeme, die aufgrund der neuen Anforderungen der jeweils unterschiedlichen Antriebsstränge entwickelt werden müssen. Dabei steht vor allem die Analyse der zu nutzenden Synergien im Vordergrund. Zuletzt unterstützt die Universität Stuttgart die Hauptarbeiten der anderen Partner, indem sie die zu beachtenden Sicherheitsanforderungen und luftfahrtrechtlichen Zulassungsvoraussetzungen für das H2-Versorgungssystem der entworfenen Flugzeuge identifiziert und detailliert untersucht.

Projektpartner

• Bauhaus Luftfahrt
• RWTH Aachen
• TU Braunschweig
• TU Hamburg

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (Luftfahrtforschungsprogramm VI-2)

Laufzeit

Mai 2022 – April 2025

Kontakt

Nicolas Möbs, M.Sc.

Projektbeschreibung

Impact Monitor ist ein von der EU gefördertes Projekt, das von einem hochkompetenten und komplementären Konsortium umgesetzt wird. Hauptziel ist die Entwicklung eines kohärenten und ganzheitlichen Bewertungsrahmens sowie einer Toolbox. Diese sollen die Europäische Kommission (EC) bei der fundierten Entscheidungsfindung auf der Grundlage wissenschaftlicher Erkenntnisse für die Technologie- und Politikbewertung der Umwelt-, Wirtschafts- und Gesellschaftsauswirkungen der europäischen Luftfahrtforschung und -innovation unterstützen. Die Bewertungen konzentrieren sich auf Treibhausgasemissionen, lokale Luftqualität und Lärm. Das Projekt konzentriert sich darauf, die gemeinsame Bewertung durch Beispielanwendungsfälle auf der Ebene von Flugzeugen, Flughäfen und dem Lufttransportsystem zu demonstrieren. Der zugrundeliegende Prozess der Systemarchitektur wird durch digitale Technologien für das kollaborative Engineering unterstützt, unter der Projektkoordination des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Impact Monitor baut auf den Ansätzen der EC-Richtlinien und Toolbox für bessere Rechtsetzung sowie auf den EC-Projekten TEAM_Play, Clean Sky TE und AGILE/AGILE 4.0 auf und entwickelt diese weiter.

Beitrag des IFB

Das Institut für Flugzeugbau unterstützt bei dem Projekt Impact Monitor auf Flugzeugentwurfsebene. Hierfür werden verschiedene zusammen mit den Projektpartnern verschiedene Referenzflugzeuge in der Entwurfsumgebung SUAVE nachgebildet. Die Modelle dienen als Basis für die Bewertung neuer Technologien in den Beispielanwendungsfällen. Ein wichtiger Baustein hierfür ist die Integration des vom DLR entwickelten Austauschformates CPACS in SUAVE, sowie die Integration von SUAVE in das Remote Component Environment (RCE).

Projektpartner

Für eine vollständige Auflistung der Projektpartner siehe CORDIS Projektseite.

Finanzierung

Europäische Kommission (Horizon Europe), Grant Agreement ID: 101097011

Laufzeit

Februar 2023 – Januar 2025

Kontakt

Felix Brenner, M.Sc.

Acknowledgement

Funded by the European Union, under Grant Agreement No. 101097011. Views and opinions expressed are however those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or CINEA. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.

Projektinhalt

Das Horizon 2020-Forschungsprojekt FUTPRINT50 befasst sich damit, den Einsatz hybridelektrischer Technologien in der Luftfahrt zu beschleunigen, um ein CO2-neutrales Wachstum des Luftverkehrs in der Zukunft sicherzustellen. Vertiefend wird sich das Projekt mit den Bereichen der Energiespeicherung, der Energieregeneration und des Thermalsystems auseinandersetzen. Neben der Weiterentwicklung des Stands der Technik dieser Technologien wird es Entwurfsmethoden erforschen und entwickeln. Dabei werden Modelle und Werkzeuge zur Bewertung neuer Konfigurationen und zur Integration auf System- und Flugzeugebene berücksichtigt. Um die ehrgeizige Vision eines einsatzfähigen Flugzeugs bis 2035/40 zu erreichen, wird FUTPRINT50 Roadmaps entwickeln, um die zukünftige Forschung auf die technologische Entwicklung, aber auch auf die regulatorischen Aspekte auszurichten.

Beitrag des IFB

Das Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart hält die Gesamtleitung des Forschungsprojekts FUTPRINT50. Zusätzlich trägt es hauptsächlich seine Kompetenz im Gesamtflugzeugentwurf bei. Neben dem Erstellen geeigneter Bewertungsmethoden werden durch das IFB verschiedene Architekturen des Antriebsstrangs untersucht und die vielversprechendste ausgewählt. Für diese wird daraufhin ein detaillierter Flugzeugvorentwurf erstellt. Zusätzlich dazu wird am IFB ein hybridelektrischer Teil eines Flugzeugentwurfstool in Open Source aufgebaut, um die Entwicklung zukünftiger hybridelektrischer Regionalflugzeuge zu beschleunigen, Referenzdatensätze zu erstellen und diese offen mit der Community zu teilen.

Projektpartner

• Cranfield University
• Embraer Research & Technology Europe
• Delft University of Technology
• ADSE Consulting & Engineering BV
• French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA)
• EASN Technology Innovation Services
• Niccolò Cusano University
• Embraer SA

Finanzierung

Europäische Kommission (Horizon 2020), Grant Agreement ID: 875551

Laufzeit

Januar 2020 – Juni 2023

Kontakt

Prof. Andreas Strohmayer
Dipl.-Ing Dominique Bergmann
Nicolas Möbs, M.Sc.
Dominik Eisenhut, M.Sc.
Jonas Mangold, M.Sc.
Felix Brenner, M.Sc.

Projektinhalt

Im Rahmen von GNOSIS wird eine holistische Bewertung des elektrischen Fliegens durchgeführt. Dafür wird eine umfassende Identifikation der Möglichkeiten durch (Teil-)Elektrifizierung in der Regionalflugzeugklasse untersucht inklusive einer vereinfachten Potentialabschätzung in den Bewertungskategorien Globale Emissionen, Lokale Emissionen, Lärm, Kosten und Sicherheit.

Zudem wird ein Analyseframework für die detaillierte Potentialabschätzung und Bewertung von (teil-) elektrifizierten Flugzeugkonfigurationen in den zuvor genannten Kategorien auf Vehikel- und Lufttransportsystemebene unter Berücksichtigung von Flugzeuglebenszyklusaspekten aufgebaut. Mit den gewonnenen Ergebnissen sollen optimierte Konfigurationen für Flugzeuge mit 19 Sitzen gefunden werden und die Skalierungseffekte für Flugzeuggrößen mit 9 und 50 Sitzplätzen bestimmt werden.

Beitrag des IFB

Das IFB erforscht die Zertifizierung elektrischer Flugzeugkonfigurationen. Dafür werden Zulassungsvorschriften analysiert, die auf elektrische und elektrisch-hybride Flugzeuge Anwendung finden. Da die aktuellen Bauvorschriften die neuen Antriebsysteme nur teilweise abdecken, werden verschiedene Szenarien für zukünftige Regularien entworfen und untersucht. Ziel ist es, mögliche zulassungsrechtliche Chancen und Risiken zu identifizieren.

Projektpartner

• RWTH Aachen
• Bauhaus Luftfahrt e.V.
• Universität Würzburg
• TU Braunschweig
• TU Hamburg
• TU Dresden

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Luftfahrtforschungsprogramm VI-1)

Laufzeit

Juli 2020 – Juni 2023

Kontakt

Andreas Bender, M.Sc.
Alexander Albrecht, M.Sc.

Projektinhalt

Erstellung einer modularen universitären Flugzeugentwurfssoftware

Beitrag des IFB

• Erweiterung der Referenzflugzeugdatenbank
• Verantwortlich für die Module Initial Sizing und Systems Design

Projektpartner

• RWTH Aachen
• TU München
• TU Berlin
• TU Braunschweig
• TU Hamburg

Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Luftfahrtforschungsprogramm VI)

Laufzeit

Juli 2020 – April 2022

Kontakt

Johannes Schneider, M.Sc.