Ein frischer Wind braust derzeit durch die
Konstruktionsabteilungen der europäischen Luftfahrtindustrie. Mit
dem Ziel, Flugzeuge und Hubschrauber leiser, emissionsärmer und
umweltfreundlicher zu machen, sind auch viele deutsche Hersteller
und Zulieferer im Rahmen der EU-Forschungsinitiative Clean Sky
angetreten. Jetzt beginnt die Demonstration der neuen
Technologieansätze.

Schnell, leise und möglichst umweltfreundlich – so lautet beim
Hubschrauberhersteller Eurocopter die Zielvorgabe für die nächste
Helikoptergeneration. Im Kleinen sind die Bayern dem Vorhaben schon
ein gutes Stück näher gekommen: In einem Windkanal erkundeten die
Ottobrunner Forscher und Entwickler gemeinsam mit Wissenschaftlern
der TU München an einem Hubschrauber-Modell im Maßstab 1:5 der
Leichtgewichtklasse, welchen Einfluss die verschiedenen Außenteile
des Helikopters auf den Luftwiderstand haben – und damit auf
Treibstoffverbrauch und Emissionen. Erkenntnis daraus: Rotorkopf und
Landewerk tragen maßgeblich zum Gesamtwiderstand des Helikopters bei
– an diesen Komponenten lohnen sich Optimierungen also besonders.

Mit diesen und vielen weiteren Themen beschäftigen sich die großen
Unternehmen der europäischen Luftfahrtindustrie sowie ihre Zulieferer
derzeit im Rahmen der EU-Forschungsinitiative Clean Sky. In besonders
starkem Maße arbeiten auch deutsche Firmen daran, ihre Maschinen und
Komponenten für deren kompletten Lebenszyklus noch umweltfreundlicher
zu machen. „Clean Sky ist mit seiner breiten industriellen und
wissenschaftlichen Beteiligung aus ganz Europa das bislang größte im
EU-Forschungsrahmenprogramm geförderte Luftfahrtprojekt“, betont
Thomas Belitz, Referent Forschung und Technologie beim Bundesverband
der Deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie (BDLI) in Berlin.

Die Clean Sky-Initiative wurde 2008 als Öffentlich-Private
Partnerschaft zwischen der Europäischen Kommission und Unternehmen
der europäischen Luftfahrtindustrie gegründet, um die ehrgeizigen
Umweltanforderungen des Advisory Council for Aeronautics Research in
Europe (ACARE), einem europäischen Beratungsgremium der Luft- und
Raumfahrt mit Vertretern aus Politik, Wirtschaft und Forschung,
umzusetzen. Gemäß seiner Hauptaufgabe, Entwicklungsziele zu
definieren und eine strategische Forschungsagenda zu erarbeiten, hat
ACARE bis 2020 Verbesserungen in vier Bereichen gefordert: Weniger
CO2- und Stickoxidemissionen, weniger Lärm, mehr
Umweltverträglichkeit im gesamten Flugzeug-Lebenszyklus (Produktion,
Betrieb, Instandhaltung und Recycling). Weitere Informationen zur
Clean Sky-Initiative: siehe Kasten.

Die Initiative führt Spezialisten aus ganz Europa zusammen, um
ihre jeweiligen Kompetenzen einzubringen und gemeinsam Ideen bis zur
Marktreife weiter zu entwickeln. Sie setzt dabei auf Vielfalt und
profitiert gleichzeitig von der Forschungs-Zugkraft großer
Unternehmen, dem Spezialwissen mittelständischer Unternehmen sowie
den kreativen Ansätzen renommierter Hochschulen und
Großforschungseinrichtungen.

In sechs Forschungsbereichen entwickeln Ingenieure beispielsweise
geräuscharme Antriebe, Treibstoff sparende Tragflächen oder Systeme
für effektives Energiemanagement. Die aussichtsreichsten Ansätze
werden zu Modellen für verschiedene Einsatzfelder, wie Lang- und
Kurzstreckenflugzeuge sowie Hubschrauber, kombiniert. So können die
Experten der siebten Einheit, des Technology Evaluators, konkrete
Simulationen durchführen und erfassen, wie hoch die Emissions- und
Lärmreduzierungen in der Praxis ausfallen. Außerdem gehören die
umweltschonende Produktion und ein umfassender Recyclingplan zu den
Schwerpunkten des Forschungsprogramms.

Die Clean Sky-Initiative ist schon jetzt ein Erfolg: Durch die
gemeinschaftlichen Anstrengungen entstehen in kurzer Zeit zahlreiche
neue umweltschonende Technologien. Peter Taferner, Program Manager
des Clean Sky Programms bei der MTU Aero Engines in München: „Durch
Clean Sky konnten wir eine Reihe zukunftsträchtiger Technologien in
Sachen ökoeffizientes Fliegen auf den Weg bringen.“ Um die drei
zentralen Ziele Emissionsreduzierung, Lärmminderung sowie Öko-Design
(Rohstoffeffizienz plus Schadstoffminimierung) zu erreichen, setzen
die Unternehmen auf verschiedene Strategien:

Forschungsschwerpunkt Emissionsreduzierung

CO2- und Stickstoffemissionen lassen sich durch geringeren
Treibstoffverbrauch und effektivere Verbrennung vermindern. Das
größte Potenzial für die Emissionsreduzierung ergibt sich, indem die
Flugzeugindustrie verschiedene Technologien geeignet kombiniert. So
kann sie die angestrebte Halbierung der CO2-Emissionen gemäß Daten
der ACARE folgendermaßen erreichen: 15 bis 20 Prozent Reduzierung
durch effizientere Triebwerke, 20 bis 25 Prozent durch Optimierung
der Flugzeugzelle und somit Reduzierung des Leistungsbedarfes sowie
fünf bis zehn Prozent durch ein effizienteres Management des
Flugverkehrs, wie zum Beispiel der Optimierung von Flugrouten.

Im Rahmen des Clean Sky Moduls „Sustainable and Green Engines“
(SAGE) integriert und testet der Triebwerkshersteller MTU Aero
Engines neue Technologien in einem Demonstrator-Triebwerk. MTU Aero
Engines setzt dabei auf eine weiterentwickelte Variante des
sogenannten Getriebefan-Konzepts. Dabei kommen u. a. innovative
Materialien, wie das Gewicht sparende Titanaluminid, zum Einsatz,
denn auch ein geringeres Gewicht trägt zur Reduzierung von
Treibstoffverbrauch und Emissionen bei.

Diese neuen Technologien sollen zukünftig in Regional-, Kurz- und
Mittelstreckenflugzeugen eingesetzt werden. Peter Taferner: „Nachdem
die Technologien mittels Bauteiltests und Komponentenerprobung den
erforderlichen Technologiereifegrad erreicht haben und das
Demo-Triebwerk montiert wurde, wird es 2015 die Validierungstests in
einem dafür vorbereiteten Prüfstand am Standort München absolvieren.“

Auch Rolls-Royce entwickelt im Rahmen von SAGE neue
Triebwerkstechnologien. Das Unternehmen arbeitet an drei Hauptthemen:
Die Entwicklung fortschrittlicher, leichter Technologien für das
Niederdrucksystem, wie zum Beispiel Fanschaufeln aus
Verbundwerkstoffen, wodurch das Gewicht, der Treibstoffverbrauch und
damit auch die CO2-Emissionen reduziert werden können. Ein weiterer
Fokus von Rolls-Royce liegt auf der Entwicklung von
Magerverbrennungstechnologien, durch die der Ausstoß von Stickoxiden
erheblich verringert wird. Außerdem setzt das Unternehmen auf den
Open Rotor. Dabei handelt es sich um ein Triebwerk mit, wie der Name
schon verrät, nicht-ummantelten Propellern, die sich gegenläufig
drehen. Ein Vorteil dieses Systems ist dessen hohe
Treibstoffeffizienz. „Verglichen mit den treibstoffeffizientesten
heutigen Turbofan-Triebwerken, wie beispielsweise dem kürzlich von
der EASA zugelassenen Trent XWB, ließen sich künftig mit dem Open
Rotor weitere 10 bis 15 Prozent Treibstoff einsparen“, schwärmt Ric
Parker, Direktor des Bereichs Forschung und Technologie bei
Rolls-Royce.

Mit der Optimierung der Tragflächen befasst sich der
Flugzeughersteller Airbus im Modul „Smart Fixed Wing Aircraft“
(SFWA). Ein Zukunftsprojekt ist die Entwicklung des Laminarflügels.
„Die Idee ist, eine Flügeloberfläche mit sehr glatter, ebener
Oberfläche hoher Qualität und ohne störende Übergangsstellen in
Kombination mit einem neuen Flügelprofil zu schaffen, um so die
Bildung von Luftwirbeln zu minimieren“, erläutert Jens König,
Airbus-Koordinator im Clean Sky-Projekt. Airbus rechnet damit, auf
diese Weise den Flügelwiderstand während des Fluges um 25 Prozent und
den Gesamtwiderstand um fünf bis sechs Prozent zu reduzieren.

Die Schweizer RUAG Aviation ist ebenfalls Forschungspartner im
SFWA-Modul. Die Ingenieure des Flugzeugkomponentenherstellers
entwickeln aerodynamische Konzepte für Rumpfhinterteile, die mit den
neuartigen Triebwerken ausgerüstet werden können. Für Praxistests
steht der hauseigene Windkanal zur Verfügung.

Liebherr Aerospace Lindenberg entwickelt im Modul „Systems for
Green Operations“ (SGO) Systeme für ein intelligentes
Energiemanagement, wie eine elektrische Klimaanlage und elektrische
Systeme zur Steuerung von Fahrwerken und Flügelstellflächen. Ziel
ist, das bisherige komplexe System aus pneumatischen, hydraulischen
und elektrischen Steuerungen für verschiedene Flugzeugbereiche zu
vereinfachen, ihre Funktionen einheitlich in elektrische Systeme zu
überführen und so insgesamt den Energieverbrauch an Bord zu
optimieren.

Forschungsschwerpunkt Lärmminderung

„Lärmreduzierung ist bei Hubschraubern besonders wichtig“,
erläutert Marc Gervais, External Acoustics Skill Leader bei
Eurocopter, „denn durch die Möglichkeit, senkrecht zu starten und zu
landen, werden sie häufig auch nahe an Wohngebieten eingesetzt.“
Daher setzt der Hubschrauberspezialist Eurocopter in der
Arbeitsgruppe „Green Rotorcraft“ (GRC) auf die Kombination passiver
Optimierungselemente der Hauptrotorblätter, die die Bildung von
Luftwirbeln reduzieren und so die Lärmentwicklung vermindern, mit
Elementen, die die Lärmabstrahlung des Triebwerkes senken. Hinzu
kommen noch sehr vielversprechende Verbesserungen in den
lärmintensiven An- und Abflugverfahren der Hubschrauber, um den
Geräuschpegel zum Beispiel in Nachbarschaft von Krankenhäusern zu
verringern.

Forschungsschwerpunkt Öko-Design

Ziel des Moduls „Eco-design“ (ECO) ist, die Umweltauswirkungen
während der Produktion, Nutzung und Verschrottung von Flugzeugen und
Hubschraubern zu minimieren. Dies beinhaltet: Ressourcen sparen,
umweltschädliche Stoffe durch harmlose ersetzen und einen möglichst
hohen Anteil der Materialien wiederverwerten. Ansatzpunkte dafür
sind: RUAG entwickelt umweltschonendere Produktionsprozesse,
Eurocopter bringt sich mit innovativen Hubschrauberbauteilen ein,
Airbus zusammen mit Eurocopter vergleicht im Bereich
Life-Cycle-Assessment die Umweltauswirkungen bisheriger Bauteile mit
neu entwickelten Teilen.

Durch eine von Liebherr entwickelte elektronische Steuerung für
Fahrwerke und Flügelstellflächen können die bisherigen hydraulischen
Systeme mit potenziell schädlichen Flüssigkeiten entfallen. MTU Aero
Engines setzt im Triebwerksbau neuartige Fertigungsmethoden, wie das
selektive Laserschmelzverfahren, ein. Damit lassen sich neue
Bauteil-Designs rasch in vollwertige Prototypen umsetzen und bei der
Herstellung Produktionsabfälle vermeiden.

Mit der Erfüllung der Ziele für 2020 sind die Arbeiten keinesfalls
beendet. Eine High Level Group der Europäischen Luftfahrtforschung
hat in 2011 mit der EU-Kommission im Rahmen des Luftfahrt-Zielpakets
„Flightpath 2050“ eine ambitionierte Fortschreibung der Umweltziele
vereinbart. Unter Mitwirkung von 280 Luftfahrtexperten aus ganz
Europa stellte ACARE erneut eine Strategische Forschungs- und
Innovationsagenda (SRIA) auf, welche nun Leitlinie für weitere
Luftfahrtforschung in Europa ist, insbesondere in Horizon2020, dem
nächsten Rahmenforschungsprogramm der EU.

Zahlreiche Unternehmen haben auch schon Pläne für eine Fortsetzung
des Programms als „Clean Sky 2“. Liebherr will beispielsweise seinen
Fokus auf die Entwicklung elektrischer Antriebs- und
Steuerungstechnologie für Flügel und Fahrwerk sowie auf elektrische
Enteisung setzen. Eurocopter plant ein Projekt zur Entwicklung
fortschrittlicher Verbundhubschrauber zu leiten – ein Fluggerät mit
dem Hauptrotor eines Hubschraubers, Tragflächen für zusätzlichen
Auftrieb sowie Propellern für zusätzlichen Vortrieb.

Die Unternehmen warten jedoch noch auf ein eindeutiges
Fördersignal aus Brüssel: „Die Luftfahrtindustrie steht in den
Startlöchern, aber derzeit ist noch unklar, wie viele Fördermittel
die EU für das Anschlussprogramm zur Verfügung stellen wird“,
berichtet BDLI-Experte Thomas Belitz. Befürchtung in Berlin: Die
Diskussion um Kürzungen im EU-Haushalts könnte auch zu Abstrichen
beim Förderprogramm Clean Sky 2 führen. Davor aber warnt Belitz:
„Gerade für Großprojekte wie Clean Sky ist es wichtig, dass eine
ausreichend hohe Fördersumme zur Verfügung steht und die
Rahmenbedingungen stimmen. Nur so können die Unternehmen alle nötigen
Aktivitäten zeitgleich planen und effizient durchführen.“

Die Flugzeugexperten wissen, dass sie keine Zeit verlieren dürfen,
wenn sie ihre Vision vom umweltfreundlichen Flugzeug und Hubschrauber
realisieren wollen. „Im Produktlebenszyklus eines zivilen
Luftfahrzeugprogramms vergehen vom Programmstart über Entwicklung und
Produktion leicht 30 Jahre, danach schließen sich typischerweise
mindestens weitere 20 Jahre an, in denen das Flugzeug weltweit
geflogen wird „, rechnet Thomas Belitz vor und zieht daraus den
Schluss: „Um die Umweltverträglichkeitsziele von Luftfahrzeugen, die
in 2030, 2040 und 2050 produziert und fliegen werden, zu erreichen,
müssen wir die Forschungsergebnisse und Optimierungsmaßnahmen schon
in heutige Technologie- und Produktentwicklungen einfließen lassen.“

Clean Sky JTI (Joint Technology Initiative)
Daten und Fakten über die EU-Technologieinitiave für die
Luftfahrtindustrie

Die Initiative:

Die Clean Sky JTI ist eine EU-Fördermaßnahme in Form einer
Öffentlich-Privaten Partnerschaft zwischen der Europäischen
Kommission und Unternehmen der europäischen Luftfahrtindustrie. Durch
die Entwicklung umweltschonender Technologien und die Optimierung von
Fertigungsprozessen will die Luftfahrtindustrie in Zusammenarbeit mit
Forschungsinstituten die Umweltauswirkungen der Luftfahrt reduzieren.
Diese Aktivitäten möchten die Unternehmen in einem Anschlussprogramm
(„Clean Sky 2“) weiterführen.

Ziele:

Clean Sky: Die Initiative soll die Erreichung der Umweltziele
unterstützen, die vom Beratungsgremium Advisory Council for
Aeronautics Research in Europe (ACARE) basierend auf dem
Konzeptpapier „Vision 2020“ in einer Strategischen Forschungsagenda
festgelegt wurden: bis 2020 Reduktion der CO2-Emission pro
Passagierkilometer um 50 % (im Vergleich zur Emission eines
entsprechenden Flugzeugs im Jahr 2000), der Stickoxid (NOx)-Emission
um 80 %, der Außengeräusche um 50 %, reduzierte Ökoauswirkungen im
gesamten Lebenszyklus (Bau, Nutzung, Recycling) eines Flugzeugs.
Clean Sky 2: Durch die Weiterentwicklung erfolgversprechender
Technologien soll auf die Erfüllung der im EU-Report „Flightpath
2050″ für das Jahr 2050 angestrebten Reduktionsziele hingearbeitet
werden (CO2-Reduktion um 75 %, NOx-Reduktion um 90 %, Minderung der
Außengeräuschwahrnehmung um 65 %).

Laufzeit:

Clean Sky: 2008-2017, im Rahmen des 7. Forschungsrahmenprogramms
(FP) der EU

Clean Sky 2: geplant für 2014-2020, im Rahmen des
EU-Folgeprogramms „Horizon 2020“

Budget:

Clean Sky: 1,6 Mrd. Euro, davon 800 Mio. Euro Förderung durch die
EU und 800 Mio. Euro Entwicklungsleistung von den beteiligten
Unternehmen.

Clean Sky 2: verfügbare Finanzmittel noch ungewiss, da die
Gesamtfördersumme von „Horizon 2020“ und seiner Bereiche erst in den
kommenden Monaten beschlossen wird. Die Luftfahrtindustrie strebt an,
gemeinsam mit der Europäischen Union insgesamt 3,6 Mrd. Euro zu
investieren.

Unternehmen der deutschen Luftfahrt und Zulieferer, die an Clean
Sky teilnehmen:

Aero Magnesium, Airbus Deutschland, Diehl Aerospace, EADS IW
Deutschland, Eurocopter, FAG Aerospace, FTI, GfE Metalle und
Materialien, Institut für Produktion und Logistik, INVENT,
Liebherr-Aerospace, MTU Aero Engines, Rolls-Royce Deutschland, RUAG
(Schweiz)

Deutsche Forschungseinrichtungen, die an Clean Sky teilnehmen:

DLR, Electro Design Chemnitz, European Transonic Windtunnel,
Fraunhofer-Gesellschaft, TU Braunschweig, TU Dresden, TU München,
Universität Hamburg, Universität Hannover, Universität Stuttgart Die
Arbeitsschwerpunkte von Clean Sky (siehe auch Grafik
„Innovationsfelder für eine saubere Luftfahrt – der Aufbau der Clean
Sky-Initiative“):

– Drei Entwicklungsmodule zu Querschnittsthemen: Sustainable and
Green Engines (SAGE), Systems for Green Operations (SGO), Eco-Design
(ECO)

– Drei Entwicklungsmodule mit Fokus auf verschiedenen
Fluggerättypen: Smart Fixed Wing Aircraft (SFWA), Green Regional
Aircraft (GRA), Green Rotorcraft (GRC)

– Ein Evaluierungsmodul: Technology Evaluator (TE)

Weitere Informationen unter: www.cleansky.eu, www.acare4europe.org

Pressekontakt:
Wolfgang Scheunemann, dokeo
Telefon: 0711-633 969 80
E-Mail: info@luftfahrt-industrie.de
www.luftfahrt-industrie.de

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