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Jun 08, 2023

Boeing baut gespannt auf

Wenn man so viel Treibstoff verbraucht wie eine Fluggesellschaft, liegt die Treibstoffeffizienz im einstelligen Bereich

Wenn Sie so viel Treibstoff verbrauchen wie eine Fluggesellschaft, summiert sich eine einstellige Optimierung der Treibstoffeffizienz zu massiven Einsparungen. Nehmen Sie die luftwiderstandsreduzierende Aeroshark-Folie, die Swiss Airlines über alle zwölf Boeing 777 geklebt hat – sie sorgt für eine Effizienzsteigerung von 1 % und als Ergebnis rechnet Swiss damit, bei nur 12 Flugzeugen jedes Jahr 4.800 Tonnen weniger Kerosin zu verbrauchen, was nahezu Einsparungen bedeutet Eine halbe Million Dollar pro Jahr und Flugzeug zu heutigen Preisen. Für einen Betreiber wie American Airlines, der bei einer Effizienzsteigerung von 1 % auf 1.000 Flugzeuge in seiner Flotte aufschließen würde, würde das eher einer halben Milliarde pro Jahr entsprechen.

Sie sehen also, dass ein Verkehrsflugzeug, das 30 % effizienter ist als die besten Single-Aisle-Flugzeuge von heute, eine große Sache sein kann. Wir sind erstmals 2010 auf das Designkonzept „Fachwerkträgerflügel“ von Boeing gestoßen, als Teil des Volt-Konzepts „Subsonic Ultra Green Aircraft Research“ (SUGAR), das im Rahmen eines NASA-Forschungsprogramms entwickelt wurde.

Die Idee nutzt den höheren Auftrieb und den geringeren Luftwiderstand, die man mit längeren, schlankeren Flügeln mit hohem Streckungsverhältnis erhält – wie man sie vielleicht bei einem antriebslosen Segelflugzeug findet. Ein Konzept, das Boeing 2016 testete, hatte beispielsweise Flügel, die etwa 50 % breiter waren als bei vergleichbaren Standardflugzeugen.

Strukturell geht so etwas ohne Verstärkung einfach nicht. Bei der Konstruktion von Boeing werden die Flügel also an der Oberseite des Rumpfes aufgehängt und mit langen Trägern befestigt, die vom Bauch des Flugzeugs nach oben reichen. Auch hier handelt es sich um sorgfältig geformte Tragflächen, die für zusätzlichen Auftrieb sowie Festigkeit und Stabilität sorgen.

Als Unterschallkonzept, das mit einer Geschwindigkeit von etwa Mach 0,70 bis 0,75 (519 bis 556 Meilen pro Stunde, 835 bis 895 km/h) fliegt, schätzte Boeing, dass diese Flugzeuge mit verstrebten Flügeln 50 % weniger Treibstoff verbrauchen könnten als ein normales Flugzeug. Im Jahr 2019 wurde das Konzept so umgestaltet, dass es an der Grenze der Überschallgeschwindigkeit, etwa Mach 0,8 (593 mph, 955 km/h), kreuzt, und sei es aufgrund der höheren Geschwindigkeit oder einfach aufgrund eines besseren Verständnisses der Aerodynamik, Boeing hat dies geschafft Effizienzansprüche zurück.

„In Kombination mit den erwarteten Fortschritten bei Antriebssystemen, Materialien und Systemarchitektur“, heißt es in einer Pressemitteilung von Boeing, „könnte ein Single-Aisle-Flugzeug mit TTBW-Konfiguration den Treibstoffverbrauch und die Emissionen im Vergleich zum derzeit effizientesten Single-Aisle-Flugzeug um bis zu 30 % senken.“ Flugzeuge, je nach Mission.

Bei der digitalen Modellierung und bei Windkanaltests im Submaßstab ist es eine lange Zeit her, aber die NASA hat Boeing nun im Rahmen der SFD Space Act-Vereinbarung Fördermittel in Höhe von 425 Millionen US-Dollar zugesprochen, hinzu kommen etwa 725 Millionen US-Dollar von Boeing und verschiedenen anderen Geschäftspartnern. um das Ding tatsächlich im Originalmaßstab zu bauen und es ordnungsgemäß im Flug testen zu lassen.

Die NASA sagt, sie plane, die Tests des Transonic Truss-Braced Wing-Demonstratorflugzeugs „bis Ende der 2020er Jahre abzuschließen, damit die im Rahmen des Projekts demonstrierten Technologien und Designs in Branchenentscheidungen über die nächste Generation von Single-Aisle-Flugzeugen einfließen können, die in Dienst gestellt werden könnten.“ die 2030er Jahre.“

Es wird sicherlich Herausforderungen geben. Zunächst einmal passen diese superlangen Flügel möglicherweise einfach nicht zu bestehenden Flughafenterminals oder Hangars. Boeing hat nichts über das Demonstrationsflugzeug gesagt, aber beim Konzept von 2019 sprach es davon, faltbare Flügel zu verwenden, um dieses Problem am Boden zu umgehen.

Und dann ist da noch die Tatsache, dass die riesigen, dicken Flügel mit geringerer Streckung bei Standardflugzeugen einen perfekten Hohlraum für ihre Treibstofftanks schaffen. Dadurch, dass der Treibstoff in den Flügeln bleibt, wird viel Gewicht weiter nach außen verlagert, näher an der Mitte des Auftriebs, wodurch die technischen Belastungen dort reduziert werden, wo die Flügel auf den Körper treffen. Es trägt bei einem Unfall etwas zur Sicherheit bei, indem es den brennenden Kraftstoff weiter von den Passagieren entfernt hält. Und aus reiner Messingperspektive wird dadurch in der Kabine Platz für zusätzliche, gewinnbringende Sitze geschaffen. Das fachwerkverstrebte Design verwendet so schlanke Flügel, dass die Treibstofftanks wahrscheinlich wieder im Rumpf untergebracht werden müssen.

Andererseits sagt Boeing, dass die hoch angebrachten, versteiften Flügel „irgendwann fortschrittliche Antriebssysteme aufnehmen könnten, die bei den heutigen Tiefdecker-Flugzeugkonfigurationen durch den Mangel an Platz unter den Flügeln begrenzt sind“ – obwohl dieser Demonstrator nichts Besonderes testen wird Sofort neue Motoren.

Und es versteht sich von selbst, dass alles, was Flugzeuge mit einer bestimmten Energiemenge weiterbringen kann, von außerordentlicher Bedeutung für die Dekarbonisierungsbemühungen ist. Batterieelektrische, wasserstoffelektrische, wasserstoffverbrennende, Ammoniak- und andere saubere Antriebstechnologien sind alle durch geringere Reichweiten als herkömmliche Kerosinantriebe eingeschränkt, und Konstruktionen wie diese könnten definitiv einen großen Beitrag leisten.

Im Video unten können Sie einige der CFD- (Computational Fluid Dynamics) und Windkanal-Arbeiten sehen, die in dieses Design eingeflossen sind, einschließlich einer ziemlich knorrig aussehenden Flattersimulation, die uns das Gefühl gibt, dass Züge eine ziemlich gute Option sein könnten.

Quellen: NASA, Boeing