JetZero: Ist dieses neue Flugzeugdesign die Zukunft der Luftfahrt?

Das grundlegende Design von Verkehrsflugzeugen hat sich in den letzten 60 Jahren kaum verändert. Moderne Verkehrsflugzeuge wie die Boeing 787 und der Airbus A350 haben die gleiche allgemeine Form wie die Boeing 707 und die Douglas DC-8, die in den späten 1950er Jahren gebaut wurden und den noch heute verwendeten „Rohr- und Flügel“-Formfaktor festigten.

Dies liegt daran, dass in der kommerziellen Luftfahrt die Sicherheit Priorität hat und bewährte Lösungen bevorzugt werden, und weil andere Entwicklungen – zum Beispiel bei Materialien und Triebwerken – dazu führen, dass das traditionelle Design immer noch relevant ist.

Da die Branche jedoch verzweifelt nach Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen sucht, steht sie vor einer etwas größeren Herausforderung als andere Sektoren, gerade weil sich die Abkehr von ihren Kerntechnologien als so schwierig erwiesen hat. Die Zeit könnte reif sein, etwas Neues auszuprobieren.

Ein Vorschlag ist der „gemischte Flügelkörper“. Diese völlig neue Flugzeugform ähnelt dem „Flying Wing“-Design, das von Militärflugzeugen wie dem legendären B-2-Bomber verwendet wird, aber der gemischte Flügel hat im Mittelteil mehr Volumen. Sowohl Boeing als auch Airbus basteln an der Idee, ebenso wie ein dritter Anbieter, das in Kalifornien ansässige Unternehmen JetZero, das sich das ehrgeizige Ziel gesetzt hat, bereits 2030 ein Flugzeug mit gemischten Flügeln in Dienst zu stellen.

„Uns liegt der Weg zu null Emissionen bei großen Jets sehr am Herzen, und die Flugzeugzelle mit gemischten Flügeln kann einen um 50 % geringeren Treibstoffverbrauch und geringere Emissionen bewirken“, sagt Tom O'Leary, Mitbegründer und CEO von JetZero. „Das ist ein gewaltiger Fortschritt im Vergleich zu dem, was die Branche gewohnt ist.“

Das Blended Wing-Konzept ist alles andere als neu, und die ersten Versuche, Flugzeuge mit diesem Design zu bauen, gehen auf die späten 1920er Jahre in Deutschland zurück. Der amerikanische Flugzeugkonstrukteur und Industrielle Jack Northrop entwarf 1947 ein düsengetriebenes Nurflügler-Design, das in den 1990er Jahren die B-2 inspirierte.

Als eine Art Hybrid zwischen einem Nurflügler und einem herkömmlichen „Rohr und Flügel“ ermöglicht der Mischflügel dem gesamten Flugzeug, Auftrieb zu erzeugen und so den Luftwiderstand zu minimieren. Die NASA sagt, dass diese Form „zur Steigerung des Treibstoffverbrauchs beiträgt und größere Nutzlastflächen (Fracht oder Passagiere) im Mittelteil des Flugzeugs schafft.“ Die Agentur hat es mit einem ihrer Experimentalflugzeuge, der X-48, getestet.

Bei rund 120 Testflügen zwischen 2007 und 2012 stellten zwei unbemannte, ferngesteuerte X-48 die Machbarkeit des Konzepts unter Beweis. „Ein Flugzeug dieses Typs hätte eine etwas größere Flügelspannweite als eine Boeing 747 und könnte von bestehenden Flughafenterminals aus operieren“, sagt die Agentur und fügt hinzu, dass das Flugzeug auch „weniger wiegen, weniger Lärm und Emissionen erzeugen und im Betrieb weniger kosten würde“. als ein ebenso fortschrittliches konventionelles Transportflugzeug.“

Im Jahr 2020 baute Airbus einen kleinen Blended-Wing-Demonstrator mit einer Länge von etwa zwei Metern und signalisierte damit Interesse an der Entwicklung eines Flugzeugs in Originalgröße in der Zukunft. Aber wenn die Form so effektiv ist, warum sind wir dann noch nicht dazu übergegangen, darauf basierende Flugzeuge zu bauen?

Laut O'Leary gibt es eine große technische Herausforderung, die die Hersteller zurückhält. „Es ist die Druckbeaufschlagung eines nichtzylindrischen Rumpfes“, sagt er und weist darauf hin, dass ein röhrenförmiges Flugzeug die ständigen Expansions- und Kontraktionszyklen, die mit jedem Flug einhergehen, besser bewältigen kann.

„Wenn man an ein ‚Rohr und Flügel‘ denkt, trennt es die Lasten – man hat die Drucklast auf das Rohr und die Biegelasten auf die Flügel.“ Aber ein Blended Wing vereint beides im Wesentlichen. Erst jetzt können wir das mit Verbundwerkstoffen erreichen, die sowohl leicht als auch stark sind.“

Eine solch radikal neue Form würde dazu führen, dass das Innere des Flugzeugs völlig anders aussieht und sich anfühlt als heutige Großraumflugzeuge. „Es ist nur ein viel, viel breiterer Rumpf“, sagt O'Leary. „Ihr typisches Single-Aisle-Flugzeug hat drei mal drei Sitze, aber das ist eine Art kürzere, breitere Röhre. Sie haben die gleiche Anzahl an Passagieren, können aber 15 oder 20 Reihen in der Kabine haben, je nachdem, wie die jeweilige Fluggesellschaft sie konfiguriert.

„Das gibt ihnen einfach eine ganz neue Palette, mit der sie es gestalten können. Ich denke, es wird erstaunlich sein zu sehen, wie sie diesen viel größeren Raum interpretieren werden.“

O'Leary sagt, dass das größenmäßig am nächsten kommende Flugzeug die Boeing 767 wäre – ein zweimotoriges Großraumflugzeug, das in den 1980er Jahren eingeführt wurde und typischerweise etwa 210 Passagiere beförderte. Sie wird immer noch als Frachtflugzeug produziert, wurde aber als Passagierflugzeug durch die Boeing 787 ersetzt. Es gibt auch eine moderne Militärvariante, die KC-46, die die US Air Force zur Luftbetankung einsetzt.

Ebenso will JetZero gleichzeitig drei Varianten entwickeln: ein Passagierflugzeug, ein Frachtflugzeug und einen Treibstofftanker. Die Blended Wing-Form eignet sich so gut für Letzteres, dass die US Air Force gerade 235 Millionen US-Dollar an JetZero vergeben hat, um einen Demonstrator in Originalgröße zu entwickeln und die Leistung des Blended Wing-Konzepts zu validieren. Der Erstflug wird für 2027 erwartet, was bedeutet, dass die militärische Version des Flugzeugs den Weg weisen und möglicherweise die Entwicklung der kommerziellen Modelle unterstützen soll.

Der Bau eines völlig neuen Flugzeugs von Grund auf ist jedoch eine enorme Aufgabe, und die Ziele von JetZero klingen ehrgeizig, wenn man bedenkt, dass der gesamte Zertifizierungsprozess selbst für eine Variante eines bestehenden Flugzeugs Jahre dauern kann. Ein Vorteil von JetZero in diesem Bereich besteht darin, dass das Flugzeug zunächst Triebwerke von heutigen Narrowbody-Flugzeugen wie der Boeing 737 übernehmen wird – obwohl geplant ist, irgendwann auf einen völlig emissionsfreien Antrieb mit Wasserstoffantrieb umzusteigen, was neue Triebwerke erfordern würde. Es ist noch nicht entwickelt.

Wie nah sind wir dem Fliegen ohne Schuldgefühle?

JetZero hat noch keine Bestellungen für sein Flugzeug, aber O'Leary sagt, die Fluggesellschaften seien interessiert. „Wir sprechen bereits mit allen großen Fluggesellschaften weltweit, weil sie gespannt auf die Effizienzsteigerungen sind.“

Es bleibt abzuwarten, ob eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um 50 % tatsächlich möglich ist. Sowohl die NASA als auch Airbus gaben bescheidenere 20 % für ihre Entwürfe an, während die US Air Force sagt, dass ein Flugzeug mit gemischten Flügeln „die aerodynamische Effizienz um mindestens 30 % gegenüber aktuellen Tank- und Mobilitätsflugzeugen der Air Force verbessern könnte“.

„Es ist wichtig zu beachten, dass ein gemischter Flügelkörper zwar den Luftwiderstand reduzieren und die Treibstoffeffizienz erhöhen kann, die tatsächlichen Vorteile jedoch vom spezifischen Design, der Konfiguration und den Betriebsbedingungen abhängen“, sagt Bailey Miles, Luftfahrtanalyst beim Beratungsunternehmen AviationValues.

„Umfassende aerodynamische Tests und Optimierungen sind unerlässlich, um das Potenzial zur Reduzierung des Luftwiderstands dieses innovativen Flugzeugdesigns voll auszuschöpfen. „Ohne die notwendigen Tests wäre es schwierig, eine konkrete prozentuale Kraftstoffreduzierung zu ermitteln“, fügt er hinzu.

EntsprechendMiles, das Blended-Wing-Design ist eine „revolutionäre“ Idee, die Potenzial hat, aber mit einer Reihe von Hürden verbunden ist, insbesondere einer erhöhten aerodynamischen Komplexität, die Design und Tests schwierig machen kann, einer Reihe regulatorischer und Zertifizierungsherausforderungen und einer Form Dies ist möglicherweise nicht für die bestehende Flughafeninfrastruktur geeignet.

„Das Flugzeug mit gemischtem Flügelkörper ist vielversprechend als Game Changer in der Luftfahrtindustrie und bietet das Potenzial für eine verbesserte Treibstoffeffizienz, eine größere Nutzlastkapazität und innovative Steuerungssysteme. Allerdings sind die Bewältigung der aerodynamischen Komplexität, die Gewährleistung der strukturellen Integrität, die Überwindung regulatorischer Hürden und die Anpassung der Flughafeninfrastruktur gewaltige Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, damit dies Wirklichkeit wird“, sagt er und fügt hinzu, dass diese Herausforderungen unter anderem das Ziel von JetZero für 2030 sind für die Indienststellung „unvorstellbar“.

Laut Richard Aboulafia, einem Luftfahrtanalysten beim Beratungsunternehmen Aerodynamic Advisory, können zwar nicht alle Behauptungen von JetZero bestätigt werden, „die Idee eines gemischten Flügelkörpers ist jedoch seit Jahren sehr verlockend, und es hört sich so an, als hätten sie einige sehr interessante umgesetzt.“ Forschung. Meine Kollegen und ich halten es für durchaus vielversprechend.“

Er befürchtet, dass es sich bei der Firma im Moment hauptsächlich um eine „Designwerkstatt“ handelt, glaubt aber, dass das Projekt mit Hilfe von Auftragnehmern durchstarten könnte. „Es gibt auf jeden Fall Platz für jemanden, der in dieser Branche tatsächlich einen Mehrwert schaffen möchte“, sagt er.