Lufttransport der Zukunft - dglr.de · 10.11.2007 · B767 757 B747 Boeing 737NG. Folie 20 >...

Folie 1 > Vortrag > AutorDokumentname > 23.11.2004

Deutsche Gesellschaft für Luft- und RaumfahrtLilienthal-Oberth e.V.

Lufttransport der Zukunft

Joachim SzodruchWolfgang Grimme, Eike Stumpf

DLR

Folie 2 > Joachim Szodruch11.10.2007

Prolog

Sinn machen Prognosen als Diskussionsbasis für Möglichkeiten, die auf Basis von Anforderungen und Wünschen Hoffnung auf Erfüllung haben. Unsinn ist es, Prognosen direkt zu folgen:

Lord Kelvin, 1895: „Flugmaschinen schwerer als Luft wird es nie geben“,Andrej D. Sacharow (Vater der russischen Wasserstoffbombe) 1983: „Für den Individualverkehr wird das Auto durch ein batteriegetriebenes Fahrzeug auf mechanischen Beinen ersetzt, das weder die Grasnarbe verletzt noch asphaltierte Straßen benötigt“.

Sinn und Unsinn technischer Prognosen

Prolog


Wellenreiterim

Hyperschall

Nurflügler

Luftkissen-Fahrzeug

(550km/h aufeig. Trasse)

VariablePfeilung

Autom. Steuerung/KünstlicheStabilität

Laminar-haltung

Pendelverkehrohne Platz-

reservierung

Flugzeug-Lebensdauer:10-15 Jahre

Netzwerkeelektronischer

Rechner

Überschall-LangstreckeMach 2,5-3,5

Überschall-Inlandsverkehr

in den USA

VSTOL-Flugzeuge

imLiniendienst

Die Welt im Jahr 1985 aus Sicht von Experten im Jahr 1964

Früher war alles besser, sogar die Zukunft

Prolog

New Scientist, 1964M.J. Lighthill, Direktor RAE. Satre, Tech.Dir. Sud-Aviation


Über die Kraft der Erfahrungen und Vorstellungen

„Unsere Handlungen sind, mehr als wir selbst wissen, von unseren Vorstellungen über die Zukunft abhängig, und diese Vorstellungen basieren wiederum auf unseren Erfahrungen der Vergangenheit“Prof.Kristensen, Gen.Sekr. OECD

Wenn die Aktionen aus Erfahrungen und Erwartung erwachsen dann liegt diesem Tun in unserem Lande soviel Leere und damit Unsicherheit zugrunde, dass uns ein Erkennen der Realitäten und Trends unserer Gegenwart wie

das Aufspüren von Leit- und Wunschbildern für die Zukunft als Impulse und Stabilisatoren

dringend Not tun. Hans Josef Mundt, 1965

Prolog


Prolog

Prognosen

Politik

Mathematik/Statistik

Para-psychologie

Prognosen

Fantasie

Erfahrung

Irrglaube

Intuition

Basis einer Prognose ~40%

~5%~15%

~15%~25%


mit gegensätzlichen Interessen der Beteiligten

Einführung

Lufttransportsystem

FlughäfenWartungsfirmen

Airlines

Industrie

Passagier

Politik

Behörden

Gesellschaft

Flugsicherung

Komplexes System

Arbeitsplätze

Profit

Sicherheit

Niedrige Preise, Komfort

Marktanteil

Umweltschutz

Wirtschaftswachstum


2000 2025 2050

GlobaleErderwärmung

1°C

Ende wirtschaflichverfügbares

Öl

1 Flug/Jahrpro Einwohner

PRC11.September

2001

Neue Reise-

standards

Multi-Modaler

Transport

WeitereAllianzen/Globali-sierung

Vision2020

IATA-ProjektCO2-neutralerLuftverkehr

2050

Branson:3Mrd.US$Programm

NeueLärm-

standardsChapter 4 Neue

Lärm-StandardsChapter 5

Globaler Umweltschutz-

vertrag

Europ.Emissions-

handel

SESARoperativ

Kapazitäts-grenze derFlughäfen

Erdbe-völkerung:

9 Mrd.

DoppelteAnzahl an

Flugzeugen

Treiber der Luftfahrtentwicklung

Mangel an Studenten/ Ingenieuren

Einführung

Mega-CityKonzentration


Vision 2020

Einführung

Reduzierte TicketpreiseVerbesserte Wahlmöglichkeiten für PassagiereModerne FrachtsystemeUm 50% reduzierte Entwicklungszeiten

Qualität und Erschwinglichkeit

Umwelt

Sicherheit (Safety)

Sicherheit (Security)

CO2-Reduktion um 50%NOx-Reduktion um 80%Reduktion des Lärms um 50%Substantieller Fortschritt in Richtung “Grünes Flugzeug”

Effizienz

Drastische Reduktion von menschlichem VersagenReduktion der Unfallrate um 80%

3X Kapazitätserhöhung99% mit maximal 15Min. VerspätungWeniger als 15Min. am Flughafen vor Kurzstreckenflügen

Sichere Zugangskontrolle am Flughafen (Personen & Güter)Sichere Kontrolle entführter Flugzeuge

Sicher gegen terroristische Angriffe


2000 2025 2050

GlobaleErderwärmung

1°C

Ende wirtschaftlichverfügbares

Öl

1 Flug/Jahrpro Einwohner

PRC11.September

2001

Neue Reise-

standards

Multi-Modaler

Transport

WeitereAllianzen/Globali-sierung

Vision2020

IATA-ProjektCO2-neutralerLuftverkehr

2050

Branson:3Mrd.US$Programm

NeueLärm-

standardsChapter 4 Neue

Lärm-StandardsChapter 5

Globaler Umweltschutz-

vertrag

Europ.Emissions-

handel

SESARoperativ

Kapazitäts-grenze derFlughäfen

Erdbe-völkerung:

9 Mrd.

DoppelteAnzahl an

Flugzeugen

Treiber der Luftfahrtentwicklung

Mangel an Studenten/ Ingenieuren

Einführung

Mega-CityKonzentration


Level ofService

Einführung

Handlungsfelder

KapazitätSicherheit

(Safety)Effizienz

Ökologie

Ökonomie

Sicherheit(Security)


HerstellProzesse

Einführung

Ökologische Herausforderungen

Land-verbrauch

EmissionenÖkologie

Recycling

Wartung

Lärm

CO2 NOx

Ruß

CO2


CO2-Reduktion: Beeinflussbare (relevante) Parameter

~Trip FuelDistance

SFCM∞

WL/Dx

21%Ausrüstung/

Systeme

31%Struktur

37%Treibstoff

Gewicht11%

Nutzlast

Mittlere Flugeffizienz

10000ft

Reiseflughöhe

Technologiepotenzial

Therm.Wirkungs-

grad Spez.Treibstoff-

verbr. Vortriebs-Wirkungs-

grad

3%Interferenz-widerstand

35%InduzierterWiderstand

55%Reibungs-widerstand Wider-

stand 3%ParasitärerWiderstand4%

Wellen-Widerstand


Flugzeugspezifisches Technologiepotenzial

Systeme(Brennstoff-

Zelle) -3% CO2

SynthetischesKerosin

Gewichts-Reduktion 15%(Primärstruk.)

-5% CO2

Gewichts-Reduktion 30%(Primärstruk.)

-15% CO2

Strömungs-kontrolle-5% CO2

Laminar-haltung

-15% CO2Konfiguration

-5% CO2

Triebwerkmit

-60% NoxTriebwerkmit

-15% CO2

Triebwerkmit

-35% CO2

Systeme

Triebwerk

Struktur

Aerodynamik

-50% CO2 -100% CO2

2010 20502000 2020 2030 2040

Systeme-5% CO2



Flugführung

Betrieb

Technologiepotenzial durch optimierten Betrieb

SESAR-12% CO2

„Free-Flight“-6% CO2

Formations-flug (Langstr.)

-10% CO2

Luftbetankung(Langstrecke)

-25% CO2

Effizienzsteig.Airlines 10 Jahre

-2% CO2

-50% CO2 -100% CO2

2010 20502000 2020 2030 2040

4 DRoutenplanung

-3% CO2



Technologieauswirkung

Prognosen

Politik

Mathematik/Statistik

Prognosen

Basis einer Prognose


Auslastungsgrade: Interkont. 80%, Kont. 70%

Nutzungsdauer: Langstreckenflugzeuge (30 Jahre), Kurzstrecke (25 Jahre)

Berücksichtigung von Passagier + Combi-Versionen

Berücksichtigte Flugzeugtypen: A300, A310, A320er Familie, A330, A340, B717, B727, B737 Classic und NG, B747, B757, B767, B777, MD11, MD80, MD90, DC9, DC10

Treibstoffverbrauch pro Blockstunde anhand BADA Online Tool, APC Cruise

Average Seat Calculation = Sum of Seats : Current Fleet In Service/In Storage

Zurückgelegte km pro Blockstunde: Widebody 720km, Single Aisle 454km (berechnet anhand OAG-Flugplan)

Blockstunden pro Flugzeug bleiben zukünftig konstant auf dem Wert von 2005/6

Basisannahmen



Technologieauswirkung - Extrapolation bis 2050


2000 2010

300

100

0

200

Index (100 = Jahr 2000)

2020 2030 2040 2050

400

500

Verkehrsleistung

ohne neueFlugzeuge

KonstantesWachstum

Treibstoff-verbrauch


Mögliche Flugzeugprojekte bis 2050

LH2-Demonstrator

Solares LH2-Produktions-

prinzip

New Short Range

NewLong Range

New LargeAircraft

Propfan-Flugzeug

X48BFrachter

Überschall-transport

Überschall-Business

Jet

2010 20502000 2020 2030 2040



Annahmen zu sicheren Flugzeugprojekten bis 2050

2010 20502000 2020 2030 2040


Nachfolger Airbus 320Nachfolger Airbus 340

Nachfolger Boeing 747-8Nachfolger Boeing 737NG

Airbus 380Airbus 350

Boeing 787

Boeing 747-8

A300/A310Airbus 320

Airbus 330Airbus 340

Boeing 777B767

757

B747Boeing 737NG


35000

30000

25000

20000

15000

10000

5000

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Alter Flottenbestand

Angenommene Flottenentwicklung bis 2050


Menge der neuen Flugzeuge im Betrieb

Gesamte Flotte


Technologieauswirkung - Extrapolation bis 2050


2000 2010

300

100

0

200

Index (100 = Jahr 2000)

2020 2030 2040 2050

400

500

Verkehrsleistung

ohne neueTechnologie

mit neuerTechnologie

-50% CO2durch Flgz.

KonstantesWachstum

Treibstoff-verbrauch

-50% CO2durch Flgz.

&- 2% Betrieb-10% ATM


Miterfinder der objektorientierten Programmierung und der fensterbasierten grafischen Bedienoberflächen

(Alan Kay)

Forschung


Luftfahrtforschungsgebiete des DLR

Politik

Flugphysik25%

FlugführungFlughafen

20%

Luft-transport-konzepte

Triebwerke15%

Struktur/Materialien

10%

WetterUnd Klima

10%

Systeme& Kabine

10%

Aerodynamische Systeme und Strömungskontrolle, Virtuelles Flugzeug und neue Konfigurationen

Flexibles Flugzeug

Virtuelles Trieb-werk, Verdichter, Turbine, Fan, Brenn-Kammer, Validierung

Sicherer FlugverkehrFaktor Mensch

Flughafennahbereich

Schadstoffarmer und leiser

Flugverkehr, Wirbelschleppe

Materialien, Struktur,Simulation und Validierung

Helikopter10%

DLR-Forschungsprogramm


Systeme

Triebwerk

Struktur

Aerodynamik

Beispiele des DLR zu optimierten FlugzeugsystemReferenz Vision 20202000 2006 2013

Brenn-stoffzelle

Laminar-haltung

Fandesign-5% CO2

CFK(Black Metal)

Brenn-Stoffzelle3% CO2

KonzeptIntegration

(Getriebefan)-15% CO2

CFK-4% CO2

-Laminar-haltung15% CO2



AMAN/DMAN-0,5% CO2

2000 2006

Flugführung

Flughafen-betrieb

Beitrag des DLR zu optimierten BetriebReferenz Vision 2020

AMAN/DMAN-1,0% CO2

Rollverkehrs-management

-0,5% CO2

Rollverkehrs-management

-1% CO2

2013

DLR gesamt-10% CO2

DLR gesamt DLR gesamt-35% CO2



2005 2010

Europäische Kompetenzerweiterung

Gründung ATone (DLR/NLR)Gründung Winkanal-Allianz

ATA (DNW / ONERA)Etablierung des europ. Key

Laboratory Aeroelastik (DLR / ONERA)

InterneKompetenzerweiterung

Etablierung FLT Lufttransportkonzepte

Etablierung Human FactorsEinrichtung CASE

Infrastruktur:Flugzeuge

Integration ATRA A320 in DLR-FlugbetriebIntegration HALO in

DLR-Flugbetrieb

Zeitplan – Schwerpunkt Luftfahrt



LTS(Lufttransportsystem)

LTS(Lufttransportsystem)

Systemkonzepte

QSTOLQSTOL HELIXXHELIXX AdvancedLong RangeAdvanced

Long RangeBusiness Travel

2040Business Travel

2040Virtuelle Integrierte

Produkte - VIP

Numerische SimulationNumerische Simulation

Experimentelle Boden-SimulationExperimentelle Boden-Simulation

Verfikation und Validierung am FlugzeugVerfikation und Validierung am Flugzeug

Technologie„Enabler“

FlugzeugFlugzeug

Flugführung & FlughafenwesenFlugführung & Flughafenwesen

Technologien Zelle Systeme TriebwerkZelle Systeme Triebwerk

DLR-Systemansatz

ACARE fordert die Betrachtung des Gesamtsystems



QSTOL

Quiet Short Take-Off and Landing TransportsystemNutzung citynaher Flughäfen, Lärmarme An-/AbflugverfahrenOptimierung Hochauftrieb, Verkürzung der EntwicklungszeitenSteigleistungenReisefluggeschwindigkeit, Propfanantriebe?PilotenassistenzsystemeKurze Turnaround-ZeitenLärm

DLR Forschungsprogramm - VIP


Systemkonzept50/20

Systemkonzept Lufttransport 50/20

Ziel: Gesamtsystem-Konzepte für 2020 mit 50% Treibstoffreduktion

Deutsche Forschungsinitiative


ARL

Advanced Long Range Transportsystem

DLR Forschungsprogramm - VIP

Effiziente LangstreckenkonfigurationenSpezialisierte FrachtflugzeugkonfigurationenKlimaoptimiertes Fliegen Kabinenkomfort, Physiologie, Psychologie, TelemedizinBreitbandkommunikationFrachtflugzeuge auch für Single (Zero) Pilot Operationusw.


Systemkonzept100/50

Systemkonzept Lufttransport 100/50

Ziel: Gesamtsystem-Konzepte für 2050 für emmissionsfreies Fliegen



Pionier-forschung

Pionierforschung

Ziel: Entwicklung von Ideen für innovative Ansätze als Vorraussetzung für zukünftige Technologiesprünge



MultidisziplinäresTechnologie-Verbundprogramm

„Enabler“

Pionier-forschung

Systemkonzept50/20

Systemkonzept100/50

Nachwuchs-initiative

Infrastruktur

Budget

Vorschlag für eine Forschungsinitiative

Deutsche Forschungs-

initiative



Nachwuchs-initiative

Nachwuchsinitiative

Visionen und Motivation für JugendlicheAusbildung und Forschung an UniversitätenErhöhung der Studentenzahlen in relevanten DisziplinenNachhaltige Qualität bei Ingenieuren und Wissenschaftlern:

National und europäisch orientiertes CurriculumSystem Ansatz im Lufttransport



Infrastruktur

InfrastrukturEntwicklung und Betrieb von Simulations- und Validationsanlagen:

Computersimulation (CASE)Windkanäle (ETW / DNW / ATA) TriebwerkprüfständeStruktur- und MaterialprüfungenFlugversuche (ATRA / FHS / HALO)Simulationsanlagen für Flugführung (Tower Simulator, CDM, …)

Zertifikation und Qualifizierung



DFG-Programm EU-Rahmenprogramm

Förderungsstruktur (Status Quo)

DLR-Luftfahrtprogramm

Bundes- und Landesinitiativen

LuFo-Programm



MultidisziplinäresTechnologie-

Verbundprogramm

Pionierforschung

DFG-Programm EU-Rahmenprogramm

DLR-Luftfahrtprogramm

Bundes- u. Landesinitiativen

LuFo-Programm

50/20

100/50

Einbindung der Forschungsinitiative



Nationale Forschungsinitiative

LuFoIndustrieforschung

Universi-täten

Groß-forschung

Industrie

Syst

emko

nzep

te

Trilat. MemorandumGrundlagen

Industrie

Groß-forschung

UniversitätenPi

onie

rfors

chun

g



Nächste Schritte

Multidisziplinäres VerbundprogrammSystemkonzept Lufttransport 50/20 Systemkonzept Lufttransport 100/50Pionierforschung

Integrierte Nachwuchsförderung/Infrastruktur

Finanzielle Beteiligung von DFG, DLR, BMWi, BMVBS, BMU, BMBF, IndustrieAnteilige Finanzierung durch europäische Programme (7.FP inkl. ERC)

Einrichtung einer Arbeitsgruppe aus und BDLI plus Lufo-Beirat und Trilateralem Memorandum

Forschungsprioritäten, Ziele, Roadmaps, Zeitplanung, Infrastruktur mit nationaler Perspektive für LufttransportsystemPartneridentifikationDefinition der technischen/industriellen/betrieblichen Anforderng.Organisation



Angesichts der Tatsache, dass die Menschheit nicht fähig ist, aus den Fehlern der Vergangenheit zu lernen, dürfen wir uns in Zukunft keine Fehler mehr leisten." - Ernst Ferstl

Herzlichen Dank fHerzlichen Dank füür Ihre Aufmerksamkeitr Ihre Aufmerksamkeit


Alle reden immer noch davon,

dass Sie es gewagt haben

einen Vortrag zum Thema

„Lufttransport der Zukunft“ zu halten


VIP HELIXX

VIP Business Travel

Virtual Integrated Products

Lärm/VibrationKomfortEnhanced VisionPilotenassistenzAllg. AllwetterfähigkeitGeschwindigkeitusw.

Einsatz von Business A/CLärm innen/außenJets hoher Geschwindigkeit (Überschall?)Propellerantriebe für KurzstreckeneinsatzNutzung kleiner Flugplätze, Remote Tower Operationsusw.



Einbindung der Forschungsinitiative

LuFoIndustrieforschung

Universi-täten

Groß-forschung

Industrie

Anw

endu

ngso

rient

ierte

Fors

chun

g

Trilat. MemorandumGrundlagen

Industrie

Groß-forschung

UniversitätenFoku

s au

f Pio

nier

fors

chun

g

DeutscheForschungs-

initiativeUniversi-

täten

Groß-forschung

Industrie

Industrie

Groß-forschung

Universitäten



* Programmleitung mit Experten der Verbundpartner, die die Vernetzung sicherstellen.

Universitäten und andere

Forschungs-institute

DLR-Institute

IndustrieFluglinien

Flugsicherung

Flughäfen

Multidisziplinäres Technologieverbund-ProgrammLufttransport 2020 / 2050

Interdisziplinärer Expertenkreis• Planung• Steuerung• Überwachung

Projektentwicklung• Ergebnisintegration • Bewertung

Programmstruktur - Organisation

Programmleitung *


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