Zweiter Platz für Studierende bei DLR Design Challenge Erfolgreich mit Entwurf für hybrid-elektrisches Kurzstreckenflugzeug

Zum ersten Mal nahm ein Team von Studierenden der TU Braunschweig an der im Jahr 2017 etablierten jährlichen DLR Design Challenge teil. Sechs Studierende der Luft- und Raumfahrt sowie nachhaltiger Energietechnik entwickelten neben ihrem Masterstudium eigenständig ein futuristisches, nachhaltiges und wirtschaftliches Kurzstreckenflugzeug mit Markteintritt 2050. Am 8. August 2024 präsentierten sie ihren „VoltAirs-95“ genannten Entwurf eines (hybrid-)elektrischen Flugzeugs im Zentrum für angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg.

Das stolze Team VolAirs-95 mit ihrem Flugzeugentwurf. Von links: Aleksandre Kobeshavidze, Mika Rasch, Anna Vorndran, Christian Dietrich, Lukas Thiesen und Gent Gutaj. Bildnachweis: Radimir Y. Yanev

Die Luft- und Raumfahrtstudierenden Christian Dietrich, Gent Gutaj, Aleksandre Kobeshavidze, Mika Rasch und Lukas Thiesen sowie Anna Vorndran (Studiengang Nachhaltige Energietechnik) stellten sich der Herausforderung, neben dem Masterstudium eigenständig ein futuristisches, nachhaltiges und wirtschaftliches Kurzstreckenflugzeug mit Markteintritt im Jahr 2050 zu entwickeln.

“Wir freuen uns sehr über diesen Erfolg, besonders weil wir das erste Team der TU Braunschweig sind, das die Challenge abschließt. Die Projektphase war eine sehr fordernde Zeit, in der wir viel über Flugzeugentwurf, nachhaltige Antriebskonzepte, wirtschaftlichen Betrieb und über Projektmanagement gelernt haben. Wir sind stolz darauf, dass die Jury die angestrebte technische Plausibilität durch die Balance von Innovation und Realisierbarkeit ausgezeichnet hat“, sagt Teamleiter Lukas Thiesen.

Die (hybrid-)elektrische VoltAirs-95 mit ihren charakteristischen verteilten Antrieben am Tragflügel. Bildnachweis: Aleksandre Kobeshavidze

Support vom Institut für Flugzeugbau und Leichtbau

Unterstützung erhielten die Studierenden vom Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL), hauptsächlich in Form von Beratung und Betreuung von Prof. Ingo Staack, Dr. Wolfgang Heinze und M.Sc Radimir Y. Yanev. Letzterer erkannte die Chance, den TU-Studierenden mit ihrem umfassenden Wissensspektrum eine Bühne zu bieten, und initiierte die Idee einer Teilnahme.

„Sehr gut gefallen hat mir die multidisziplinäre Arbeitsweise und der Enthusiasmus des VoltAirs-95 Teams! Die Studierenden haben in perfekter Weise die Lerninhalte der von ihnen besuchten Kurse in der Design Challenge angewandt und umgesetzt. Insbesondere erfreut mich, dass das Team ein realistisches und in Wirklichkeit umsetzbares elektrisches Flugzeug entworfen haben, das man so bauen könnte. Chapeau”, sagt Prof. Staack.

Das Team mit Studierenden der TU Braunschweig und Juryvorsitzendem Dr.-Ing. Markus Fischer (rechts). Von links: Gent Gutaj, Christian Dietrich, Lukas Thiesen, Aleksandre Kobeshavidze, Anna Vorndran, Mika Rasch. Bildnachweis: DLR/Leon Jakobs

Das Konzept: Elektrisch, mit Range Extender, verbesserter Aerodynamik und virtuellen Fenstern

Der Entwurf ist ein (hybrid-)elektrisches Flugzeug mit einer Kapazität von 95 Passagieren bei einer Reichweite von rund 900 Kilometern. Der verteilte elektrische Antrieb (Distributed Electric Propulsion, DEP) bezieht seinen Energiebedarf primär aus Batterien. Für besonders lange Missionen und potenzielle Reserveflüge hat das Flugzeug einen sogenannten Range-Extender mit an Bord. Dieser Range Extender besteht aus einer Gasturbine-Generator-Kombination, die mit nachhaltigem Treibstoff (Sustainable Aviation Fuel) betrieben werden kann. Außerdem profitiert das Flugzeug von einer verbesserten Aerodynamik, indem es einen Flügel großer Streckung mit einem V-Leitwerk kombiniert. Das Passagiererlebnis wird durch virtuelle Fenster und eine deutlich leisere Kabine bereichert.

Durch diese geschickte Kombination neuartiger Technologien konnte das Mehrgewicht gegenüber konventionellen Entwürfen im Rahmen gehalten werden und gleichzeitig der Energieverbrauch des Flugzeuges im Vergleich zur konventionellen Realisierung um 45 Prozent reduziert werden.

„Bei nur 9 Prozent erhöhten Betriebskosten im Vergleich zu heutigen Regionalflugzeugen konnten wir eine Reduktion der klimaschädlichen Emissionen um 94 Prozent erreichen! Das VoltAirs-95 Flugzeug wäre ein neuer Meilenstein in der zivilen Luftfahrt”, erklärt Teammitglied Christian Dietrich.

„Perfekt komplementäre Weise“

Besonders hilfreich war die breite Aufstellung des Teams, in dem jede Person eine Fachdisziplin wie z.B. Aerrodynamik, Massenabschätzung, CAD, Operations oder Antriebs-/Energiesysteme übernehmen konnte: „Als ‚fachfremdes‘ Teammitglied mit meinem Studiengang Nachhaltige Energietechnik konnte ich mit einer anderen Sichtweise und meinem Fachwissen im Bereich Energietechnik in perfekt komplementärer Weise zu dem Projekt beitragen. Das interdisziplinäre Teamarbeit mit meinen Kollegen aus der Luft- und Raumfahrt hat mir sehr gefallen und wahr sehr lehrreich. Ich hoffe, dass sich in Zukunft noch mehr Studierende aus anderen Fachdisziplinen trauen, sich in solchen Projekten mit einzubringen“, ergänzt Anna Vorndran.

Für das Team ist die Preisverleihung nicht das Ende der Reise. Sie werden ihr innovatives Konzept auch auf dem Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress 2024 vorstellen, der vom 30. September bis 2. Oktober 2024 in Hamburg stattfindet.