Von Alexander Stirn
Die Zukunft der Luftfahrt stinkt. Nicht nach Kerosin, sondern nach Lösungsmittel. Nach Lack und Kunstharz. Es ist ein beißender Geruch, der durch die Werkstätten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig zieht. Hier, zwischen Werkbänken und Metallfräsen, entwickeln Forscher die nächste Generation von Verkehrsflugzeugen. Maschinen, die keinen Rumpf mehr haben. Jets, bei denen 1000 Passagiere im Flügel Platz nehmen können.
"Nurflügler" heißt der Traum, dem die Entwickler nicht nur in Braunschweig nachgehen. Er verspricht Flugzeuge, die sparsamer, größer, effizienter sind als all das, was derzeit durch die Lüfte schwebt.
Denn kein Gesetz - weder ein physikalisches noch eines der Luftfahrtbehörden - schreibt vor, dass ein Flugzeug wie eine riesige blecherne Zigarre mit angeschraubten Flügeln und einem aufgesetzten Leitwerk aussehen muss. Trotzdem halten sich alle großen Passagiermaschinen daran. Die Boeing 707, deren Jungfernflug 1954 das moderne Jet-Zeitalter einleitete, unterscheidet sich äußerlich kaum vom Airbus A380 des Jahres 2006. Der hat zwar gewaltige Flügelflächen und ein immenses Gewicht, revolutionär ist der neue Gigant am Himmel aber nicht.
Er zeigt vielmehr, dass die konventionelle Technik des Flugzeugbaus ihre Grenzen erreicht hat. Noch größere Maschinen sind kaum mehr möglich - zumindest nicht mit vertretbarem Aufwand. Irgendwann wird der Rumpf zu groß, um ihn allein mit der Kraft der Flügel noch in der Luft halten zu können.
"Wo die A380 aufhört, fangen wir erst an", sagt DLR-Forscher Martin Hepperle. Vor dreieinhalb Jahren hat der Luft- und Raumfahrttechniker vom Flugzeughersteller Airbus die Eckdaten für den Entwurf eines Nurflüglers bekommen; seitdem basteln Hepperle und seine Kollegen an einem möglichst optimalen Modell. "Vela" heißt das europaweite Forschungsprojekt, kurz für "Very Efficient Large Aircraft", eine riesige fliegende Flunder, die so gar nichts mehr mit dem vertrauten Anblick auf Flughäfen zu tun hat.
"Der Rumpf eines konventionellen Jets trägt nichts zum Auftrieb bei, er leistet der Luft nur Widerstand", sagt Hepperle. Mehr Widerstand erfordert aber leistungsfähigere, schwerere Triebwerke und bedeutet letztlich einen unnötig hohen Kerosinverbrauch. So tragen bei einem herkömmlichen Passagierflugzeug nur 46 Prozent der Oberfläche zum Auftrieb bei. Bei einem Nurflügler, der auf unnützen Ballast verzichtet, sind es dagegen 97 Prozent. "Wir hoffen, mindestens zehn Prozent Kraftstoff damit einzusparen", sagt Hepperle. Vielleicht sogar 20 Prozent.
Auf dem Computermonitor des DLR-Ingenieurs beweist der Nurflügler bereits, was in ihm steckt. Farbverläufe von grün über gelb bis rot zeigen, mit welcher Geschwindigkeit die Luft über den flachen, breiten Bauch und die Stummelflügel pfeift. Immer wieder hat Hepperle am Rechner das Aussehen von Vela verändert. Er hat Auftrieb, Widerstand und Strömung simuliert, hat wieder und wieder an der Geometrie gefeilt, bis am Entwurf nichts mehr auszusetzen war. Doch hält die Simulation auch, was sie verspricht? "Wir können heute die Strömungsverhältnisse an sehr komplexen Körpern berechnen", sagt Hepperle. "Bei unkonventionellen Konstruktionen fehlen aber Erfahrungen und Vergleichsdaten - deshalb brauchen wir Modelle und Windkanalversuche."
Acht Monate hat es gedauert, bis Martin Jung, Konstruktionsleiter am DLR in Braunschweig, die Vela-Daten aus dem Computer in die Wirklichkeit umsetzen konnte - im Maßstab 1:50, ohne die kleinste Abweichung. Jungs Modellbauer haben die äußere Form des Nurflüglers in einen roten Block aus Epoxydharz gefräst. Sie haben die Form mit weißem Decklack ausgestrichen, sie haben Kohlefasergewebe mit Kunstharz getränkt und Schicht für Schicht in die Form gelegt. So lange, bis eine dünne, äußerst stabile Außenhaut entstand. Im Innern halten Kohlefaserspanten und stützender Schaum den Entwurf in Form. Sogar die Klappen an den hinteren Flügelkanten sind maßstabsgetreu montiert. Jung streicht fast zärtlich mit dem Finger darüber. "Das ist alles bis auf den Zehntelmillimeter genau. Mindestens."
Der Aufwand ist nötig: Die Braunschweiger Forscher wollen kein starres Modell in den Windkanal stecken. Vela soll sich im Luftstrom bewegen und dabei unterschiedliche Flugmanöver simulieren - vom Start bis zur Landung, mit wechselnden Geschwindigkeiten und Winkelstellungen. Ein herkömmliches Stahlmodell wäre dafür zu schwer. Leichte, extrem stabile Materialien sind gefragt. So wiegt das Vela-Modell trotz seiner zwei Meter Spannweite nur zehn Kilogramm, es erträgt Belastungen bis zu einer Tonne. "Wir könnten uns auf die Flügel stellen, das würde halten", sagt Jung.
Erste Testflüge im Windkanal geben den Ingenieuren Recht. In 80 Prozent der Fälle hat sich das mehrere 100.000 Euro teure Modell genauso verhalten wie zuvor errechnet, berichtet Hepperle. Damit daraus in Zukunft 100 Prozent werden, sollen die Erkenntnisse aus dem Windkanal nun in verbesserte Simulationen einfließen. Am Ende wird abermals ein Modell stehen. Die nächste Runde im Wettlauf um das Flugzeug der Zukunft kann beginnen. Doch schon jetzt steht für Hepperle fest: "Von der Flugmechanik her ist Vela zum Fliegen zu bringen."
Größte Herausforderung für die Entwickler: Leistungsfähige Nurflügler mit Spannweiten von fast 100 Metern haben keine besonders stabile Fluglage. Ihre ungewöhnliche Form verhindert einen Effekt, der herkömmliche Jets von alleine in der Luft hält: Verliert ein stabiles Flugzeug an Höhe, zum Beispiel durch Turbulenzen, wird es automatisch schneller. Die Flügel erzeugen mehr Auftrieb, die Maschine fängt sich selbst ab und fliegt geradeaus weiter. Beim instabilen Nurflügler müsste der Pilot dagegen ständig korrigieren - und das wahrscheinlich so schnell, dass ein Mensch dazu gar nicht in der Lage wäre.
Doch es gibt einen Ausweg: "Die Flugregelung lässt sich durch Elektronik in den Griff bekommen", sagt Hepperle. Bei instabilen Kampfjets wie dem Eurofighter wird das bereits erfolgreich so gemacht. Vier voneinander unabhängige Computersysteme halten die Maschine in der Luft; das Risiko, dass alle Rechner gleichzeitig ausfallen, kann vernachlässigt werden. Bei Passagierjets ist das aber nicht erlaubt. Der Pilot, so die Forderung der Luftfahrtbehörden, muss die Maschine jederzeit unter Kontrolle haben.
Ob Nurflügler nicht doch auch von Menschen in der Luft gehalten werden können, will eine Arbeitsgruppe an der Hamburger Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) herausbekommen.
"Raum 2-0133: Kunststoffverarbeitung" steht an der roten Stahltür, gut versteckt ganz hinten in den Katakomben der Hochschule. Hier, in einem fensterlosen Raum, mehr Bastelkeller denn Forschungslabor, haben die Studenten des Studiengangs Flugzeugbau in den vergangenen Jahren ihren ersten flugtüchtigen Nurflügler gebaut. Maßstab 1:30, 3,20 Meter Spannweite, 13 Kilogramm schwer, gut 150 Kilometer pro Stunde schnell. AC20.30 heißt das glänzend grau lackierte Modell mit den auffällig blauen Leitwerken. Der Name ist Programm: Spätestens im Jahr 2030 soll die ausgewachsene Variante zu ihrem Jungfernflug starten.
Bis es so weit ist, will das Team mit seinem Modell aber so viele Daten wie möglich sammeln. Ein gutes Dutzend Sensoren registriert während der Testflüge unter anderem Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehrate, Höhe und Anstellwinkel. Die Daten werden zusammen mit einem Videobild zur Erde gefunkt, ein erfahrener Modellpilot passt seine Flugmanöver an die Messwerte an. Gestartet wird auf dem ehemaligen Bundeswehrstützpunkt "Hungriger Wolf" in Itzehoe.
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