Flugzeugbau

Passagierjets werden immer größer – aber die Tragflächen können nicht unbegrenzt mitwachsen. Deshalb übernehmen die Ingenieure jetzt das Konstruktionskonzept der Tarnkappenbomber, die keinen konventionellen Rumpf mehr haben: Die Zukunft gehört dem Nurflügler.

Möchten Sie einen Stehplatz am Gang oder am Fenster? Hätten Sie gern ein Doppelbett mit Dusche oder lieber eine Einzelkabine? Bevorzugen Sie eine abgedunkelte Schlafzelle oder einen Platz mit 3-D-Projektion?

Willkommen im Passagierjet der unbegrenzten Möglichkeiten! Wenn Sie in Zukunft eine Flugreise antreten, werden Sie sich zwischen zahlreichen Alternativen entscheiden können – und eine ganz neue Dimension des Fliegens erleben.

Eine Revolution bahnt sich an. »Der konventionelle Flugzeugbau hat mit dem Airbus A380 seine Grenzen erreicht«, sagt Joachim Szodruch, Vorstand beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Der Hamburger Industriedesigner Werner Granzeier, Professor an der Hochschule für angewandte Wissenschaft (HAW), stimmt ihm zu: »Wenn weit mehr als 800 Menschen befördert werden oder die Nutzlast auf über 150 Tonnen steigt, müssen völlig neue Konzepte her.«

Am Beispiel des konservativ konstruierten A380 erklärt Granzeier, dass für diesen Typ schon jetzt die Flügelfläche eines halben Eishockeyfelds (rund 850 Quadratmeter) notwendig ist, um die 560 Tonnen Startgewicht des Riesen zum Abheben zu bringen. Viel mehr geht nicht. Bei einem noch größeren Flugzeug wären dann allein schon die Flügel, die für den Auftrieb benötigt würden, viel zu schwer. Schon Leonardo da Vinci hat erkannt, dass die Flugtauglichkeit einer Konstruktion nicht zuletzt vom Eigengewicht abhängt. Ist dies höher als der Auftrieb, wird sie niemals abheben. Diese Erkenntnis hat er in seinem Gesetz vom Wurzelkoinzidenten zusammengefasst, das als »Square Cube Law« jedem Flugzeugbauer geläufig ist.

Auf der Suche nach neuen Formen orientieren sich Werner Granzeier und seine Studenten am zwanzig Jahre alten amerikanischen Tarnkappenbomber B-2-Spirit, einem Boeing-Flugzeug ohne Höhen- und Seitenleitwerk, das eher einer fliegenden Untertasse gleicht als einem herkömmlichen Jet. Die Form wurde damals von dem Hersteller gewählt, weil der Bomber dadurch nicht vom Radar geortet werden kann.

Der Tarnkappenbomber ist ein »Nurflügler« – ein seit hundert Jahren bekanntes visionäres Konzept – und wurde als Passagierflugzeug von Hugo Junkers patentiert. In der Praxis ist es immer wieder gescheitert, weil es von Hand kaum zu fliegen war. Erst als megaschnelle Echtzeitrechner die Steuerung der Düsenmotoren und der Flügelklappen übernahmen, konnte das fragile Fluggerät stabil in der Luft gehalten werden. Nach Ansicht der beiden größten Flugzeugbauer der Welt, Boeing und Airbus, gehört dem schwanzlosen Flugzeugtyp bald auch in der zivilen Luftfahrt die Zukunft.

Wie eine fliegende Flunder, ähnlich dem Tarnkappenbomber, sieht auch der Prototyp aus, den Granzeier mithilfe seiner Studenten entworfen hat. Das maßstabgetreue Modell, BWB AC 20.30 genannt, hat drei Meter Spannweite und soll später fast hundert Meter messen. Es wurden bereits mehr als dreißig erfolgreiche Testflüge mit dem ferngesteuerten Modell absolviert. Ergebnis: »Die Erwartungen sind erfüllt worden. Wir haben nachgewiesen, dass diese Form zu einer deutlich besseren aerodynamischen Überströmung führt, Kraftstoff spart und mehr Passagieren Platz bietet«, fasst Granzeier seine von Airbus unterstützten Experimente zusammen.

Bei dem Projekt handelt es sich nicht um einen reinen Nurflügler, sondern um einen »Blended Wing Body« (BWB). Das bedeutet: Die Enden des Rumpfs laufen in Stummelflügel aus, an denen die Triebwerke hängen. Die Flügel allein würden nicht ausreichen, die Maschine abheben zu lassen, das funktioniert erst durch den ausfließenden Rumpf, in dem sich die Passagiere, die Fracht und der Treibstoff befinden. Der Rumpf übernimmt vierzig Prozent des Auftriebs, die Flügel sechzig Prozent. Weil der Rumpf so viel zum Auftrieb beiträgt, wird ein Viertel Kerosin eingespart. Der neue Flugzeugtyp hätte mit einer Breite von 100 Metern gigantische Ausmaße.

Der »Blended Wing Body« ist kein Hirngespinst, ebenso wenig wie das Projekt X-48B von Boeing. In Huntington Beach in der Mojave-Wüste unterhält der Flugzeugkonzern ein geheimes Forschungslabor namens Phantom Works, wo das Unternehmen zusammen mit der NASA einen Nurflügler entwickelt, der, wie es in Fachkreisen heißt, auch als Truppentransporter oder Tankflugzeug eingesetzt werden soll.

Überall auf der Welt machen sich Spezialistenteams derzeit ähnliche Gedanken über das Fliegen. So fördert die Europäische Union an der Technischen Universität Wien ein internationales Großprojekt, das ebenfalls Grundlagen für den »Wing Body« erarbeitet. Auch hier dehnt sich die Kabine in die Flügel aus: Die Passagiere sitzen nicht mehr wie bisher in der engen Röhre des Rumpfs, sondern in breiten Reihen nebeneinander, beinahe wie im Kino.

Ein anderes Konzept sieht vor, dass die große Kabine stärker mit Raumteilern gegliedert wird, sodass eine intime Cocooning-Atmosphäre entsteht. Die perfekte Anordnung der Sitze ist bei all diesen neuen Flugzeugtypen von großer logistischer Bedeutung, damit mehrgängige Menüs rasch serviert werden können und vor allem der Weg zu den Notausgängen nicht zu weit und hindernisfrei ist.

Das Alphabet wird in den meisten Maschinen nicht mehr ausreichen, die Sitze zu kennzeichnen, da künftig 20 und mehr Passagiere in einer Reihen sitzenden werden. Fensterplätze gibt es dann kaum noch. Stattdessen zeigen Flachbildmonitore das Außenpanorama oder spielen Filme ab.

Der Airbus-Entwurf von Projektleiter João Frota und seinem Team sieht viele Fenster und durchsichtige Sektionen in der Außenhaut vor. »Sie erlauben den Passagieren durch den freien Blick nach vorn, oben und nach unten auf die Erde ein völlig neues Flugerlebnis.« »Diving in the Sky« nennt der Luftfahrtingenieur dieses Feeling.

Selbstverständlich ist der wichtigste Faktor bei der Bestuhlung die zügige Evakuierung der Passagiere im Notfall. Doch auch dieses Prob­lem scheint lösbar. Das haben die Ingenieure von Airbus mit ihrem NACRE-Projekt (New Aircraft Concepts Research) bewiesen. Im Auftrag von Airbus führte die University of Cambridge zahlreiche Computersimulationen durch mit dem überzeugenden Resultat: Die 900 Passagiere lassen sich innerhalb von 90 Sekunden aus dem riesigen Flügel evakuieren. Diese sehr kurze Zeit wird durch die Flugsicherheit vorgeschrieben. Wäre dieser Nachweis fehlgeschlagen, hätten sich alle weiteren Arbeiten an dem Nurflügler für die zivile Luftfahrt erübrigt.

Welche Belastungen jenen Gästen zugemutet werden kann, die weit außen in den Tragflächen sitzen und bei Böen, Turbulenzen oder in Kurven hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt sind, ist noch nicht endgültig geklärt. Eigens dafür wurde bei Airbus ein spezielles Programm namens ACFA (Advanced Central Fleetwork Aircraft) installiert, »um jedem Passagier so viel Sicherheit und Reisekomfort wie möglich zu bieten«, sagt Projektleiter João Frota.

Ob wir in 30 oder 50 Jahren Reihe 4, Platz AS werden buchen können, wird nach Meinung von Wolfgang Heinze vom Institut für Flugzeugbau in Braunschweig auch von den Erfolgen der derzeitigen Baureihen A380 und A350 von Airbus sowie von Boeings Dreamliner 787 abhängen.»Diese Flugzeuge werden noch mindestens so lange gebaut und noch länger fliegen. Ob in Zukunft ein Bedarf an zivilen Flugzeugen herrscht, die über 100 Tonnen Nutzlast tragen und nahezu 1000 Personen befördern können, muss sich noch erweisen«, meint der Experte.

Bei dem zu erwartenden hohen Passagieraufkommen in naher Zukunft verfolgen die Flugzeugplaner einen radikalen Ansatz: Warum sitzen, wenn man auch stehen kann? Diese Überlegung wurde in Japan bereits in den 1980er Jahren angestellt für hoch frequentierte Kurzstrecken, etwa zwischen den Metropolen Tokio und Kyoto. Sie scheiterten jedoch an den Sicherheitsvorschriften der Luftfahrtbehörden. »Wir wollen diese revolutionäre Idee trotzdem weiterentwickeln «, sagt Granzeier. »Dazu sind jedoch eindeutige Sicherheitsstudien notwendig, die Behörden und Fluglinien von der Machbarkeit überzeugen.«

Die entscheidende Frage wird sein: Wollen die Passagiere zwischen München und Frankfurt wirklich auf ihren Sitzplatz verzichten? Gut möglich, dass die »Stehklasse« im Flieger eines Tages so normal ist wie der Stehplatz im Bistro des ICE.