Lufttransport der Zukunft

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1 Lufttransport der Zukunft Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt Lilienthal-Oberth e.v. Joachim Szodruch Wolfgang Grimme, Eike Stumpf DLR Folie 1 > Vortrag > Autor Dokumentname >

2 Prolog Sinn und Unsinn technischer Prognosen 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. Folie 2 > Joachim Szodruch

3 Prolog Früher war alles besser, sogar die Zukunft Die Welt im Jahr 1985 aus Sicht von Experten im Jahr 1964 Nurflügler Wellenreiter im Hyperschall Luftkissen- Fahrzeug (550km/h auf eig. Trasse) Variable Pfeilung Laminarhaltung Autom. Steuerung/ Künstliche Stabilität Netzwerke elektronischer Rechner Überschall- Langstrecke Mach 2,5-3,5 Überschall- Inlandsverkehr in den USA VSTOL- Flugzeuge im Liniendienst Pendelverkehr ohne Platzreservierung Flugzeug- Lebensdauer: Jahre New Scientist, 1964 M.J. Lighthill, Direktor RAE. Satre, Tech.Dir. Sud-Aviation Folie 3 > Joachim Szodruch

4 Prolog 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 Folie 4 > Joachim Szodruch

5 Prognosen Prolog Basis einer Prognose ~40% Mathematik/ Statistik ~25% Erfahrung Politik Prognosen Intuition Irrglaube ~15% ~15% Fantasie ~5% Parapsychologie Folie 5 > Joachim Szodruch

6 Einführung Lufttransportsystem Komplexes System mit gegensätzlichen Interessen der Beteiligten Wirtschaftswachstum Arbeitsplätze Flughäfen Wartungsfirmen Profit Airlines Marktanteil Gesellschaft Passagier Politik Industrie Umweltschutz Behörden Sicherheit Flugsicherung Niedrige Preise, Komfort Folie 6 > Joachim Szodruch

7 Einführung Treiber der Luftfahrtentwicklung Neue Lärmstandards Chapter 4 Branson: 3Mrd.US$ Programm Vision September 2001 Neue Lärm- Standards Chapter 5 Weitere Allianzen/ Globalisierung Globaler Umweltschutzvertrag Doppelte Anzahl an Flugzeugen SESAR operativ Europ. Emissionshandel Kapazitätsgrenze der Flughäfen Erdbevölkerung: 9 Mrd. Mangel an Studenten/ Ingenieuren Neue Reisestandards Multi- Modaler Transport Mega-City Konzentration Ende wirtschaflich verfügbares Öl IATA-Projekt CO 2 -neutraler Luftverkehr Flug/Jahr pro Einwohner PRC Globale Erderwärmung 1 C Folie 7 > Joachim Szodruch

8 Einführung Vision 2020 Qualität und Erschwinglichkeit Umwelt Sicherheit (Safety) Effizienz Sicherheit (Security) Reduzierte Ticketpreise Verbesserte Wahlmöglichkeiten für Passagiere Moderne Frachtsysteme Um 50% reduzierte Entwicklungszeiten CO 2 -Reduktion um 50% NO x -Reduktion um 80% Reduktion des Lärms um 50% Substantieller Fortschritt in Richtung Grünes Flugzeug Reduktion der Unfallrate um 80% Drastische Reduktion von menschlichem Versagen 3X Kapazitätserhöhung 99% mit maximal 15Min. Verspätung Weniger als 15Min. am Flughafen vor Kurzstreckenflügen Sicher gegen terroristische Angriffe Sichere Zugangskontrolle am Flughafen (Personen & Güter) Sichere Kontrolle entführter Flugzeuge Folie 8 > Joachim Szodruch

9 Einführung Treiber der Luftfahrtentwicklung Neue Lärmstandards Chapter 4 Branson: 3Mrd.US$ Programm Vision September 2001 Neue Lärm- Standards Chapter 5 Weitere Allianzen/ Globalisierung Globaler Umweltschutzvertrag Doppelte Anzahl an Flugzeugen SESAR operativ Europ. Emissionshandel Kapazitätsgrenze der Flughäfen Erdbevölkerung: 9 Mrd. Mangel an Studenten/ Ingenieuren Neue Reisestandards Multi- Modaler Transport Mega-City Konzentration Ende wirtschaftlich verfügbares Öl IATA-Projekt CO 2 -neutraler Luftverkehr Flug/Jahr pro Einwohner PRC Globale Erderwärmung 1 C Folie 9 > Joachim Szodruch

10 Einführung Handlungsfelder Ökonomie Kapazität Effizienz Sicherheit (Safety) Level of Service Ökologie Sicherheit (Security) Folie 10 > Joachim Szodruch

11 Einführung Ökologische Herausforderungen Wartung CO 2 NO x Landverbrauch Ökologie Emissionen Ruß Herstell Prozesse Lärm Recycling Folie 11 > Joachim Szodruch

12 CO 2 -Reduktion: Beeinflussbare (relevante) Parameter Mittlere Flugeffizienz Technologiepotenzial Reiseflughöhe 10000ft Trip Fuel Distance ~ SFC M x W L/D Therm. 55% 35% 31% 37% Wirkungsgrad Spez. Widerstand Reibungswiderstand Induzierter Struktur Treibstoff Widerstand Treibstoffverbr. Vortriebs- 3% Gewicht 21% 3% 11% Ausrüstung/ Interferenzwiderstand Parasitärer Wirkungsgrad Nutzlast Systeme 4% Widerstand Wellen- Widerstand Folie 12 > Joachim Szodruch

13 Technologiepotenzial Flugzeugspezifisches Technologiepotenzial Systeme Triebwerk Systeme (Brennstoff- Zelle) -3% CO 2 Triebwerk mit -15% CO 2-50% CO 2-100% CO 2 Triebwerk mit -60% No x Systeme -5% CO 2 Triebwerk mit -35% CO 2 Synthetisches Kerosin Struktur Aerodynamik Gewichts- Reduktion 15% (Primärstruk.) -5% CO 2 Strömungskontrolle -5% CO 2 Gewichts- Reduktion 30% (Primärstruk.) Laminarhaltung -15% CO 2-15% CO 2 Konfiguration -5% CO 2 Folie 13 > Joachim Szodruch

14 Technologiepotenzial Technologiepotenzial durch optimierten Betrieb % CO 2-100% CO 2 Flugführung 4 D SESAR Free-Flight Routenplanung -12% CO 2-6% CO -3% CO 2 2 Betrieb Effizienzsteig. Airlines 10 Jahre -2% CO 2 Formationsflug (Langstr.) -10% CO 2 Luftbetankung (Langstrecke) -25% CO 2 Folie 14 > Joachim Szodruch

15 Technologieauswirkung Prognosen Basis einer Prognose Mathematik/ Statistik Politik Prognosen Folie 15 > Joachim Szodruch

16 Technologieauswirkung Basisannahmen 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 Folie 16 > Joachim Szodruch

17 Technologieauswirkung Technologieauswirkung - Extrapolation bis 2050 Index (100 = Jahr 2000) 500 Konstantes Wachstum Verkehrsleistung Treibstoff -verbrauch ohne neue Flugzeuge Folie 17 > Joachim Szodruch

18 Technologieauswirkung Mögliche Flugzeugprojekte bis Solares LH 2 - Produktionsprinzip X48B Frachter LH 2 - Demonstrator New Short Range Überschalltransport Überschall- Business Jet New Large Aircraft New Long Range Propfan- Flugzeug Folie 18 > Joachim Szodruch

19 Technologieauswirkung Annahmen zu sicheren Flugzeugprojekten bis 2050 A300/A310 Airbus 320 Airbus 330 Airbus 340 Airbus 380 Airbus 350 Nachfolger Airbus 320 Nachfolger Airbus 340 Boeing 737NG B Boeing B767 Boeing 777 Boeing 787 Nachfolger Boeing 737NG Nachfolger Boeing Folie 19 > Joachim Szodruch

20 Technologieauswirkung Angenommene Flottenentwicklung bis Menge der neuen Flugzeuge im Betrieb Gesamte Flotte Alter Flottenbestand Folie 20 > Joachim Szodruch

21 Technologieauswirkung Technologieauswirkung - Extrapolation bis 2050 Index (100 = Jahr 2000) Verkehrsleistung Treibstoff -verbrauch Konstantes Wachstum ohne neue Technologie mit neuer Technologie -50% CO 2 durch Flgz. -50% CO 2 durch Flgz. & - 2% Betrieb -10% ATM Folie 21 > Joachim Szodruch

22 Forschung (Alan Kay) Miterfinder der objektorientierten Programmierung und der fensterbasierten grafischen Bedienoberflächen Folie 22 > Joachim Szodruch

23 DLR-Forschungsprogramm Luftfahrtforschungsgebiete des DLR Materialien, Struktur, Simulation und Validierung Virtuelles Triebwerk, Verdichter, Turbine, Fan, Brenn- Kammer, Validierung Struktur/ Materialien 10% Triebwerke 15% Flugphysik 25% Luft- Politik transport- konzepte Flugführung Flughafen 20% Aerodynamische Systeme und Strömungskontrolle, Virtuelles Flugzeug und neue Konfigurationen Flexibles Flugzeug Systeme & Kabine 10% Wetter Und Klima 10% Sicherer Flugverkehr Faktor Mensch Flughafennahbereich Helikopter 10% Schadstoffarmer und leiser Flugverkehr, Wirbelschleppe Folie 23 > Joachim Szodruch

24 DLR-Forschungsprogramm Beispiele des DLR zu optimierten Flugzeugsystem Referenz Vision Systeme Triebwerk Fandesign -5% CO 2 Laminarhaltung Brenn- Stoffzelle 3% CO 2 Konzept Integration (Getriebefan) -15% CO 2 Struktur CFK (Black Metal) CFK -4% CO 2 Aerodynamik Brennstoffzelle -Laminarhaltung 15% CO 2 Folie 24 > Joachim Szodruch

25 Beitrag des DLR zu optimierten Betrieb Referenz Vision 2020 DLR-Forschungsprogramm Flugführung AMAN/DMAN -0,5% CO 2 AMAN/DMAN -1,0% CO 2 Flughafenbetrieb Rollverkehrsmanagement -0,5% CO 2 Rollverkehrsmanagement -1% CO 2 DLR gesamt DLR gesamt -10% CO 2 DLR gesamt -35% CO 2 Folie 25 > Joachim Szodruch

26 DLR-Forschungsprogramm Zeitplan Schwerpunkt Luftfahrt Gründung ATone (DLR/NLR) Gründung Winkanal-Allianz ATA (DNW / ONERA) Etablierung des europ. Key Laboratory Aeroelastik (DLR / ONERA) Etablierung FLT Lufttransportkonzepte Einrichtung CASE Etablierung Human Factors Europäische Kompetenzerweiterung Interne Kompetenzerweiterung Integration ATRA A320 in DLR-Flugbetrieb Integration HALO in DLR-Flugbetrieb Infrastruktur: Flugzeuge Folie 26 > Joachim Szodruch

27 DLR-Systemansatz DLR-Forschungsprogramm Systemkonzepte LTS (Lufttransportsystem) Virtuelle Integrierte QSTOL HELIXX Advanced Business Travel ACARE Produkte fordert - VIP die Betrachtung Long des Range Gesamtsystems 2040 Flugzeug Technologien Zelle Systeme Triebwerk Flugführung & Flughafenwesen Numerische Simulation Technologie Enabler Experimentelle Boden-Simulation Verfikation und Validierung am Flugzeug Folie 27 > Joachim Szodruch

28 DLR Forschungsprogramm - VIP Quiet Short Take-Off and Landing Transportsystem Nutzung citynaher Flughäfen, Lärmarme An-/Abflugverfahren Optimierung Hochauftrieb, Verkürzung der Entwicklungszeiten Steigleistungen Reisefluggeschwindigkeit, Propfanantriebe? Pilotenassistenzsysteme Kurze Turnaround-Zeiten Lärm QSTOL Folie 28 > Joachim Szodruch

29 Deutsche Forschungsinitiative Systemkonzept Lufttransport 50/20 Ziel: Gesamtsystem-Konzepte für 2020 mit 50% Treibstoffreduktion Systemkonzept 50/20 Folie 29 > Joachim Szodruch

30 DLR Forschungsprogramm - VIP Advanced Long Range Transportsystem Effiziente Langstreckenkonfigurationen Spezialisierte Frachtflugzeugkonfigurationen Klimaoptimiertes Fliegen Kabinenkomfort, Physiologie, Psychologie, Telemedizin Breitbandkommunikation Frachtflugzeuge auch für Single (Zero) Pilot Operation usw. ARL Folie 30 > Joachim Szodruch

31 Deutsche Forschungsinitiative Systemkonzept Lufttransport 100/50 Ziel: Gesamtsystem-Konzepte für 2050 für emmissionsfreies Fliegen Systemkonzept 100/50 Folie 31 > Joachim Szodruch

32 Deutsche Forschungsinitiative Pionierforschung Ziel: Entwicklung von Ideen für innovative Ansätze als Vorraussetzung für zukünftige Technologiesprünge Pionierforschung Folie 32 > Joachim Szodruch

33 Folie 33 > Joachim Szodruch

34 Deutsche Forschungsinitiative Vorschlag für eine Forschungsinitiative Multidisziplinäres Technologie- Verbundprogramm Enabler Pionierforschung Nachwuchsinitiative Systemkonzept 50/20 Deutsche Forschungsinitiative Infrastruktur Systemkonzept 100/50 Budget Folie 34 > Joachim Szodruch

35 Deutsche Forschungsinitiative Nachwuchsinitiative Nachwuchsinitiative Visionen und Motivation für Jugendliche Ausbildung und Forschung an Universitäten Erhöhung der Studentenzahlen in relevanten Disziplinen Nachhaltige Qualität bei Ingenieuren und Wissenschaftlern: National und europäisch orientiertes Curriculum System Ansatz im Lufttransport Folie 35 > Joachim Szodruch

36 Deutsche Forschungsinitiative Infrastruktur Entwicklung und Betrieb von Simulations- und Validationsanlagen: Computersimulation (CASE) Windkanäle (ETW / DNW / ATA) Infrastruktur Triebwerkprüfstände Struktur- und Materialprüfungen Flugversuche (ATRA / FHS / HALO) Simulationsanlagen für Flugführung (Tower Simulator, CDM, ) Zertifikation und Qualifizierung Folie 36 > Joachim Szodruch

37 Deutsche Forschungsinitiative Förderungsstruktur (Status Quo) LuFo-Programm Bundes- und Landesinitiativen DLR-Luftfahrtprogramm DFG-Programm EU-Rahmenprogramm Folie 37 > Joachim Szodruch

38 Deutsche Forschungsinitiative Einbindung der Forschungsinitiative Multidisziplinäres 100/50 50/20 Technologie- Verbundprogramm LuFo-Programm Bundes- u. Landesinitiativen DLR-Luftfahrtprogramm DFG-Programm EU-Rahmenprogramm Pionierforschung Folie 38 > Joachim Szodruch

39 Deutsche Forschungsinitiative Nationale Forschungsinitiative LuFo Industrieforschung Trilat. Memorandum Grundlagen Industrie Industrie Systemkonzepte Pionierforschung Großforschung Großforschung Universitäten Universitäten Folie 39 > Joachim Szodruch

40 Nächste Schritte Deutsche Forschungsinitiative Multidisziplinäres Verbundprogramm Systemkonzept Lufttransport 50/20 Systemkonzept Lufttransport 100/50 Pionierforschung Integrierte Nachwuchsförderung/Infrastruktur Finanzielle Beteiligung von DFG, DLR, BMWi, BMVBS, BMU, BMBF, Industrie Anteilige 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 Lufttransportsystem Partneridentifikation Definition der technischen/industriellen/betrieblichen Anforderng. Organisation Folie 40 > Joachim Szodruch

41 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 für f r Ihre Aufmerksamkeit Folie 41 > Joachim Szodruch

42 Folie 42 > Joachim Szodruch Alle reden immer noch davon, dass Sie es gewagt haben einen Vortrag zum Thema Lufttransport der Zukunft zu halten

43 Technologiepotenzial Virtual Integrated Products VIP HELIXX Lärm/Vibration Komfort Enhanced Vision Pilotenassistenz Allg. Allwetterfähigkeit Geschwindigkeit usw. VIP Business Travel Einsatz von Business A/C Lärm innen/außen Jets hoher Geschwindigkeit (Überschall?) Propellerantriebe für Kurzstreckeneinsatz Nutzung kleiner Flugplätze, Remote Tower Operations usw. Folie 43 > Joachim Szodruch

44 Deutsche Forschungsinitiative Einbindung der Forschungsinitiative LuFo Industrieforschung Trilat. Memorandum Grundlagen Industrie Industrie Großforschung Deutsche Forschungsinitiative Universitäten Fokus auf Pionierforschung Anwendungsorientierte Forschung Industrie Industrie Universitäten Großforschung Universitäten Großforschung Großforschung Universitäten Folie 44 > Joachim Szodruch

45 Deutsche Forschungsinitiative Programmstruktur - Organisation Multidisziplinäres Technologieverbund-Programm Lufttransport 2020 / 2050 Programmleitung * Universitäten und andere Forschungsinstitute DLR-Institute Industrie Fluglinien Flugsicherung Flughäfen * Programmleitung mit Experten der Verbundpartner, die die Vernetzung sicherstellen. Projektentwicklung Ergebnisintegration Bewertung Interdisziplinärer Expertenkreis Planung Steuerung Überwachung Folie 45 > Joachim Szodruch