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DPS: Flugzeuge konstruieren Schweizer entwickeln hybrid angetriebenes Flugzeug

Redakteur: Konrad Mücke

Rolf Stuber und sein Spezialisten-Team der Smartflyer AG in Grenchen entwickeln ein innovatives Flugzeug mit Hybridantrieb. Beim Konstruieren und bei der Simulation vertrauen sie auf die ausgereiften Funktionen der Software Solidworks.

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Die Software Solidworks Flow Simulation vereinfacht und beschleunigt die Entwicklung optimal aerodynamischer Formen und Strukturen.
Die Software Solidworks Flow Simulation vereinfacht und beschleunigt die Entwicklung optimal aerodynamischer Formen und Strukturen.
(Bild: Smartflyer AG)

Grenchen im Kanton Solothurn war schon immer ein Ort der Innovationen. Die Uhrenindustrie ist allgegenwärtig – hier wurde die allseits bekannte Swatch entwickelt. Dass die Zeit reif ist für eine effiziente, leise und saubere Luftfahrt, beschäftigte Rolf Stuber (Flugkapitän bei der Fluggesellschaft Swiss) schon lange. Angesichts des Klimawandels und der zu hohen Konzentration an CO2 in der Atmosphäre drehten sich seine Gedanken immer intensiver um ein neues Antriebskonzept für Flugzeuge. Einhergehend wollte er ein rundum zukunftsweisendes Konzept verwirklichen.

Ideen verwirklichen

Rolf Stuber suchte nach Lieferanten und qualifizierten Partnern für die Entwicklung. Er brachte ein Team aus Spezialisten zusammen, das sich für umweltfreundliches Fliegen engagiert. Im Jahr 2016 gründete er die Smartflyer AG. Zu ihr gehören inzwischen 13 Experten aus unterschiedlichen Wissensgebieten der Luftfahrt und der Antriebstechnik. Sie arbeiten in Grenchen. «Unser Innenhof hier war jüngst der Schauplatz eines besonderen Ereignisses», berichtet Rolf Stuber und führt aus: «Unser Antriebsstrang hat gezeigt, was er kann.» Damit war der erste grosse Schritt auf dem Weg zum geplanten viersitzigen Hochdecker mit Hybridantrieb geglückt. Das Flugzeug soll im Jahr 2023 zum Jungfernflug starten. Die bisher zu sehenden Antriebskomponenten sind beeindruckend, lassen aber noch keine Rückschlüsse auf das eigentlich zu verwirklichende Flugzeug zu. Zu den wesentlichen Komponenten des geplanten Hybridflugzeugs gehört ein Verbrennungsmotor Rotax 914, der in der Luftfahrt weit verbreitet ist. Zudem gibt es einen Generator mit Inverter. Letzterer wandelt den erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom für über 3000 Batteriezellen um. Je fünf davon werden zu einem Päckchen gebunden, die insgesamt 600 Päckchen in eine Batteriebox eingebaut. Um den Propeller anzutreiben, hat das Spezialistenteam in Grenchen einen Elektromotor RRP260D von Rolls-Royce vorgesehen. In Zusammenarbeit mit dem Hersteller wird dieser Motor einhergehend in der Praxis getestet.

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Effizientes Duo

Der Verbrennungsmotor wird im Bug des Flugzeugs angeordnet. Er wird bei maximalem Wirkungsgrad arbeiten und die Energie für den Reiseflug zur Verfügung stellen. Die in den Flugzeugflügeln eingebauten Batterien liefern die Energie für Start und Landung. Wegen des Elektromotors wird das Flugzeug dabei sehr leise sein. Rolf Stuber berichtet enthusiastisch von den Forderungen, die die Entwickler hinsichtlich der Abstimmung und Auslegung von Antriebs- und Regelungstechnik zu bewältigen hatten. Auch die Koppelung von Verbrennungs­motor und Generator war exakt abzustimmen, um die maximale Effizienz zu erreichen und den Ausstoss an CO2 zu minimieren. «Mit dem Antriebsstrang ist uns der erste Schritt gelungen, mit dem Smartflyer eine neue Ära der Luftfahrt einzuläuten», betont Rolf Stuber. Der nächste Meilenstein ist nun die opti­male Formgebung und Profilierung der Flugzeugzelle. Auf einem überaus fotorealistischen Rendering hat der künftige Flieger bereits Gestalt angenommen. Nase, Flügel und Propeller sind gestaltet und positioniert. Anders als bei üblichen Flugzeugen ist der Propeller beim Smartflyer hinten auf dem Seitenleitwerk angeordnet. Wie Rolf Stuber sagt, sei auch er zunächst irritiert gewesen, als er diese Anordnung vor über zehn Jahren auf der Luftfahrtmesse Aero in Friedrichshafen bei einem Elektroflugzeug erstmals gesehen habe. Inzwischen hat er aber erkannt, dass diese Position ideal ist. Er erläutert: «Aufgrund der Bodenfreiheit können wir einen grös­seren Propeller einsetzen. Das optimiert den Wirkungsgrad. Zudem wird der Propeller laminar ange­strömt und der Schub kann ungehindert ablaufen.»

Digital zusammenarbeiten

Schon lange vor der Corona-Pandemie hat das Team beim Entwickler Smartflyer seine digitale Zusammenarbeit perfektioniert. Die Aerodynamiker, Elektrotechniker, Softwareentwickler und Struktur­ingenieure, die das Ziel des umweltfreundlichen Fliegens verfolgen, leben verstreut in der Schweiz. Neben ihrem Engagement bei der Entwicklung des Hybridfliegers gehen sie alle einer anderen Haupttätigkeit nach. Sie arbeiten als Dozenten an Hochschulen, sind Pilot, betreiben ein Ingenieurbüro oder studieren. Beispielsweise übernimmt ein Ingenieurbüro in der Tschechei die Strukturberechnungen. Die Kombination aus jungen und älteren, erfahrenen und ideenreichen Spezialisten macht die Stärke des Teams aus. Alle Beteiligten eint die Begeisterung fürs Fliegen. Wie Konstruktionsdesigner Gildas Höllmüller berichtet, gebe es einmal wöchentlich eine To-do-Liste, vierteljährlich treffe man sich persönlich. Im gemeinsamen Büro in Grenchen arbeitet Gildas Höllmüller meist an einem der Computerarbeitsplätze. Bei seiner Konstruktions- und Designarbeit nutzt er die Software Solidworks. Schnell und einfach konnte er sich in diese Software einarbeiten. «Es gelang mit Learning by Doing», erinnert er sich. Die Multifunktionalität des Programms hat ihn überzeugt. Von einfachen Bauteilen bis hin zu komplexen Baugruppen rein parametrisch modellieren zu können, sei besonders für Anwender im Flugzeugbau essenziell, erklärt Gildas Höllmüller. Fragen konnte er nahezu immer mit Hilfe von Videos der DPS Software GmbH (Stuttgart) klären. Zudem habe sich die Zusammenarbeit mit der DPS Software AG und der Servicehotline bestens bewährt. Man habe bei Problemen jeglicher Art rasch und einfach Lösungen gefunden.

Tuberk Sezen, Verkaufsleiter der DPS Software AG in der Schweiz, wundert es nicht, dass die Software so gut ankommt: «Solidworks von Dassault Systèmes ist zum Konstruieren im Flugzeugbau ideal, wenn es darum geht, komplexe Formen zu verknüpfen.» Ist die optimale Form beispielsweise für die Flugzeugzelle zu gestalten, profitieren die Spezialisten bei Smartflyer von der Software Solidworks Flow Simulation. Dazu sagt Aerodynamiker Hans Kandlbauer: «Aufgrund der automatischen Netzgeneration mit rectangular meshing können wir mit diesem Simulationstool Modifikationen schnell durchführen, das ‹What if› in der Entwicklung effizient gestalten, und erreichen zugleich eine hohe Genauigkeit.» Rolf Stuber bestätigt, diese Software sei ein multifunktionales, starkes Werkzeug, bei dem auch noch das Verhältnis aus Aufwand und Nutzen stimme. Für das junge Unternehmen in Grenchen mit seinen hochfliegenden Plänen sind die Finanzen natürlich auch ein wichtiges Kriterium. Wird der Erstflug im Jahr 2023 erfolgreich absolviert, planen die Flugzeugenthusiasten bereits die Entwicklung eines grösseren Flugzeugs für acht bis zehn Passagiere. - kmu - SMM

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