Airbus: Bald Flugzeuge mit Kunststoffrumpf!

Airbus hat den Demonstrator eines Flugzeugrumpfs aus Kunststoff vorgestellt, der zugleich schneller herzustellen, leichter und weniger umweltschädlich ist.

Das Gewicht des Rumpfs eines Airbus A320, zum Beispiel — wie bei anderen Flugzeugen — variiert je nach spezifischer Konfiguration und den verwendeten Materialien. Im Allgemeinen beträgt jedoch das Leergewicht eines Airbus A320 (das die Struktur, die Systeme und die Triebwerke umfasst, jedoch ohne Treibstoff oder Nutzlast) etwa 42 bis 44 Tonnen. Der Rumpf selbst macht einen bedeutenden Anteil dieses Gesamtgewichts aus, in der Regel rund 20 bis 25 % des Leergewichts. Das bedeutet, dass der Rumpf des A320 je nach Materialien und genauer Konfiguration etwa 8 bis 11 Tonnen wiegt. Eine Masse, die man für unveränderlich hielt, doch Airbus hat die Idee, an dieser Stelle Gewicht einzusparen, dank neuer Materialien nicht aufgegeben.

Ein revolutionärer Rumpf?

Zwischen unauffälligen Metallvorrichtungen aufgehängt, könnte er in einer Flugzeugmontagelinie übersehen werden. Doch in einem unscheinbaren Hangar im Norden Deutschlands könnte eine schwarzmatte Rumpfsektion, im Fachjargon „barrel“ genannt, die Zukunft der nachhaltigen Luftfahrt darstellen.

Dieser Prototyp ist Teil des Programms Clean Sky 2, einer ehrgeizigen öffentlich-privaten Partnerschaft, die von der Europäischen Union unterstützt wird. Sein Hauptziel: die CO2-Emissionen, Stickoxid-Emissionen und den Lärm von Flugzeugen um 30 % zu reduzieren, im Einklang mit den Verpflichtungen des Europäischen Green Deal, der bis 2050 Klimaneutralität anstrebt.

Im Rahmen der Plattform für Verkehrsflugzeuge von Clean Sky 2 gestartet, ist das schwarze „barrel“ in Wirklichkeit der Multifunctional Fuselage Demonstrator (MFFD). Acht Meter lang und vier Meter breit besteht dieser Rumpf hauptsächlich aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen. Das Projekt untersucht die Eignung dieser Polymere als Strukturmaterialien, beschleunigt so die Flugzeugproduktion und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie.

Zu leichteren und schneller herstellbaren Rümpfen

Der Rumpf eines Flugzeugs dient nicht nur dem Transport von Passagieren und Fracht. Er beherbergt auch wichtige elektrische, mechanische, pneumatische und hydraulische Systeme. Die Installation dieser Systeme nach Fertigstellung des Rumpfs erhöht Gewicht und Komplexität der Produktion. Ein leichterer und einfacher zu fertigender Rumpf kann diese Belastungen jedoch verringern.

Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten hier einen großen Vorteil: Sie benötigen weniger schwere Verbindungselemente als herkömmliche Metallrumpfe. Auch bezeichnet als kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Polymerverbunde (CFRTP), können diese Materialien bei hohen Temperaturen geformt werden und verfestigen sich beim Abkühlen. Ihr intelligenter Einsatz könnte zu einer Reduktion der strukturellen Masse eines Flugzeugs um mehr als 10 % führen. Um zum Anfang des Artikels zurückzukommen: also zwischen 4 und 8 Tonnen für einen Airbus in der Größenordnung eines A220!

Außerdem sind diese Verbundwerkstoffe leichter zu recyceln als herkömmliche Metall- oder Kohlefaserkomponenten, was einen direkten Nachhaltigkeitsvorteil bietet.

Vormontierte Module für eine optimierte Produktion

Der MFFD besteht aus zwei halbzylindrischen Modulen, die den Rumpf bilden. Das untere Modul ist bereits mit Systemen und Verkabelung vorgerüstet, während das obere Modul Elemente der Kabine enthält. Thermoplaste erlauben zudem innovative Montagetechniken, die direkt am MFFD erprobt wurden. Beispielsweise werden die beiden Hälften mittels Ultraschall- oder Laserschweißen verbunden, wodurch auf Nieten verzichtet und ein saubereres Arbeitsumfeld für die Beschäftigten geschaffen wird. Der Boden des unteren Moduls wird anschließend durch automatisiertes Schweißen befestigt.

Im Jahr 2024, zum Abschluss des Projekts, hatte der MFFD seine Ziele zur Gewichtsreduktion übertroffen und dabei Kosten auf dem Niveau eines Metallrumpfs beibehalten. Mehr als 40 Technologien wurden erfolgreich getestet, von Mikromechanik über das Studium des Verhaltens der Verbundwerkstoffe bis hin zu innovativen Werkzeugen und Vorrichtungen.

Die revolutionären Methoden des MFFD könnten eine Produktion von Verbundrumpfen mit einer Rate von 100 Einheiten pro Monat ermöglichen — ein zentrales Ziel für zukünftige Schmalrumpfflugzeuge. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen würde dieser innovative Rumpf dazu beitragen, die Emissionen über den Lebenszyklus der Flugzeuge hinweg zu senken, im Einklang mit den Zielen von Clean Sky 2.

Ein gemeinsamer europäischer Erfolg

Seit seiner Entstehung befindet sich der Demonstrator im Zentrum für angewandte Luftfahrtforschung ZAL in Hamburg, nachdem er am Fraunhofer-Institut in der Nähe von Stade montiert worden war. Airbus, das Einrichtungen in beiden Städten betreibt, ist einer der 13 Schlüsselpartner des Konsortiums, neben SAAB, GKN Fokker, dem deutschen Forschungszentrum DLR, der Technischen Universität Delft sowie einem Netzwerk von Zulieferern.

« Der MFFD ist ein hervorragendes Beispiel dafür, was erreicht werden kann, wenn Wissenschaft, Forschungszentren und Industrie sich um ein gemeinsames Ziel zusammenschließen », sagt York Roth, Leiter der Plattform für Verkehrsflugzeuge bei Airbus. « Ein einzelner Akteur hätte niemals einen so komplexen Demonstrator in dieser Größenordnung liefern können. »

Der MFFD stellt einen wichtigen Schritt für die Zukunft der europäischen Luftfahrt dar, indem er Innovation, Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit vereint.

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