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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeug umfassend wenigstens einen Antrieb zum Antreiben des Flugzeugs auf der Grundlage eines Energieträgers.
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Flugzeuge, die auf der Grundlage eines Energieträgers betrieben werden, sind grundsätzlich bekannt. So haben sich insbesondere Flugzeuge mit Turbinenantrieb auf der Basis von Kerosin weitgehend durchgesetzt. Angesichts ökologischer Nachteile, die durch die Verbrennung von Kerosin entstehen, besteht jedoch der Wunsch nach alternativen Antriebskonzepten. Solche Konzepte sehen insbesondere die Nutzung alternativer Energieträger, wie etwa Wasserstoff und Methanol vor. Wasserstoff kann ähnlich wie Kerosin in einer Gasturbine verbrannt werden und auf diese Weise eine Schubkraft für das Flugzeug erzeugen. Es ist jedoch auch möglich, Wasserstoff in Verbindung mit einer Brennstoffzelle zu nutzen, um Strom für einen Elektroantrieb des Flugzeugs zu erzeugen. In beiden Fällen wird der Ausstoß von schädlichen Gasen, insbesondere von Kohlendioxid durch die Nutzung von Wasserstoff reduziert oder sogar ganz vermieden.
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Die Speicherung von Wasserstoff oder vergleichbaren alternativen Energieträgern stellt jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Energieträgern eine besondere Herausforderung dar. Besondere Probleme bestehen im Hinblick auf die Speicherung an einem Flugzeug, das im Allgemeinen ein möglichst geringes Gewicht aufweisen muss, um Nutzlast effizient befördern zu können. Zwar weist beispielsweise Wasserstoff eine höhere Energiedichte als Kerosin auf. Zur Speicherung von Wasserstoff sind jedoch spezielle Speichereinrichtungen notwendig. Zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff sollten beispielsweise Hochdrucktanks verwendet werden. Für Flüssigwasserstoff sollte der Tank hingegen eine besondere Isolierung aufweisen, um den Wasserstoff kühl zu halten.
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Spezielle Speichereinrichtungen für alternative Energieträger weisen ein höheres Gewicht als herkömmliche Kerosintanks auf. Beispielsweise kann Kerosin in einer ohnehin am Flugzeug vorhandenen Struktur aufgenommen werden, insbesondere in einem Flügel des Flugzeugs. Die Masseneffizienz von Kerosintanks an einem Flugzeug ist aus diesem Grund besonders hoch, typischerweise im Bereich von 97 bis 98 Prozent, d.h. die zusätzliche Flugzeugmasse, die für die Speicherung des Kerosins notwendig ist, ist nahezu vernachlässigbar. Demgegenüber ergibt sich für Wasserstofftanks aufgrund ihres höheren Gewichts eine deutlich niedrigere Masseneffizienz, im Falle von Wasserstoff beispielsweise 10 Prozent (Hochdrucktank für gasförmigen Wasserstoff) bzw. 35 bis 40 Prozent (Kyrotank für flüssigen Wasserstoff). Aus diesem Grund ist die Nutzung von alternativen Energieträgern im Vergleich zu Kerosin bislang nicht konkurrenzfähig. Entsprechende Flugzeuge sind insbesondere kaum effizient zu betreiben, wenn verschiedene Flugdistanzen bedient werden sollen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Flugzeug zu schaffen, das insbesondere auf der Grundlage eines alternativen Energieträgers effizient betrieben werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Ein Flugzeug weist wenigstens einen vordefinierten Montagebereich auf, wobei an dem wenigstens einen vordefinierten Montagebereich eine Speichereinrichtung zur Aufnahme des Energieträgers montierbar ist, um den Antrieb mit dem Energieträger zu versorgen.
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Eine Speichereinrichtung kann wahlweise an dem vordefinierten Montagebereich montiert und demontiert werden. Auf diese Weise kann die Speicherkapazität des Flugzeugs für den Energieträger variabel geändert werden. Beispielsweise können mehrere Speichereinrichtungen unterschiedlicher Größe bereitgehalten werden, wobei in Abhängigkeit von dem für eine bestimmte Flugdistanz ermittelten Energieträgerbedarf eine der Speichereinrichtungen an dem vordefinierten Bereich montiert wird. Somit kann das Gewicht der Speichereinrichtung an die erforderliche Energieträgermenge abgestimmt sein, sodass für unterschiedliche Flugdistanzen die jeweils maximal mögliche Masseneffizienz ausgenutzt werden kann. Das Flugzeug kann daher im Vergleich zu einer konstanten Tankkapazität für unterschiedliche Flugdistanzen deutlich effizienter betrieben werden.
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Der Energieträger ist vorzugsweise ein alternativer Energieträger und insbesondere nicht durch Kerosin gebildet. Es ist jedoch auch möglich, eine Speichereinrichtung für einen herkömmlichen fossilen Energieträger an dem vordefinierten Bereich zu montieren. Beispielsweise kann die Speichereinrichtung für Flüssigerdgas (LNG) oder andere kohlenstoffbasierte Kraftstoffe vorgesehen sein.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Figuren sowie den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Speichereinrichtung an dem wenigstens einen vordefinierten Bereich flexibel montierbar und demontierbar. Mit anderen Worten kann die Speichereinrichtung ohne separaten Aufenthalt in einem Wartungshangar oder dergleichen mit nur geringem Zeitaufwand montiert bzw. demontiert werden. Beispielsweise kann die Speichereinrichtung im regulären Betrieb des Flugzeugs durch eine Airline, z.B. zwischen mehreren an einem Tag durchgeführten Flügen, montiert oder demontiert werden. Die Speicherkapazität des Flugzeugs kann während des Betriebs auf diese Weise leicht angepasst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich erste Kopplungsmittel auf. Die Speichereinrichtung weist zweite Kopplungsmittel auf, wobei die ersten Kopplungsmittel komplementär zu den zweiten Kopplungsmitteln ausgebildet sind. Beispielsweise können die Kopplungsmittel als ineinandergreifende Abschnitte vorgesehen sein. Die Speichereinrichtung kann somit mechanisch besonders sicher an dem vordefinierten Bereich montiert werden. Denkbar ist insbesondere eine Ausbildung der Kopplungsmittel dergestalt, dass diese durch eine Drehbewegung miteinander gekoppelt werden, z.B. als Bajonettverschluss. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass auch wenig spezialisiertes Flughafenpersonal die Speichereinrichtung zuverlässig montieren kann und sich die Speichereinrichtung nicht selbsttätig von dem Flugzeug löst. Ergänzend oder alternativ können ein oder mehrere Befestigungsmittel zur Montage der Speichereinrichtung vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich an einem Flügel oder an einem Rumpfabschnitt des Flugzeugs ausgebildet. Vorzugsweise ist der Montagebereich an einer Außenhaut des Flugzeugs von außen zugänglich, um eine flexible Montage der Speichereinrichtung zu erleichtern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich an einer Unterseite des Flügels oder an einem spannweitigen Endbereich des Flügels, vorzugsweise an einer Flügelspitze, ausgebildet. Auf diese Weise kann die hohe Strukturstabilität des Flügels vorteilhaft ausgenutzt werden. Zusätzlich ist der Flügelbereich z.B. bei einer Abfertigung des Flugzeugs leicht zugänglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der vordefinierte Montagebereich mit einem maximalen Außenmaß parallel zu einer Längsrichtung eines Rumpfes des Flugzeugs. Mit dieser Anordnung können vorteilhaft mehrere verschieden große Speichereinrichtungen außerhalb des Flugzeugrumpfs montiert werden, insbesondere zur Minimierung aerodynamische Verluste. Es können z.B. auch mehrere Speichereinrichtungen in Längsrichtung hintereinander angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich an einer Außenseite des Flugzeugs, insbesondere einer Oberseite oder Unterseite des Flugzeugs, ausgebildet. Die Oberseite des Flugzeugs ist bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Flugzeugs im Wesentlichen abgewandt von der Erdoberfläche. Die Unterseite liegt der Oberseite gegenüber und ist der Erdoberfläche zugewandt. In der Regel ist ein Fahrwerk des Flugzeugs an der Unterseite des Flugzeugs ausgebildet. Die Oberseite des Rumpfes ist für die meisten Flugzeugstypen ein geeigneter Bereich, um zusätzliche Elemente an dem Flugzeug zu montieren. Beispielsweise müssen bestehende Flugzeugformen nicht und nur in geringem Umfang an die Größe der Speichereinrichtung angepasst werden. Als Alternative zu der Ober- bzw. Unterseite ist es denkbar, einen jeweiligen vordefinierten Montagebereich an einer Flugzeugnase oder einem Flugzeugheck vorzusehen.
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Vorzugsweise sind an der Außenseite vorgesehene Montagebereiche außerhalb einer Kabine des Flugzeugs ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich zwischen zwei Rumpfsegmenten des Flugzeugs ausgebildet, sodass sich die Speichereinrichtung zwischen den Rumpfsegmenten erstreckt, wenn die Speichereinrichtung zwischen den Rumpfsegmenten an dem vordefinierten Montagebereich montiert ist. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn besonders große Speicherkapazitäten für den Energieträger geschaffen werden sollen. Es können beispielsweise ein oder mehrere Speichermodule zwischen zwei Rumpfsegmenten montiert werden und auf diese Weise einen Teil des Rumpfes bilden. Vorzugsweise entspricht die Form der Speichermodule der Form des Rumpfes. Vorzugsweise sind zwischen Rumpfsegmenten montierbare Speichereinrichtungen oder Speichermodule fest montiert, d.h. eine flexible Montage im Betrieb des Flugzeugs ist aus Sicherheitsgründen nicht vorgesehen.
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Ein Montagebereich zwischen Rumpfsegmenten ist vorzugsweise außerhalb einer Passagierkabine, insbesondere außerhalb einer Druckkabine des Flugzeugs ausgebildet. Die Sicherheit der Druckkabine wird hierdurch nicht beeinträchtigt. Zwischen Rumpfsegmenten ausgebildete Montagebereiche können zudem koaxial zu den Rumpfsegmenten ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Montagebereich in Form eines Zylinders, insbesondere eines Hohlzylinders oder einer Zylinderscheibe ausgebildet sein. Wenn der Montagebereich zylindrisch ausgebildet ist, kann sich eine jeweilige Speichereinrichtung vorteilhaft koaxial zu dem Rumpf erstrecken, wenn die Speichereinrichtung an dem Montagebereich montiert ist. Ein Durchmesser der Speichereinrichtung kann allgemein größer sein als die Länge der Speichereinrichtung oder umgekehrt. Die Speichereinrichtung kann beispielsweise zylindrisch, als Torus oder als Kugel ausgebildet sein. Es können auch mehrere derartige Speichereinrichtungen als Speichermodule in Längsrichtung des Rumps hintereinander montiert werden. Zylindrische oder torusförmige Speichereinrichtungen bilden für typische Flugzeugrümpfe im Allgemeinen kompaktere Speicherformen als kugelförmige Speichereinrichtungen.
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Es ist denkbar, zwischen Rumpfsegmenten montierbare Speichereinrichtungen als integrale Tanks auszubilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich einen Einlass für den Energieträger auf, wobei die Speichereinrichtung einen Auslass für den Energieträger aufweist, und wobei der Einlass und der Auslass miteinander verbunden sind, wenn die Speichereinrichtung an dem vordefinierten Montagebereich montiert ist. Beispielsweise können der Einlass und der Auslass formschlüssig ineinandergreifen sein, wenn die Speichereinrichtung montiert ist. Vorzugsweise werden im Zuge einer Montage der Speichereinrichtung der Einlass und der Auslass zwangsläufig miteinander verbunden. Somit werden die Montage der Speichereinrichtung vereinfacht und eine sichere Versorgung mit dem Energieträger gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Flugzeug mehrere vordefinierte Montagebereiche auf, wobei an den mehreren vordefinierten Montagebereichen jeweils die Speichereinrichtung zur Aufnahme des Energieträgers montierbar ist, um den Antrieb mit dem Energieträger zu versorgen, wobei der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich einen der mehreren vordefinierten Montagebereiche bildet. Das Flugzeug kann auf diese Weise noch flexibler und effizienter eingesetzt werden, wie im Folgenden weiter erläutert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Anzahl der mehreren vordefinierten Montagebereiche zumindest teilweise an einer ersten und einer zweiten Tragflächenhälfte des Flugzeugs ausgebildet. Die erste Anzahl ist vorzugsweise gleich vier, sodass bis zu vier Speichereinrichtungen montiert werden können. Aus statischen Gründen können die Speichereinrichtungen vorzugsweise paarweise montiert werden, d.h. jede der Tragflächenhälften trägt dieselbe Anzahl von Speichereinrichtungen. Die vordefinierten Bereiche können zwischen den Tragflächenhälften spiegelsymmetrisch zum Rumpf ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine zweite Anzahl der mehreren vordefinierten Montagebereiche an einer Rumpfaußenseite des Flugzeugs ausgebildet, wobei die zweite Anzahl vorzugsweise gleich eins oder zwei ist. Montagebereiche an der Rumpfaußenseite können zusätzlich oder alternativ zu Montagebereichen an den Tragflächenhälften vorgesehen sein. Die insgesamt am Flugzeug zur Verfügung stehende Speicherkapazität für den Energieträger kann auf diese Weise noch flexibler variiert werden.
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Für eine betreffende Flugstrecke nicht benötigte Speichereinrichtungen werden vorzugsweise nicht an einem jeweiligen Montagebereich montiert. Auf diese Weise wird der mit hohen Temperaturunterschieden einhergehende Verschleiß der Speichereinrichtungen reduziert. Dies ist beispielsweise bei Nutzung von Wasserstofftanks von Vorteil.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine dritte Anzahl der mehreren vordefinierten Montagebereiche jeweils zwischen zwei Rumpfsegmenten des Flugzeugs ausgebildet, sodass sich die Speichereinrichtung zwischen den betreffenden Rumpfsegmenten erstreckt, wenn die Speichereinrichtung zwischen den betreffenden Rumpfsegmenten an dem betreffenden der mehreren vordefinierten Montagebereiche montiert ist. Beispielsweise kann der Rumpf an einem der Montagebereiche aufgetrennt werden, um dazwischen einen oder mehrere Speichereinrichtungen zu montieren und den Rumpf auf diese Weise zu verlängern. Die Montagebereiche können auch an verschiedenen Stellen des Rumpfes ausgebildet sein, um den Schwerpunkt des Flugzeugs durch die Montage der Speichereinrichtungen möglichst wenig zu verändern. Es kann jeweils eine Speichereinrichtung an den Montagebereichen montiert werden. Rumpftanks zwischen Rumpfsegmenten sind vorzugsweise stets fest an dem Flugzeug montiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Energieträger Wasserstoff, Flüssigerdgas, Methanol oder Ammoniak. Denkbar sind jedoch auch andere Energieträger. Ebenfalls ist es denkbar, andere kohlenstoffbasierte Energieträger bzw. Kraftstoffe oder andere alternative Energieträger vorzusehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Speichereinrichtung einen Kryotank auf. In einem Kryotank kann vorteilhaft flüssiger Wasserstoff gespeichert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Speichereinrichtung oder eine von mehreren Speichereinrichtungen durch einen anderen Typ einer Speichereinrichtung gebildet ist, zum Beispiel einen Gastank, insbesondere Hochdruckgastank, oder einen einfachen Flüssigkeitsspeicher. Denkbar sind auch Speichereinrichtungen, die den Energieträger auf physikalischem und/oder chemischem Wege an einen anderen Stoff binden. Beispielsweise kann Wasserstoff chemisch gebunden oder in einem porösen Material adsorbiert gespeichert werden. Möglich ist auch ein Metallhydridspeicher, in dem Wasserstoff adsorbiert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Antrieb eine Gasturbine, einen Propeller, eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektromotor auf. Der Antrieb kann auch mehrere Antriebe aufweisen, wobei sich einige der Antriebe voneinander unterscheiden können. Beispielsweise kann der Antrieb sowohl eine Gasturbine als auch einen Elektromotor zum Antreiben eines Propellers aufweisen. Diese Antriebstypen können jeweils an einem von zwei Flugzeugflügeln angeordnet sein. Ferner ist es möglich, dass das Flugzeug für den Flugantrieb ausschließlich mit Elektromotoren ausgestattet ist, die jeweils einen Propeller antreiben. Zur elektrischen Versorgung der Elektromotoren ist jedoch zumindest eine Brennstoffzelle vorgesehen, die beispielsweise durch Wasserstoff versorgt wird. Dieser ist in einer Speichereinrichtung gespeichert, die an dem vordefinierten Bereich montiert ist. Es können auch mehrere Speichereinrichtungen zur Aufnahme von Wasserstoff montiert sein. Darüber hinaus kann auch eine Speichereinrichtung zur Aufnahme von Methanol vorgesehen sein, um die Brennstoffzelle zu versorgen. Zusätzlich oder alternativ können auch ein oder mehrere Akkus an dem Flugzeug montiert werden, um die Elektromotoren zusätzlich bzw. ergänzend zur Brennstoffzelle zu versorgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Speichereinrichtung durch eine erste Speichereinrichtung und der Energieträger durch einen ersten Energieträger gebildet. Das Flugzeug weist darüber hinaus wenigstens eine zweite Speichereinrichtung zur Aufnahme des ersten und/oder eines zweiten Energieträgers auf, wobei die zweite Speichereinrichtung vorzugsweise fest an dem Flugzeug montiert, insbesondere fest in das Flugzeug integriert, ist. Beispielsweise kann die zweite Speichereinrichtung zur Aufnahme von Wasserstoff ausgebildet sein. Die insgesamt zur Verfügung stehende Speicherkapazität des Flugzeugs kann auf diese Weise auf der Grundlage von fest in dem Flugzeug verbauten Speichereinrichtungen und flexibel an einem jeweiligen vordefinierten Bereich montierbaren Speichereinrichtungen erhöht werden.
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Vorzugsweise sind für den Betrieb des Flugzeugs mehrere Speichereinrichtungen vorgesehen, wobei beispielsweise wenigstens eine Speichereinrichtung fest in dem Flugzeug verbaut ist und wenigstens eine andere Speichereinrichtung flexibel an einem vordefinierten Bereich montiert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Speichereinrichtung zur Aufnahme eines Energieträgers für die Versorgung eines Antriebs eines Flugzeugs beschrieben. Das Flugzeug ist vorzugsweise nach einem der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Die Speichereinrichtung ist an einem vordefinierten Montagebereich des Flugzeugs montierbar, um den Antrieb mit dem Energieträger zu versorgen. Die Speichereinrichtung kann ferner ein oder mehrere Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit den beschriebenen Ausführungsformen des Flugzeugs beschrieben sind. Beispielsweise kann die Speichereinrichtung einen Kryotank aufweisen oder durch einen solchen Tank gebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System für ein Flugzeug nach zumindest einer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbart. Das System weist eine Speichereinrichtung zur Aufnahme eines Energieträgers auf, wobei die Speichereinrichtung jeweils an wenigstens einem vordefinierten Montagebereich des Flugzeugs montierbar ist, um einen Antrieb des Flugzeugs mit dem Energieträger zu versorgen.
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Es wird ein weiteres System für ein Flugzeug nach zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbart. Das System weist mehrere Speichereinrichtungen zur Aufnahme eines Energieträgers auf, wobei die mehreren Speichereinrichtungen jeweils an wenigstens einem vordefinierten Montagebereich des Flugzeugs montierbar sind, um einen Antrieb des Flugzeugs mit dem Energieträger zu versorgen.
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Nach einer Ausführungsform sind zumindest einige der mehreren Speichereinrichtungen jeweils flexibel an dem wenigstens einen vordefinierten Montagebereich montierbar. Somit können die Speichereinrichtungen z.B. zwischen zwei Flugeinsätzen im Rahmen der regulären Flugzeugsabfertigung montiert oder demontiert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die mehreren Speichereinrichtungen jeweils eine Speicherkapazität auf. Die Speicherkapazität einer der mehreren Speichereinrichtungen unterscheidet sich von zumindest einer anderen der mehreren Speichereinrichtungen. Vorzugsweise ist die Speicherkapazität von zumindest drei der mehreren Speichereinrichtungen voneinander verschieden. Mit anderen Worten können sich die Speicherkapazitäten der einzelnen Speichereinrichtungen voneinander unterschieden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Flugzeug mehrere vordefinierte Montagebereiche auf, wobei an den mehreren vordefinierten Montagebereichen jeweils eine der mehreren Speichereinrichtungen montierbar ist, um den Antrieb mit dem Energieträger zu versorgen, wobei der wenigstens eine vordefinierte Montagebereich einen der mehreren vordefinierten Montagebereiche bildet. Den mehreren Speichereinrichtungen ist jeweils einer der mehreren vordefinierten Montagebereiche zugeordnet ist, wobei die mehreren Speichereinrichtungen jeweils an dem der betreffenden Speichereinrichtung zugeordneten vordefinierten Montagebereich montierbar sind, um den Antrieb mit dem Energieträger zu versorgen. Mit anderen Worten können mehrere Speichereinrichtungen an jeweils zugeordneten vordefinierten Montagebereichen montiert werden, um die insgesamt benötigte Speicherkapazität für den Energieträger variabel anpassen zu können. Es können auch unterschiedliche Typen von Speichereinrichtungen verwendet werden, wobei aufgrund der Zuordnung zu den vordefinierten Bereichen sichergestellt werden kann, dass eine jeweilige Speichereinrichtung ausschließlich an dem zugeordneten Montagebereich montiert werden kann. Beispielsweise können die vordefinierten Bereiche jeweils mechanisch codiert sein, um eine Falschmontage einer Speichereinrichtung auszuschließen. Auf diese Weise kann auch vergleichsweise wenig geschultes Personal eine oder mehrere Speichereinrichtungen an einem betreffenden Flugzeug montieren. Dieser Aspekt ist insbesondere vorteilhaft für Flugzeuge, die eine große Anzahl verschiedener Flughäfen bedienen sollen, wobei an einem jeweiligen Flughafen Speichereinrichtungen montiert oder demontiert werden sollen.
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Zumindest einige der mehreren Speichereinrichtungen können unterschiedlich ausgebildet sein, wobei die zumindest einigen der mehreren Speichereinrichtungen wahlweise jeweils an einem bestimmten der mehreren vordefinierten Montagebereiche montierbar sind. Denkbar ist somit auch, dass ein vordefinierter Montagebereich mit unterschiedlichen Speichereinrichtungen kompatibel ist. Beispielsweise kann ein universelles System von unterschiedlichen Speichereinrichtungen vorgesehen werden, die jeweils an zumindest einigen der vordefinierten Bereiche montiert werden können.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben eines Flugzeugs mit einem Antrieb zum Antreiben des Flugzeugs auf der Grundlage eines Energieträgers. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Ermitteln eines Energieträgerbedarfs des Flugzeugs; Auswählen, in Abhängigkeit von dem bestimmten Energieträgerbedarf, wenigstens einer Speichereinrichtung zur Aufnahme des Energieträgers; Montieren der wenigstens einen ausgewählten Speichereinrichtung an einem vordefinierten Montagebereich des Flugzeugs, um den Antrieb mit dem Energieträger zu versorgen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Flugzeugen mit fester Tankkapazität kann das Flugzeug dergestalt betrieben werden, dass vor jedem Flug die benötigte Menge eines Energieträgers ermittelt wird und in Abhängigkeit von der benötigten Menge ein oder mehrere Speichereinrichtungen an ein oder mehreren vordefinierten Bereichen des Flugzeugs montiert werden, um eine Speicherkapazität zu schaffen, die zumindest im Wesentlichen gleich der benötigten Menge des Energieträgers ist. Auf diese Weise kann das Flugzeug auf unterschiedlich langen Flugstrecken effizient betrieben werden. Vorzugsweise wird an dem Flughafen, an dem ein betreffendes Flugzeug stationiert ist, ein System von unterschiedlichen Speichereinrichtungen bereitgehalten, um das Flugzeug jeweils mit der für einen bestimmten Flug benötigten Konfiguration von Speichereinrichtungen ausstatten zu können. Mit anderen Worten werden ein oder mehrere Speichereinrichtungen aus dem zur Verfügung stehenden System ausgewählt und an dem Flugzeug montiert.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass die wenigstens eine ausgewählte Speichereinrichtung mit dem Energieträger in Abhängigkeit von dem ermittelten Energieträgerbedarf befüllt wird. Die ausgewählte Speichereinrichtung kann vor oder nach der Montage an dem vordefinierten Bereich befüllt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Betreiben eines Flugzeugs, wobei die Steuereinrichtung dazu angepasst ist, die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens zumindest teilweise auszuführen. Vorzugsweise werden die Schritte des Ermittelns des Energieträgerbedarfs sowie das Auswählen wenigstens einer Speichereinrichtung in Abhängigkeit von dem bestimmten Energieträgerbedarf von der Steuereinrichtung ausgeführt. Die Steuereinrichtung kann an dem Flugzeug angeordnet oder mit dem Flugzeug verbunden sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Steuereinrichtung durch einen zentralen Server gebildet ist, wobei der ermittelte Energieträgerbedarf sowie die Auswahl der wenigstens einen Speichereinrichtung an eine Servicestelle übermittelt werden, die die Schritte des Montierens und/oder des Befüllens mit dem Energieträger entsprechend durchführt.
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Offenbart wird ferner ein Computerprogramm umfassend Befehle, die bei Ausführung auf einem Computer diesen veranlassen, das vorstehend beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Vorzugsweise wird das Ermitteln des Energieträgerbedarfs sowie das Auswählen der wenigstens einen Speichereinrichtung von dem Computerprogramm ausgeführt.
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Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die Folgendes zeigen:
- 1: ein Flugzeug mit zwei montierten Flügeltanks einer ersten Kapazität (1a), mit zwei montierten Flügeltanks einer zweiten Kapazität (1b), und mit zwei montierten Flügeltanks einer dritten Kapazität (1 c);
- 2: ein Flugzeug mit zwei montierten Flügeltanks einer zweiten Kapazität und zwei montierten Rumpftanks (2a), mit zwei montierten Flügeltanks einer dritten Kapazität und zwei montierten Rumpftanks (2b), und ohne montierte Flügeltanks und mit zwei montierten Rumpftanks (2c);
- 3 ein Flugzeug mit einem montierten Rumpftank (3a), und ein Flugzeug mit zwei montierten Rumpftanks (3b);
- 4 das Flugzeug von 3b mit zwei montierten Flügeltanks (4a), und mit vier montierten Flügeltanks (4b).
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1a zeigt ein Flugzeug 10, das einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Rumpf 12 aufweist. Auf gegenüberliegenden Seiten des Rumpfes 12 erstrecken sich eine erste Tragflächenhälfte 14 sowie eine zweite Tragflächenhälfte 16. An der Unterseite der ersten Tragflächenhälfte 14 ist ein erstes Triebwerk 18 befestigt. In entsprechender Weise ist an der Unterseite der zweiten Tragflächenhälfte 16 ein zweites Triebwerk 20 befestigt. Die Triebwerke 18 und 20 sind jeweils durch eine Gasturbine (Turbofan) gebildet, die durch Wasserstoff versorgt wird. Zur Speicherung des Wasserstoffs werden ein oder mehrere Speichereinrichtungen an dem Flugzeug 10 montiert, wie nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben wird.
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In dem Beispiel von 1a ist ein erster Flügeltank 22 an einem vordefinierten Bereich 26 der ersten Tragflächenhälfte 14 montiert, wobei sich der vordefinierte Bereich 26 an einer Unterseite der Tragflächenhälfte 14 befindet. Der vordefinierte Bereich 26 ist von dem Flügelende etwa ein Drittel der Tragflächenhälftenlänge beabstandet. In entsprechender Weise ist an der zweiten Tragflächenhälfte 16 an der Unterseite ein vordefinierter Bereich 28 ausgebildet, an dem ein zweiter Flügeltank 24 montiert ist. Die erste Tragflächenhälfte14 und die zweite Tragflächenhälfte 16 bilden zusammen einen Flugzeugflügel. Die Flügeltanks 22 und 24 weisen eine erste Speicherkapazität für flüssigen Wasserstoff auf. Unter der Annahme eines Flugzeugs des Typs Airbus A320 und einer Nutzlast von 17 Tonnen beträgt die Reichweite etwa 3100 Seemeilen.
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Abweichend zu 1a sind bei dem Flugzeug 10 von 1b Flügeltanks 30 und 32 an den vordefinierten Bereichen 26 und 28 montiert. Die Flügeltanks 30 und 32 weisen eine Kapazität auf, die geringer ist als die Kapazität der Flügeltanks 22 und 24 von 1a. Die Reichweite des Flugzeugs 10 von 1b ist somit geringer als die Reichweite des Flugzeugs von 1a und beträgt etwa 1500 Seemeilen.
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Ein weiteres Beispiel ist in 1c gezeigt. Das Flugzeug 10 ist mit Flügeltanks 34 und 36 ausgerüstet, die eine Kapazität aufweisen, die geringer als die Speicherkapazität der Flügeltanks von 1a und 1 b ist. Die Reichweite beträgt etwa 500 Seemeilen. Je nach benötigter Reichweite des Flugzeugs 10 können somit entweder die Flügeltanks 22, 24, die Flügeltanks 30, 32, oder die Flügeltanks 34, 36 an dem Flugzeug 10 montiert werden, um eine Reichweite von bis zu 3100 Seemeilen abzudecken.
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Mit Bezug auf 2 werden weitere Beispiele zur Montage von Speichereinrichtungen an dem Flugzeug 10 beschrieben. Das Beispiel von 2a entspricht dem Beispiel von 1b, wobei abweichend ein erster Rumpftank 38 und ein zweiter Rumpftank 40 an einem vordefinierten Bereich 37 montiert sind, sodass sich die Rumpftanks 38, 40 zwischen zwei Rumpfsegmenten erstrecken und somit einen Teil des Rumpfes 12 bilden. Die in dieser Konfiguration insgesamt zur Verfügung stehende Speicherkapazität entspricht derjenigen von 1a, d.h. die nutzbare Reichweite beträgt 3100 Seemeilen.
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Bei dem Beispiel von 2b sind an den Tragflächenhälften 14 und 16 jeweils die relativ kleinen Flügeltanks 34 und 36 von 1b montiert. Zusätzlich sind wie bei dem Beispiel von 2a die Rumpftanks 38 und 40 montiert. Es ergibt sich eine Reichweite von 2000 Seemeilen. Das Flugzeug 10 von 2c weist keinerlei montierte Flügeltanks auf.
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Hingegen sind die Rumpftanks 38 und 40 montiert, um Wasserstoff für die Triebwerke 18 und 20 aufzunehmen. Mit dieser Konfiguration kann eine Reichweite von 750 Seemeilen erzielt werden.
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In einem weiteren Beispiel, dass in 3a gezeigt ist, weist das Flugzeug 10 einen Rumpftank 42 auf, welcher an einem vordefinierten Montagebereich 41 des Flugzeugs montiert ist. Der Montagebereich 41 erstreckt sich an einer Oberseite des Flugzeugs 10 in Längsrichtung des Rumpfes 12. Der Rumpftank 42 erstreckt sich ebenfalls in Längsrichtung des Rumpfes 12, wobei sich der Rumpftank 42 zu den Enden des Rumpfes 12 jeweils verjüngt. Ferner erstreckt sich der Rumpftank 42 im Wesentlichen über die vollständige Länge des Flugzeugrumpfes 12, d.h. von einem Cockpitbereich bis zu einem Leitwerkbereich des Flugzeugs 10. Trotz der relativ großen Speicherkapazität weist der Rumpftank 42 eine aerodynamisch günstige Form auf. Vorzugsweise ist der Rumpftank 42 fest an dem vordefinierten Montagebereich 41 montiert.
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Das Flugzeug 10 von 3b weist einen ersten Rumpftank 44 auf, der an einem Montagebereich 43 montiert ist. Der Montagebereich 43 sowie der Rumpftank 44 erstrecken sich in Längsrichtung des Rumpfes 12, sodass die aerodynamische Form des Flugzeugs 10 nicht signifikant beeinträchtigt wird. Ferner weist das Flugzeug 10 einen weiteren Rumpftank 46 auf, der an einem weiteren Montagebereich 45 montiert ist. Die vordefinierten Montagebereiche 43, 45 sind an einer Oberseite des Rumpfes 12 ausgebildet. Die Rumpftanks 44 und 46 sind jeweils als abgeschnittene Kegel ausgebildet. Im montierten Zustand, der in 3b gezeigt ist, sind die Rumpftanks 44 und 46 mit einer jeweiligen Breitseite einander zugewandt, sodass sich die Rumpftanks 44 und 46 von den Längsenden des Rumpfes 12 aus gesehen zu einem zentralen Bereich des Flugzeugs 10 hin vergrößern. Es sind jedoch keine Flügeltanks montiert. Die Reichweite, die mit den Flugzeug 10 der Beispiele 3a und 3b erreicht werden kann, wenn die Rumpftanks 42 bzw. 44 und 46 vollständig mit Wasserstoff gefüllt sind, beträgt etwa 2000 Seemeilen.
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Weitere Beispiele des Flugzeugs 10 sind in 4 gezeigt. Das Flugzeug 10 von 4a entspricht der Konfiguration von 3b, wobei zusätzliche Flügeltanks 48 und 50 an einer Unterseite der Tragflächenhälften 14 und 16 an den vordefinierten Bereichen 26 und 28 montiert sind. Es ergibt sich eine Speicherkapazität, mit der eine Reichweite von 3000 Seemeilen bedient werden kann. In dem Beispiel von 4b sind zusätzliche Flügeltanks 52 und 54 vorgesehen, die an einer jeweiligen Flügelspitze 53 und 56 der ersten Tragflächenhälfte 14 und zweiten Tragflächenhälfte 16 montiert sind. Die insgesamt zur Verfügung stehende Speicherkapazität ist somit auf insgesamt sechs montierbare Tanks verteilt. Die erzielbare Reichweite beträgt 4000 Seemeilen.
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Es ist zu verstehen, dass das Flugzeug 10 auf unterschiedliche Art und Weise mit verschiedenen Speichereinrichtungen ausgerüstet werden kann, die jeweils an zugeordneten vordefinierten Montagebereichen des Flugzeugs 10 montiert werden können. Die verschiedenen Speichereinrichtungen können zusammen ein System bilden, welches an einem Heimatflughafen des Flugzeugs 10 bereitgehalten wird, um flexibel die Tankkapazität des Flugzeugs 10 an eine jeweils aktuell mit dem Flugzeug 10 zu bedienende Flugdistanz anzupassen. Das Flugzeug 10 kann somit auch bei Verwendung alternativer Energieträger wie Wasserstoff effizient über unterschiedliche Betriebsdistanzen eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flugzeug
- 12
- Rumpf
- 14
- erste Tragflächenhälfte
- 16
- zweite Tragflächenhälfte
- 18
- erstes Triebwerk
- 20
- zweites Triebwerk
- 22
- erster Flügeltank
- 24
- zweiter Flügeltank
- 26
- erster Montagebereich
- 28
- zweiter Montagebereich
- 30
- erster Flügeltank
- 32
- zweiter Flügeltank
- 34
- erster Flügeltank
- 36
- zweiter Flügeltank
- 37
- Montagebereich
- 38
- erster Rumpftank
- 40
- zweiter Rumpftank
- 41
- Montagebereich
- 42
- Rumpftank
- 43
- Montagebereich
- 44
- erster Rumpftank
- 45
- Montagebereich
- 46
- zweiter Rumpftank
- 48
- erster Flügeltank
- 50
- zweiter Flügeltank
- 52
- dritter Flügeltank
- 53
- erste Flügelspitze
- 54
- vierter Flügeltank
- 56
- zweite Flügelspitze