Frachtflugzeug der Zukunft Weniger Emissionen und Lärm

Volker Gollnick DLR Institut für Lufttransportsysteme

Lufthansa Cargo Climate Care Conference

24. April 2013 Frankfurt

Herausforderungen für die Luftfracht im 21. Jahrhundert

Einblick in die weitere Zukunft

Zusammenfassung

Weniger Klimawirkung durch Laminartechnik

Frachtflugzeuge werden immer leiser

Übersicht

Niedriger Fliegen reduziert Klimawirkung

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Flightpath 2050 – Weniger Emissionen und Lärm

Die großen Herausforderungen: 75% weniger CO2 Emissionen 75% weniger Lärm

Bezogen auf einen einzelnen Flug und Bezogen auf die Referenzwerte im Jahr 2000

Die Achillesferse der Luftfracht: Lärmwirkung am Abend und in der Nacht!

Herausforderungen für die Luftfahrt im 21. Jahrhundert

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Beitrag der ACARE-Ziele zur CO2-Reduktion Nur mit erheblichen und integrierenden Ansätzen lassen sich die sportlichen Ziele erreichen!

Herausforderungen für die Luftfahrt im 21. Jahrhundert

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Industrielle Rahmenbedingungen der Luftfracht Erlöse der Luftfracht auf niedrigem Niveau

Erwartetes Wachstum in Transportleistung rund 3,7% im weltweiten Durchschnitt Entwicklung der Transportleistung stark auf Asien beschränkt

Quelle: Boeing

Herausforderungen für die Luftfahrt im 21. Jahrhundert

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Flugzeuge für das 21. Jahrhundert – Nix Neues bis 2030!!!

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Alle potentiellen Frachtflugzeugmuster sind technologisch bis 2030 fest definiert!

Herausforderungen für die Luftfahrt im 21. Jahrhundert

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Blended Wing Body - Flugzeug

Reichweite 14000 km

Pax 500 (= 50 t PL)

Spanweite 55.3 m

OEM 79557 kg

Kraftstoff Masse 51627 kg

L/D 23.5

Ma 0.85

Konfiguration Eigenschaften

• Gutes Oberflächen/Volumenverhältnis, vermindert Widerstand

• Möglichkeit zum Transport intermodaler Luftfrachtcontainer

• Effektiver Einsatz durch kompakte Größe auf Flughäfen

• Lärmarmer Betrieb durch sehr gute TW-Abschirmung

• Potential für 20% Verbrauchs-/CO2-minderung ohne TW-Technologie

Einblick in die weitere Zukunft

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Treibstoffverbrauch -8% bis -20%* Lebensdauer Triebwerke

• Leermasseneinsparung von 6 -15% inkl. Schneeballeffekte

• Vollständig neue Infrastrukturen und Geschäftsmodelle für Starten und Landen

• Betriebsverfahren verändern sich

Betriebskosten -5,5% bis -12%*

Unfallvermeidung

Nutzung der Bremsenergie

Unabhängigkeit von Bahnbeschaffenheit

Lärm & CO2/NOx-emission

Leergewicht -6% bis -15%*

Kürzere Bahnen

Elektrisches Rollen

Schubunterstützung beim Start/ kein Reverser Nutzlast Reichweite

Blockfuel

Visualisierung durch Airbus basierend auf Bildern aus dem GroLaS-Projekt

Fliegen ohne Fahrwerk Einblick in die weitere Zukunft

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Kraftstoffeinsparung auf operationeller Ebene

-1,9% -1,0%

-4,0%

-2,0%

-5,7%

-2,6%

-5,5%

-2,5%

Ein einzelnes Potential relativiert sich im realen operativen Umfeld

Reduktionspotential von bis

Weniger Klimawirkung durch Laminartechnik?

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Identifikation des Potentials zur Reduktion der Klimawirkung durch niedrigere Reiseflughöhen und Geschwindigkeiten Für heutige Flugzeugmuster A330 Für angepasste Flugzeugmuster

Untersuchungsbasis: Weltflotte eines repräsentativen Langstreckenflugzeuges

Typische reale Flugprofile als Referenz für Bewertung

Average Temperature Response (ATR)

und Direct Operating Costs (DOC) als Bewertungsgrößen

Bewertung der ATR und DOC Änderung relativ zu heutigen Flugverfahren

Kosten-Nutzen Analyse ATR vs. DOC

Niedriger Fliegen reduziert Klimawirkung!

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Identifikation Neuer Auslegungspunkte

13000 m 4000 m 0.4

0.85

ICA

Av. min DOC

Klimawirkungen der A330-200 Flotte

Based on: - Global route network - All A332 flights in 2006 - 2006 fuel and labour price levels - 32 years sustained emission

Ma_

cr

A. Koch, et.Al., Climate impact assessment of varying cruise flight altitudes applying the CATS simulation approach, 3rd International Conference of the European Aerospace Societies, (CEAS), Venice, Italy (2011).

Flugzeugtechnologien unter realistischen operat. Bedingungen bewerten

Reduzierte Klimawirkung durch niedrigere Flugrouten

Niedriger Fliegen reduziert Klimawirkung!

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Lärmarmes Kurzstreckenflugzeug DLR LNA1

10-12 dB Quellärmminderung bedeuten Reduktion um Faktor 3-4!

-prm

s [Pa

]

80

100

SP

L [d

B]

x [m] 500 500

-500 m

LNA installation

a/c rear installation

-500 m

-1.2

-0

-prm

s [Pa

]

-1.2

-0

-prm

s [Pa

]

Frachtflugzeuge werden immer leiser!

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vor 1985

ab November 2013

Triebwerke 2 GE90-110B1L MTOW [t] 347,8

Schallemission [EPNdB] Abflug: 92,6 / Anflug: 100,3 / Seitenlinie: 97,8

Triebwerke 4 JT3D-3B MTOW [t] 145,6

Schallemission [EPNdB] Abflug: 104,5 / Anflug: 108,2 / Seitenlinie: 99,2

Frachtflugzeuge werden immer leiser!

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• 2013: Der durchschnittliche Emissionspegel liegt 16 EPNdB unter Chapter 3

• Der durchschnittliche Emissionspegel erfüllt Chapter 4 seit 1999 nachhaltig

• Die Flottenprognose zeigt ein Erreichen von Chapter 14 um 2018

• Das letzte Chapter 2 Flugzeug verließ1984 den Flottenverbund

• Der durchschnittliche Emissionspegel liegt 2023 um 18 EPNdB unter Chapter 3

Lärmentwicklung der Lufthansa Cargo Flotte Frachtflugzeuge werden immer leiser!

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www.DLR.de • Folie 18

ACI Lärm Rating *)

1995 Heute

Zukunft

*) ACI: Airport Council International (ACI Aircraft Noise Rating Index UPDATE 2010)

• Der ACI Index verbesserte sich zwischen 1995 und 2013 von R1 auf R3

• Der ACI Index wird bis 2023 auf R3 verbleiben mit Tendenz zu R4

• Der Anteil von R5 Flugzeugen steigt um 22% zwischen 2013-2023 ( B777F)

• Die DC8-7 ist ein R5 Flugzeug 1985 bis 1989: Flotte hat R5 Niveau!

Lärmentwicklung der Lufthansa Cargo Flotte Frachtflugzeuge werden immer leiser!

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• Geringe Erlöse und Nachtflugbeschränkungen erschweren erfolgreiche Luftfracht

• Lärm- und Emissionsreduktionen sind die großen Herausforderungen der Luftfahrt

• In den nächsten 30 Jahren kein neues Flugzeugmuster erkennbar

• Klimawirkung läßt sich auch mit existierenden Mustern nachhaltig verbessern

• Existierende Flugzeugmuster erfüllen die künftigen Lärmanforderungen

• Neue Konzepte wie der Blended Wing Body bieten das Potential für sehr effektiven Luftfrachttransport ab 2040

Resumee

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Hamburg

Univ. Prof. Dr.-Ing. Volker Gollnick Phone: +49 (0)40 42878-4197 Fax: +49 (0)40 42878-2979 Zimmer: R06 E-Mail: volker.gollnick@dlr.de Adresse: Deutsches Zentrum für Luft- u. Raumfahrt (DLR) Lufttransportsysteme Institut für Lufttransportsysteme der TUHH Blohmstraße 18 D-21079 Hamburg

Channel Hamburg (Harburg)

www.DLR.de • Folie 21

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