Wie ist die Zukunft des Fliegens mit Flugzeugen zu bewerten?

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Geschichte der zivilen Luftfahrt mit Flugzeugen
2.1 Zeitraum von 1919-1945
2.2 Zeitraum 1945- ca. 1958
2.3 Umbruch in die Zeit der Jetliner ab 1952
2.4 Überschallverkehrsflugzeuge
2.5 Großraumflugzeuge
2.6 Airbus und Boeing: Das Duopol der Flugzeugindustrie

3. Heutige Luftfahrt

4. „Nurflügler“: Die Konfiguration der zukünftigen Flugzeuge?
4.1 Vorteile von „Nurflüglern“
4.1.1 Kerosinverbrauch
4.1.2 Geräuschpegel
4.2 Nachteile von „Nurflüglern“
4.2.1 Stabilität
4.2.2 Spannweite der „Nurflügler“
4.2.3 Passagiere - Komfort und Sicherheit
4.2.4 Entwicklungskosten

5. Alternative Antriebstechnologien
5.1 Biotreibstoffe
5.2 Elektroantrieb

6. Autonomes Fliegen
6.1 Vorteile von Autonomen Fliegen
6.1.1 Der Mensch als Sicherheitsrisiko
6.1.2 Kostenreduzierung
6.2 Nachteile von autonomen Fliegen
6.2.1 Vertrauen der Passagiere
6.2.2 Sicherheitsregeln und Gesetze
6.2.3 Arbeitsplatzsicherung

7. Fazit

8. Anhang
8.1 Literatur- und Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Der Traum vom Fliegen ist so alt wie die Menschheit selbst. Der Mensch verbindet die Fliegerei mit Freiheit, Grenzenlosigkeit und sogar Sorgenlosigkeit. Während man zu anfangs wie ein Vogel alleine mit angebundenen Flügeln fliegen wollte, benutzt man heute technische Hilfsmittel, wie z.B. das Flugzeug, zum Abheben. Die Luftverkehrsstraßen sind heutzutage stärker befahren als jemals zuvor. 2016 wurden im deutschen Luftverkehrsraum fast 3,2 Millionen Flugbewegungen kontrolliert, Ten- denz steigend¹. So soll sich das Luftverkehrsaufkommen auch in den nächsten 20 Jahren noch einmal verdoppeln². Dabei ist das Flugzeug schon längst nicht mehr nur ein Transportmittel für Mensch und Fracht. Rund um die Luftfahrt hat sich ein Wirtschaftszweig entwickelt, der allein in Deutschland hunderttausende Arbeitsplätze geschaffen hat. Ob als Ingenieur beim Airbus-Werk in Hamburg, als Fluglotse im Kontrollturm des Kölner Flughafens oder als Pilot des Airbus A380 der Lufthansa, die Luftfahrt verspricht Arbeitsplätze in vielen verschiedenen Berufsebenen. Abgesehen davon sind viele Branchen abhängig von der Luftfahrt. Denn wenn es darum geht schnell um den Globus zu reisen, ob Mensch oder Fracht, kommt nur das, im Vergleich zu anderen Transportmitteln, wesentlich schnellere Flugzeug in Frage. Der schnelle Transport durch die Luftfahrt macht die Kooperation von Unterneh- men in aller Welt möglich und ist somit auch eines der wichtigsten Pfeiler der durch die Globalisie- rung³ heute so stark verflochtenen Wirtschaft weltweit.

Die Luftfahrt hat über die letzten Jahrzehnte jedoch wenig Innovation durchfahren. Das Duopol der zwei großen Hersteller für Zivilflugzeuge, Boeing in Amerika und Airbus in Europa, lassen einfach keine Innovationen zu. Sie beschränken sich auf die Verbesserung alter, bewährter Technologien. Dies stellt für die Konzerne ein kleineres finanzielles Risiko dar als dass sie etwas komplett Neues entwickeln. Deshalb ist die Branche stärker vom Öl abhängig als jede andere, denn die Triebwerke der Flugzeuge werden ausschließlich mit Kerosin, einem Abfallprodukt, welches bei der Herstellung von Diesel entsteht, betrieben⁴. Wenn die fossilen Brennstoffe in den nächsten 50 Jahren nun ausge- hen, wird die Luftfahrt also zwangsweise zum Erliegen kommen, welches gravierende Folgen für die gesamte Wirtschaft rund um den Globus haben wird. Um diesem Problem vorzeitig ausweichen zu können, wird schon jetzt in alle Richtungen geforscht. Dabei wird großen Wert auf die Effizienzstei- gerung der Flugzeuge gelegt. Wie werden die Flugzeuge zukünftig im Hinblick auf Design, Antriebs- system und Technik also aussehen? Welche Auswirkungen werden die Weiterentwicklungen haben und wie sind diese zu bewerten? Diese Fragestellungen versuche ich im Folgenden zu beantworten.

2. Geschichte der zivilen Luftfahrt mit Flugzeugen

2.1 Zeitraum von 1919-1945

Die Luftfahrt hat in den letzten 100 Jahren eine rasante Geschichte durchlaufen. Während Flugzeuge zuerst nur beim Militär ihren Zweck fanden, wurden nach dem Ersten Weltkrieg auch erstmals Pas- sagierflugzeuge gebaut. Die Junkers „F13“, die vom deutschen Ingenieur und Pionier des Flugzeug- baus Hugo Junkers konstruiert wurde und 1919 ihren Jungfernflug hatte⁵, war das erste Ganzmetall- flugzeug, welches ausschließlich für den Passagierverkehr entwickelt wurde. Dennoch entwickelten sich erst Mitte der 1920er Jahre die ersten größeren Fluggesellschaften. So ging die Deutsche Luft- hansa 1926 mit acht Strecken in Betrieb⁶. Auch damals flog die Lufthansa schon weltweite Ziele wie z.B. Peking an. Bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges kam es aber zu keinem großen Passagierauf- kommen. Die Technik war der Wirtschaft damals voraus. Flugzeuge wie die Junkers „Ju 52“ oder die Douglas „DC-3“, des amerikanischen Flugzeugbauers Douglas, wurden für die zivile Luftfahrt ent- wickelt und konnten auch schon in großer Stückzahl produziert werden. Diese Flugzeuge wurden jedoch wegen des geringen Passagieraufkommens noch nicht benötigt. Mit Beginn des Zweiten Welt- krieges wurden sie zu militärischen Zwecken umfunktioniert und vor allem als Bomber eingesetzt. In dieser Zeit wurde so die Douglas „DC-3“ über 16.000 Mal produziert, welches bis heute ein Rekord darstellt.

2.2 Zeitraum 1945- ca. 1958

Nachdem die zivile Luftfahrt in der Nachkriegszeit einen großen Aufschwung erfahren hatte, mussten auch die Flugzeugbauer reagieren. Die Airlines verlangten immer größere Flugzeuge, die mit mehr Reichweite neue Direktflüge ermöglichen sollten. So entwickelte das amerikanische Luftfahrtunter- nehmen Lockheed, welches heute vor allem im militärischen Flugzeugbau tätig ist, Mitte der 1940er Jahre die „Constellation L49“. Um den Anforderungen gerecht zu werden, wurde das Flugzeug wei- terentwickelt. Die verlängerte Version, als „Super Constellation“ bekannt, war mit 4 Propellern aus- gerüstet und bot nun bis zu 120 Passagieren Platz. Es gilt auch heute noch als eines der schönsten je gebauten Passagierflugzeuge und wurde zur Ikone der 1950er Jahre. Außerdem war die „Super Constellation“ eines der letzten zivilen Propellermaschinen mit Kolbenmotor.

2.3 Umbruch in die Zeit der Jetliner ab 1952

In der zivilen Luftfahrt hielt das Strahltriebwerk 1952 mit dem Flugzeug „Comet 1“ des britischen Unternehmen de Havilland Einzug⁷. Das Flugzeug hatte vier Strahltriebwerke, die in die Tragflächen integriert wurden. Strahltriebwerke beschleunigen im Gegensatz zu den Propellern die Luft mithilfe eines Schubstrahles. Der Schubstrahl entsteht am Ende der Turbine, wenn die eingesaugte Luft, in der Turbine verdichtet und mit Kerosin verbrannt wird⁸. Das dabei entstehende Gas dehnt sich aufgrund der Verbrennungshitze so schnell aus, dass es am Ende der Turbine mit Geschwindigkeiten von über 1.000 km/h austritt. Nach dem Dritten Newtonschen Gesetz⁹ bewirkt dieser schnelle Ausstoß des Gases dann auch, dass das Flugzeug beschleunigt wird. Der Vorteil des Schubstrahles im Gegensatz zum Propeller ist, dass dieser auch im Überschallbereich gut funktioniert. Wenn der Propeller sich hingegen mit einer Geschwindigkeit von über 1.000 km/h dreht, kommt es zu einem Strömungsabriss an den Enden der Propellerblätter und führt zu einem Leistungsverlust. Propellermaschinen haben also eine maximale Drehzahl und folglich eine maximale Geschwindigkeit, bei der effizient geflogen werden kann. Die Strahltriebwerke hingegen haben dieses Problem nicht. So konnten diese auch mehr Schub erzeugen und so höhere Geschwindigkeiten erreichen. Nicht nur waren diese Triebwerke schneller, sie flogen oft auch leiser, zuverlässiger und ruhiger als die hochgezüchteten Kolbenmotoren der Propellermaschinen¹⁰.

Die „Comet 1“ flog zuerst für der britischen Airline British Overseas Airline Corperation (BOAC). Im nächsten Jahr folgte aber eine Reihe von Unglücken, die die „Comet“ zu einem Misserfolg mach- ten. Der Erfolg der Düsenflugzeuge kam erst mit der Boeing „707“, sowie dessen Konkurrenzmodell, die Douglas „DC-8“, welche 1957 bzw. 1958 ihren Erstflug hatten¹¹. Im Gegensatz zur De Havilland „Comet 1“ waren ihre Triebwerke deutlich leistungsstärker und die Materialien konnten den hohen Druckunterschied zwischen der Kabine und dem Luftraum in Höhen oberhalb von 10.000 Metern besser standhalten. Außerdem boten sie durch einen breiten Rumpf Platz für bis zu 200 Passagiere. Im Jahre 1958 nahm die amerikanische Fluggesellschaft “Pan-Am” mit der „Boeing 707” den Li- nienbetrieb auf. Sie hofften, mit der „707” ein Langstreckenflugzeug gefunden zu haben, welches Passagiere innerhalb von kürzester Zeit direkt von Europa nach Amerika und umgekehrt befördern konnte. So wurden die „707” der Boeing Aircraft Corporation und die sehr ähnliche Douglas “DC- 8” zu Erfolgsmodellen und konnten sich gegen ihren britischen Konkurrenten, die bis dahin schon die vierte Version der „Comet“ entwickelt hatten, durchsetzen. Sie waren zuverlässig, schnell, ruhig und boten viel Komfort für die Passagiere, weshalb sie schon bald von Airlines in aller Welt gekauft wur- den. Auch heute noch richtet sich das Design und die Konfiguration der Flugzeuge nach diesem Flug- zeugtypus. Kein anderer Flugzeughersteller konnte ein so gutes Passagierflugzeug mit Strahltrieb- werken bauen, weshalb der Markt für den Flugzeugbau von nun an von den amerikanischen Unter- nehmen dominiert wurde. Erst am Ende der 1960er Jahre kam es zu neuen, grundlegenden Entwick- lungen. Die zivile Luftfahrt war auf Erfolgskurs, jedes Jahr wurden mehr Passagiere rund um den Globus geflogen. Und nebenbei stellen sich die Flugzeughersteller nur eine Frage: Werden die zu- künftigen Flugzeuge schneller oder größer sein?

2.4 Überschallverkehrsflugzeuge

Die Flugzeugindustrie sah seinerzeit den Markt der Zukunft in einer weiteren Verkürzung der Reise- zeit. Dieses Ziel konnte nur mit Verkehrsflugzeugen im Überschallbereich, also mit Reisegeschwin- digkeiten größer als die Schallgeschwindigkeit, erreicht werden. Dadurch, dass dieses Flugzeug aber schneller als der Schall fliegen sollte, kam es zu ganz neuen Anforderungen an die Triebwerke, das Design und auch die Materialien. Die Triebwerke mussten leistungsstark genug sein, um das Flug- zeug auf Überschallgeschwindigkeiten zu beschleunigen, dass Design musste sowohl bei hohen Ge- schwindigkeiten aerodynamisch und stabil in der Luft stehen, als auch bei geringen Geschwindigkei- ten genug Auftrieb gewährleisten, damit das Flugzeug abheben konnte¹². Die Materialien mussten vor allem hitzebeständig und robust sein, denn bei Überschallgeschwindigkeiten erwärmt sich die Flugzeughülle auf über 100 Grad Celsius, welches zu einer Materialausdehnung führt. Das Flugzeug musste diesen extremen Belastungen Tag für Tag in unzähligen Flügen standhalten. Den Anforde- rungen entsprechend, war es erforderlich ein vorher nie dagewesenes Flugzeug vom Boden auf zu entwickeln.

In Europa schlossen sich hierzu die britische und französische Regierung zusammen, um in einem Gemeinschaftsprojekt ein solches Überschallverkehrsflugzeug zu realisieren. Am 02.03.1969 erfolgte dann schließlich der Erstflug der „Concorde”. Jedoch hatte man auch im Ostblock an einem Über- schallverkehrsflugzeug geforscht, welches noch vor dem europäischen Prestigeprojekt am 31.12.1968 abhob. Die Tupolew „Tu-144” des sowjetischen Luftfahrtunternehmen Tupolew war das erste Überschallverkehrsflugzeug der Welt¹³. Beide Flugzeuge ähnelten sich im Aufbau und Leistun- gen sehr, wobei die „Concorde“ nur 100 Passagieren, die längere „Tu-144“ dagegen 135 Passagieren Platz bot¹⁴. Die „Tu-144“ begann ihren Linienbetrieb 1975, stellte ihn aufgrund von Unglücken schon nach einigen Monaten wieder ein. Die „Concorde“ hingegen war bis 2003 im Einsatz. Dennoch hatte auch sie große Probleme, denn der Überschallknall, der bei Übertreten der Schallgeschwindigkeit entsteht, hatte zur Folge, dass viele Länder das Überfliegen des eigenen Territoriums mit Überschall- geschwindigkeiten nicht erlaubten. Außerdem war auch der Geräuschpegel der Triebwerke der Con- corde so laut, dass sie an vielen Flughäfen keine Landeerlaubnis erhielt, was erneut die möglichen Ziele des Überschallverkehrsflugzeuges einschränkte. Die möglichen Strecken waren sehr begrenzt. Doch vor allem machte der extrem hohe Treibstoffverbrauch das Flugzeug unwirtschaftlich. Im Ver- gleich zur Boeing „747“ verbrauchte die „Concorde“ etwa doppelt so viel Treibstoff, transportierte aber nur 100 im Gegensatz zu den bis zu 500 Passagieren der „747“. Somit war der Einsatz der Con- corde von Anfang an nicht profitabel für die Airlines, sondern lediglich ein Prestigesymbol. Viele Airlines haben deshalb ihre Bestellungen für die Concorde zurückgenommen und so wurden nur 16 Stück des Überschallverkehrsflugzeuges je gebaut.

2.5 Großraumflugzeuge

In diesem Punkt hatten die amerikanischen Flugzeughersteller die Zukunft richtig vorausgesehen und sich so schon frühzeitig von Plänen eines überschallfähigen Passagierflugzeuges abgewandt und stattdessen auf die Entwicklung eines Großraumflugzeuges gebaut. Am 09.02.1969 hatte dann die Boeing “747” ihren Erstflug. Da sie mit zwei Gängen ausgestattet war, war sie das erste Großraumflugzeug der Welt. Sie hatte Platz für bis zu 490 Passagiere¹⁵. Das Flugzeug brachte neue Dimensionen in die Luftfahrt und erstaunte die ganze Welt. Der sogenannte “Jumbo-Jet” wurde zum Verkaufsschlager. Schon bald wurde das Flugzeug das Prestigesymbol der meisten Airlines.

2.6 Airbus und Boeing: Das Duopol der Flugzeugindustrie

Aber auch auf der anderen Seite des Atlantik hatte man Pläne für ein Großraumflugzeug mit dem Ziel, das amerikanische Monopol in der zivilen Luftfahrt anzufechten. 1970 schlossen sich Luftfahrt- unternehmen aus Frankreich und Deutschland zum Gemeinschaftsunternehmen Airbus zusammen. Nach einigen Jahren kamen auch Unternehmen aus Großbritannien und Spanien hinzu. Nach der Öl- preis-Krise im Jahre 1973, verlangte die Luftfahrt nach besonders treibstoffsparenden Flugzeugen. Der Airbus “A300”, dessen Erstflug 1972 stattfand, war der erste Versuch die amerikanische Domi- nanz zu brechen. Mit nur zwei Triebwerken ausgestattet, versprach es im Gegensatz zu allen anderen Großraumflugzeugen eine Treibstoffreduzierung von bis zu 30 Prozent. Doch erst mit dem kleinen Kurz- und Mittelstreckenjet, dem Airbus “A320”, und dessen neuartiger “fly-by-wire”-Steuerung, also eine rein auf elektrischen Impulsen basierende Steuerung, konnten die Europäer ein Modell lie- fern, das dem der Amerikaner deutlich übertraf¹⁶. Das hochmoderne Flugzeug mit Platz für bis zu 179 Passagiere kann sich vor dessen direkten Konkurrenten aus den USA behaupten. Ab 1988 beginnt der Liniendienst mit dem “A320” und er wurde bis heute über 8.000 Mal gebaut. Zum ersten Mal konnten die Europäer den Amerikanern etwas „vormachen” und Airbus wurde damit zum Erzrivalen des amerikanischen Flugzeugbauer Boeing, der sich Mitte der 1990er Jahre auch mit McDonnell- Douglas fusionierte. Bis heute bestimmen Airbus und Boeing den Weltmarkt für Passagierflugzeuge.

3. Heutige Luftfahrt

Für viele Menschen ist im Zuge der Globalisierung das Fliegen zum Alltag geworden. Fliegen ist schon lange kein Luxusgut der Reichen mehr, sondern ein Transportmittel für jedermann. Dabei wünschen sich die Passagiere heute vor allem so schnell und kostengünstig wie möglich ans Ziel zu kommen. Sie beanspruchen oft keinen besonderen Komfort. Das führt dazu, dass Billigairlines wie „Ryanair“, „EasyJet“ oder auch die amerikanische „Southwest“ immer populärer werden¹⁷. Sie setzen dabei mit niedrigen Gehältern für die Mitarbeiter, wenig bis gar keinen Service, fehlende Komplexität in der Flotte, die Wartungskosten spart, etc. ausschließlich auf die Kostenreduzierung. Doch welche Folgen wird dieser Trend zur Sparsamkeit haben?

Die modernen Flugzeuge wie z.B. der „787 Dreamliner“ von Boeing geben eine Richtung, wie die Zukunft der zivilen Luftfahrt in den nächsten Jahren aussehen wird, vor. Dieser zeichnet sich durch die Leichtbauweise mit 50% aus Kohlefaserstoffen und extrem effizienten Triebwerken mit einer Spritreduzierung um bis zu 20% aus, was dem Trend zur Sparsamkeit entgegenkommt.

[...]

¹ Vgl. C. Belz, M. Gatermann: Luftverkehr in Deutschland, 18.04.2017

² Vgl. o.A.: Der Traum vom Fliegen ohne Sprit , 06.11.2011

³ Globalisierung: Der Vorgang, der die zunehmende Entstehung weltweiter Märkte für Waren, Kapital und Dienstleistungen sowie die damit verbundenen internationalen Verflechtungen der Volkswirtschaften beschreibt. (Vgl. o.A.: Globalisierung o.D.)

⁴ Vgl. o.A.: Warum werden Flugzeuge mit Kerosin angetrieben?, o.D. 1

⁵ Vgl. o.A.: Zivile Luftfahrt 1919-1929, 22.02.2000, o.A., o.D.

⁶ Vgl. Hans-Günter Rieske: Die Geschichte der Lufthansa, o.D.

⁷ Vgl. W. Bredow: De Havilland Comet 1A: Die Comet war das erste Düsenverkehrsflugzeug der Welt, o.D., Berlin

⁸ Vgl. (ebenda und im Folgenden) o.A.: Flugzeugtriebwerke, 2010

⁹ Newtonisches Gesetz: Wirken zwei Körper aufeinander ein, so wirkt auf jeden der Körper eine Kraft. Die Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, vgl. Das Wechselwirkungsgestez (3. Newtonsches Gesetz), o.A., 2017

¹⁰ Vgl. A. Johansen: Propellermaschinen sind viel besser als ihr Ruf, 26.04.2010

¹¹ Vgl. (ebenda und im Folgenden) W. Bredow: Boeing 707: Das Flugzeug wurde die klassische Konfiguration aller Jetliner der Welt, o.D., Berlin

¹² Vgl. (ebenda und im Folgenden) o.A.:40 Jahre Concorde: Bei Überschall 14 Zentimeter länger, 23.01.2016

¹³ Vgl. (ebenda und im Folgenden) W. Bredow: Tupolew TU-144: Das erste Überschall-Passagierflug- zeug der Welt, o.D., Berlin

¹⁴ Vgl. (ebenda und im Folgenden) W. Bredow: Concorde: Das erste erfolgreiche Passagierflugzeug der Welt, das Überschallgeschwindigkeit flog, o.D., Berlin

¹⁵ Vgl. W. Bredow: Boeing 747 Jumbo Jet “Schleswig-Holstein”: war lange Zeit das größte Passagierflugzeug (bis zum Airbus A380), o.D., Berlin

¹⁶ Vgl. (ebenda und im Folgenden) o.A:: Airbus A320 Familie, 27.02.2000

¹⁷ Vgl. (ebenda und im Folgenden) o.A : Warum verdient Ryanair so viel Geld?, 10.09.2015 6