Uni Stuttgart Team gewinnt NASA/DLR Design Challenge

Der Studierendenwettbewerb der diesjährigen NASA/DLR Design Challenge widmete sich der Anbindung entlegener Regionen der Erde an die großen Metropolen. Mit ihrem Entwurf HyBird gewann das Team der Universität Stuttgart am 01. August 2019 im deutschen Teil.

Bereits zum dritten Mal forderte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA Studierende technischer Universitäten in Deutschland und den USA zu dem Ideenwettbewerb heraus. Gastgeber der Abschlussveranstaltung für die Teams in Deutschland war das Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg.

NASA/DLR Design Challenge 2018/2919

Auch dieses Jahr stellen sich die Studierenden hohen Anforderungen der Jury an die Leistungsfähigkeit ihrer Entwürfe: Ihre Flugzeugkonfigurationen sollen auf sehr kurzen Start- und Landebahnen einsetzbar sein und gleichzeitig eine akzeptable Reisegeschwindigkeit aufweisen. Neue Technologien aus den verschiedensten Disziplinen waren in die Entwürfe zu integrieren, einschließlich einer Prüfung von Konzepten, die kurzfristige Nutzungswechsel vom Passagier- hin zum Frachttransport ermöglichen.

Dabei wurde auch die Frage untersucht, ob eine Symbiose von Passagierflügen mit Piloten und automatisierten, unbemannten Frachtflügen die Attraktivität derartiger Flugzeuge für die betreibenden Fluglinien steigern kann. Fünf Teams bestehend aus insgesamt etwa 40 Studentinnen und Studenten haben innovative Entwürfe eingereicht. Das Kick-off-Meeting fand am 12. April 2019 im DLR in Braunschweig statt, einschließlich einer Einführung in die Aufgabenstellung und einer Besichtigung des Standorts.

Ländliche Gebiete effizient erschließen

Das geringe Passagieraufkommen erschwert eine ökonomische Realisierung von Flugrouten in abgelegene Gebiete der Welt stark. Hier könnte eine Doppelnutzung als Passagiermaschine mit einem Piloten bei Tag und als unbemanntes Frachtflugzeug in der Nacht eine Lösung sein. Lassen sich Gewicht, Geometrie und Antrieb einer Maschine so optimieren, dass kleine Luftfahrzeuge mit CO2- und schadstoffarmen Antrieben ausreichende Reichweiten erzielen? Schaffen das vollelektrische Antriebe? Oder sind Hybridsysteme mit unterstützender Gas- oder Brennstoffzellentechnologie nötig, etwa um die Höchstleistung für den Start zu erbringen?

Frische Ideen und Konzepte für kleine, öko-effiziente Flugzeuge sind gefragt. “Das ist das Ziel, das wir zusammen mit den Luftfahrtkollegen der NASA bei der Design Challenge verfolgen: Wir wollen die Studierenden technischer Studiengänge zum Denken ‘out of the box’ ermutigen, zum Neu- und gerne auch Querdenken. Sie sollen nicht nur Bestehendes weiterentwickeln, sondern auch ganz neue Wege im Flugzeugdesign gehen”, sagte der Juryvorsitzende und DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke. “Heute ist das Design in der Luftfahrt wieder besonders wichtig. Neue Elemente wie die Elektrifizierung und Automation sind höchst anspruchsvoll und benötigen nie dagewesene Konzepte.”

Seriöses Konzept für Passagiere und Fracht

Von den durchweg hochwertigen Einreichungen überzeugte die DLR-Jury das Konzept der Universität Stuttgart am meisten. Mit ihrer fundierten Marktanalyse, der Erfüllung aller Auslegungskriterien, einer geschickten Kombination von Technologien und der kreativen Konfiguration des HyBird hatte das Team die entscheidende Nasenlänge voraus: Sie entwarfen einen Schulterflügler mit jeweils einem großen Propeller an den Flügelspitzen (Wing-Tip-Propeller) sowie an den Enden des V-Leitwerks.

Die Wahl eines Hybrid-Antriebsystems mit zwei Turbinen zur Energieerzeugung und mit Abschaltmöglichkeit eines Systems im Reiseflug wertete die Jury als sehr innovativen Ansatz zur Energieeffizienz. Insbesondere bei Reisegeschwindigkeit ließe sich so ein niedriger Verbrauch realisieren. Ein “Batterie-Boost” bis 180 Kilowatt Leistung ermöglicht den vollelektrischen Start. Mit der Position und Größe der Antriebe reduzierten die Studierenden zudem die Lärmemissionen. Die plausible Berechnung der Betriebskosten und das Konzept für die Umrüstung von Passagier- auf Frachtbetrieb rundeten das positive Gesamtbild ab.

Auf dem zweiten Platz folgte das Team der RWTH Aachen mit dem Entwurf aDEPt. Den dritten Platz belegten die Teams der TU Berlin mit dem Entwurf MIRUS, TU Dresden mit dem Entwurf Xargo und TU Hamburg mit dem Entwurf rAPID, die ebenfalls starke Entwürfe mit zahlreichen Innovationen, fundierten Berechnungen und Analysen und neuen Ideen einreichten. Besondere Highlights waren in diesem Jahr die kurzen Videos, mit denen die Teams ihre Konzepte medial ergänzt haben. Die Qualität der Darstellungen der Entwürfe beeindruckte die Jury. Ausdrücklich von der Jury gelobt wurden die TU Berlin und die TU Hamburg für ihre eindrucksvollen Videos und Präsentationen.

DLR-Luftfahrtvorstand Henke rief die NASA/DLR Design Challenge zusammen mit NASA-Luftfahrtadministrator Dr. Jaiwon Shin ins Leben. Der Wettbewerb 2018/2019 fand zum insgesamt dritten Mal statt. Jedes Jahr bietet er Studierenden technischer Hochschulen in Deutschland und den USA die Möglichkeit, an realen und aktuell noch offenen Fragen der modernen Luftfahrt zu arbeiten.

Die deutsche Fachjury, der neben DLR-Luftfahrtvorstand Henke die Direktoren verschiedener DLR-Luftfahrtinstitute angehörten, hat das Gewinnerteam nach den abschließenden Präsentationen gekürt. Die Sieger werden im September 2019 zur NASA in die USA reisen und dort neben dem amerikanischen Gewinnerteam ihren Designvorschlag im Rahmen eines Symposiums vor Luftfahrtexperten präsentieren.

Design Challenge

HyBird – das Gewinnerkonzept des Teams aus Stuttgart: Das Team der Uni Stuttgart entwarf einen Schulterflügler mit jeweils einem großen Propeller an den Flügelspitzen (Wing-Tip-Propeller) sowie an den Enden des V-Leitwerks. Die Wahl eines Hybrid-Antriebsystems mit zwei Turbinen zur Energieerzeugung und mit Abschaltmöglichkeit eines Systems im Reiseflug wertete die Jury als sehr innovativen Ansatz zur Energieeffizienz. Insbesondere bei Reisegeschwindigkeit ließe sich so ein niedriger Verbrauch realisieren. Ein “Batterie-Boost” bis 180 Kilowatt Leistung ermöglicht den vollelektrischen Start. Mit der Position und Größe der Antriebe reduzierten die Studierenden zudem die Lärmemissionen. Die plausible Berechnung Betriebskosten und das Konzept für die Umrüstung von Passagier- auf Frachtbetrieb rundeten das positive Gesamtbild ab.

HyBird – das Gewinnerkonzept des Teams aus Stuttgart
HyBird – das Gewinnerkonzept des Teams aus Stuttgart

Jury und Studierendenteams der NASA/DLR Design Challenge 2018/2019: Die Abschlussveranstaltung der insgesamt dritten NASA/DLR Design Challenge sowie die Siegerehrung des deutschen Gewinnerteams fand am Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung (ZAL) in Hamburg statt.

Jury und Studierendenteams der NASA/DLR Design Challenge 2018/2019
Jury und Studierendenteams der NASA/DLR Design Challenge 2018/2019

Reduzierung von Lärmemissionen als NASA/DLR Design Challenge Aufgabe: Der Juryvorsitzende und DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke misst während der Präsentation den Lärmpegel eines Antriebs, den die Studierenden als Tonaufzeichnung in Originallautstärke einspielten. Eine der anspruchsvollen Anforderungen der diesjährigen NASA/DLR Design Challenge war, dass die Entwürfe möglichst niedrige Lautstärkepegel emittieren.

Juryvorsitzender und DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke
Juryvorsitzender und DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke (2.v.r.)

Das Team der Uni Stuttgart setzte sich bei der NASA/DLR Design Challenge gegen ihre Konkurrenz durch: Die NASA/DLR Design Challenge gewannen 2018/2919 die Studierenden der Universität Stuttgart.

V.l.n.r.: Jonathan Stober, Felix Ladwein, Florian Will, Jonas Mangold und Michael Lang.
V.l.n.r.: Jonathan Stober, Felix Ladwein, Florian Will, Jonas Mangold und Michael Lang.

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