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Experimentalflugzeug Eraole: Sonne & Pflanzenöl


fliegermagazin - epaper ⋅ Ausgabe 20/2019 vom 18.01.2019

Ein Verbrennungsmotor, zwei Elektromotoren und jede Menge Solarzellen – dieser Exot fliegt mit Multihybrid-Antrieb. Das Konzept ist so effizient, dass der französische Doppeldecker damit fast 80 Stunden in der Luft bleiben kann


Artikelbild für den Artikel "Experimentalflugzeug Eraole: Sonne & Pflanzenöl" aus der Ausgabe 20/2019 von fliegermagazin. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: fliegermagazin, Ausgabe 20/2019

Die Erprobung läuft Neun Jahre Bauzeit, aber es hat sich gelohnt: Schon in der ersten Saison war die Eraole auf Strecke unterwegs, einmal über acht Stunden


Festes Fahrwerk Ohne die festen Beine läge die Gleitzahl über 15. Die Öffnungen am Rumpfboden hinterm Cockpit dienen der Be-und Entlüftung des Verbrennungsmotors


Jeder wissenschaftliche Fortschritt entsteht durch Kühnheit und ...

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... neue Vorstellungskraft « – diese Einsicht des amerikanischen Philosophen John Dewey zwängt sich beim Anblick der Eraole geradezu auf. Denn kühne, über das Bestehende hinausweisende Ideen finden sich reichlich in diesem Flugzeug. Es könnte auch in »Vingtième Siecle« auftauchen, dem Science-Fiction-Roman von Albert Robida aus dem Jahre 1883.

135 Jahre später. Über dem westfranzösischen Departement Vendée kann man eine merkwürdige Flugmaschine beobachten: einen Doppeldecker mit weit zurückversetzter oberer Fläche, das komplette Tragwerk mit Solarzellen bedeckt. Trotz konventionellem Leitwerk und festem Fahrwerk erregt das Flugzeug Aufsehen. Ein Elektroflieger? Ja und nein.

»Eraole« ist eine Wortschöpfung aus Ra und Aiolos – der ägyptische Sonnengott und der griechische Gotts des Windes haben Konstrukteur und Erbauer Raphaël Dinelli zu diesem hybriden Namen inspiriert, passend zum Konzept des Flugzeugs. Dessen Antrieb besteht nämlich aus Elektround aus Verbrennungsmotor. Genauer gesagt ist die Eraole eine Dreimot.

Diesel ja, aber nicht mit Prop

Der erste Motor arbeitet mit fossiler Energie. Er stammt aus dem Smart, leistet 40 Kilowatt (54 PS) und ist hinter dem Piloten montiert. Der Dreizylinder, ein Diesel mit Abgasturbolader und Ladeluftkühlung, treibt einen Generator an, der Wechselstrom erzeugt (400 Volt). Er läuft mit konstanter Drehzahl – 3000 rpm, wie im Auto auf der Autobahn – und begnügt sich dank kennfeldgesteuerter Multipoint-Einspritzung mit einem geringen Spritverbrauch. Doch warum nicht mit dem Dieselmotor gleich einen Propeller antreiben? Dazu Mi-chel Barry, der beim Eraole-Projekt mitgearbeitet hat: »Alle, die versucht haben, den Diesel in der Luftfahrt zu etablieren, kennen das Problem – nach einer gewissen Betriebszeit gab es Probleme mit der Kupplung und mit dem Getriebe. Bei einem Auto hält das, da ist das Chassis steif, die Kupplung wiegt 35 Kilo und das Getriebe zwischen 50 und 80 Kilo. Solche Massen dämpfen die Schwingungen, aber für ein leichtes Flugzeug sind sie zu groß. Außerdem braucht man einen verstellbaren Propeller, wenn der von einem Verbrenner mit konstanter Leistung angetrieben werden soll. Das bedeutet weiteres Gewicht. Ein Elektromotor hingegen entfaltet sein volles Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich, weshalb auf einen Verstellprop verzichtet werden kann. Das spart Gewicht.« Zurzeit werden die Möglichkeiten getestet, den Smart-Diesel mit Bio-Kraftstoff zu betreiben. Denkbar sind etwa Ethanol aus Rüben, Frittenöl oder aus Mikro-Algen gewonnenes Bioalgal. Vom Generator wird die Elektrizität zu zwei separaten Eisenphosphat-Batterien übertragen, die chemisch stabiler und deshalb sicherer sind als Lithium-Ionen-Akkus.

E-Gesicht So kann eine Rumpfnase aussehen, wenn kein Verbrennungsmotor installiert werden muss


Ambitioniert Gerade ist Raphaël Dinelli nach einem fünfstündigen Flug gelandet


Schrill Ein CfK-Stiel verbindet die Enden der weit gestaffelten Flächen. Die geschuppten Flügelabschlüsse sollen die Randwirbel minimieren


Übermäßige Wärmeentwicklung oder Feuer ist nicht zu befürchten. Auch der Strom für die Bordinstrumente kommt von den Batterien. Streikt der Verbrennungsmotor, versorgen sie den elektrischen Antrieb zehn Minuten lang mit Strom für Vollgas. Das dürfte genügen, um eine Notlande- stelle oder einen nahe gelegenen Flugplatz zu erreichen.

Freigelegte Technik Die Verkabelung des Multihybrid-Antriebs ist komplex, redundante Systeme erhöhen die Sicherheit


1 Vollgestopft Zwischen Panel und Brandspannt sind unter anderem die Regler des Elektroantriebs verbaut


2 Mittelmotor Der Smart-Diesel sitzt hinter dem Piloten. Er treibt einen Generator an (schwarz, im Vordergrund)


3 In Serie Die beiden Elektromotoren leisten je 25 Kilowatt. Wie der Generator stammen sie von Emrax aus Slowenien


Das zweite Triebwerk der Eraole besteht aus zwei in Serie geschalteten, mechanisch gekoppelten Elektromotoren, die einen am Boden einstellbaren DUC-Propeller bewegen. Jeder der beiden Emrax 208 liefert 25 Kilowatt Dauerleistung. Das genügt, um die Höhe zu halten. Fällt einer der Elektromotoren aus, arbeitet der andere störungsunabhängig weiter.

Möglich ist dies, weil jeder Elektromotor seinen eigenen Regler hat. Die beiden Regler sind das Bindeglied zwischen den Batterien, die Gleichstrom erzeugen, und den Antriebsmotoren, die mit Wechselstrom arbeiten. Sollte ein Regler ausfallen, kann er die Funktion des anderen übernehmen, sodass beide Elektromotoren weiterlaufen.

Das letzte Antriebselement der »Dreimot « besteht aus Solarzellen. 34 Quadratmeter Flügeloberfläche sind mit 1728 Zellen bedeckt, entwickelt und hergestellt von Raphaël Dinelli. Das Patent hat der In- genieur an die TOTAL-Gruppe verkauft: für die Massenproduktion auf dem Gebäudemarkt. Die Lizenz für die Flugzeugindustrie hat er behalten. Die Solarzellen liefern bei Sonnenlicht 5 Kilowatt. Das bedeutet, dass nach vier Stunden eine Flugstunde gewonnen ist, denn zum Fliegen werden 20 Kilowatt benötigt. Der Strom aus den Solarzellen fließt direkt in die Batterien.

Viel Fläche Auf 34 Quadratmetern haben 1728 Solarzellen Platz. In vier Stunden erzeugen sie die Energie für eine Flugstunde


Kurze Betriebszeit, teure Batterien – warum dann rein elektrische Antriebe?


Altes Prinzip, neu gedacht

Die Funktionsweise des Eraole-Antriebsstrangs ist nicht ganz neu. Die französische Bahn SNCF hat ihre Lokomotiven schon 1952 mit einem ähnlichen, allerdings dieselelektrischen Prinzip versehen. Der Experimentalzug TGS nutzte später eine Gasturbine (vom Transporthubschrauber Super Frélon); er war der Vorgänger mehrerer Generationen von Hochgeschwindigkeitszügen, die ab 1971 gebaut wurden. In der Fliegerei jedoch ist die Kombination aus Verbrennungs-und Elektromotor neu, aber nicht einmalig: Auch Siemens setzt auf dieses Hybrid-Konzept, und im Versuchsflugzeug vom Typ Magnus Fusion dient ebenfalls der Smart-Diesel (von FlyEco modifiziert) als Verbrennungsmotor. Auf zusätzliche Energiegewinnung über Solarzellen verzichtet Siemens.

In der Eraole steckt ein Serien-Automotor. Er ist vibrationsdämpfend in Silent-Blocks gelagert und belastet die Flugzeugzelle wenig, da er über den angeflanschten Generator lediglich elektrische Energie erzeugt. Die mechanische Arbeit per Propeller verrichten die Elektromotoren, die praktisch vibrationsfrei laufen.

Dank zweier Tanks mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 390 Litern Kraftstoff kommt der Multihybrid-Doppeldecker auf eine theoretische Flugzeit von 78 Stunden. Der bescheidene Verbrauch von fünf Litern pro Stunde bei 90 km/h könnte sogar noch gesenkt werden, wenn man statt des Smart-Motors einen moderneren Fahrzeugmotor einbauen würde. Vielleicht wären dann 140 km/h Reisegeschwindigkeit und 70 km/h im Öko-Modus möglich.

Tandemflügler mit Schwanz Hohe Streckung und viel Fläche für die Solarzellen – mit einem Eindecker ginge das nicht. Das kleine Leitwerk erscheint fast überflüssig


!GENÜGSAM
Dank hochwertiger Aerodynamik kommt die Eraole im Reiseflug mit 0,034 PS pro Kilogramm aus. Zum Vergleich: Eine 160 PS starke Robin DR400 benötigt 0,145 PS pro Kilo

Die Technologie der Eraole ist zwar komplexer als jene rein elektrischer Antriebe. Sie verspricht aber die großen Schwächen zu umgehen, die solche Antriebe bisher haben: die geringe Betriebszeit und damit Reichweite der Flugzeuge sowie die dürftige Lebensdauer der Akkus. Je nach Hersteller ist von 500 bis 1000 Ladezyklen die Rede, und neue Akkus sind teuer. Die permanente Stromzufuhr über einen Generator, wie bei der Eraole und wie bei normalen Flugzeugbatterien, schont hingegen die Stromquellen.

Nonstop von New York nach Paris?

Vor allem in leichten, aerodynamisch hochwertigen Luftfahrzeugen dürften Hybridantriebe künftig Verwendung finden. Die Eraole zeigt, wie’s geht: Bei 1000 Kilogramm Höchstabflugmasse kommt sie im Reiseflug mit 0,034 PS pro Kilogramm aus. Zum Vergleich: Eine 160 PS starke Robin DR400 braucht 0,145 PS pro Kilo.

Zehn Jahre ist es nun her, als Raphaël Dinelli sein ambitioniertes Projekt anschob, der Jungfernflug fand 2018 statt. Inzwischen hat der innovative Antriebsstrang seine Verlässlichkeit unter Beweis gestellt. Mehrere Streckenflüge dauerten über fünf Stunden, bei einem Flug war der Multihybrid-Doppeldecker mehr als acht Stunden in der Luft, bis in 7000 Fuß Höhe. Die Eingliederung in kontrollierten Verkehr funktionierte ebenso wie der Betrieb in turbulenter Luft.

Überhitzung des Antriebs oder unvorhergesehenen Zwischenstopps kamen nicht vor. Wie geht’s weiter? Vor allem in der Ultraleichtfliegerei, sagt Michel Barry, sei der Multihybrid-Antriebsstrang gut vorstellbar. Bei einem typischen Zweisitzer sei die Fläche für die Solarzellen zwar nur halb so groß wie bei der Eraole, aber selbst mit 14 Quadratmetern Solarzellen ließen sich zwei bis drei kW per Fotovoltaik erzeugen. In Kombination mit einem sparsamen Verbrennungsmotor, der Biosprit-tauglich ist, könnte so äußerst wirtschaftlich geflogen werden. »Unser System ließe sich auch auf Maschinen mit größeren Motoren übertragen«, betont Raphaël Dinelli.

Ingenieur und Visionär Raphaël Dinelli will ausschließlich mit regenerativer Energie fliegen. Als Ressourcen nutzt er Solarstrom und Biosprit


Über den Atlantik? Charles Lindberghs 5800-Kilometer-Strecke wäre mit der Eraole gut machbar – sofern der Pilot 65 Stunden im Cockpit übersteht


Sein Ziel war es, mit 100 Prozent regenerativer Energie auf den Spuren von Charles Lindbergh von New York nach Paris zu fliegen. Raphaël hat die 5800-Kilometer-Strecke nach wie vor im Visier. Offenbar ist nicht die Maschine das Limit, sondern der Pilot.