Elektrisch vliegen: een droom tot werkelijkheid maken
Dr. Frank Anton gelooft dat de geschiedenis van de luchtvaart door drie kantelmomenten gedefinieerd kan worden. Bij het aanbreken van de 20e eeuw, in 1903, landde het allereerste gemotoriseerde luchtvaartuig na een vlucht van in totaal twaalf seconden. Dit was de eerste disruptieve revolutie in de luchtvaart: het vliegtuig was geboren en een tijdperk van luchtvaartinnovatie was geboren.Vervolgens maken we een sprong naar het midden van de 20e eeuw, waar een nieuwe klasse van toeristen hoog boven de Atlantische oceaan van cocktails nipt, wanneer een recente uitvinding - de straalmotor - hen de toekomst instuwt naar de roemrijke Gouden Tijd van de luchtvaart. Hoewel sterk geëvolueerd, vormt deze luchtspuwende straalmotor, nog steeds de drijvende kracht achter het luchtvervoer; zijn commerciële introductie in de jaren 50 en 60 van de vorige eeuw kan als de tweede disruptieve luchtvaartrevolutie worden beschouwd.
Nu in 2017, bijna zestig jaar na de doorbraak van de straalmotor, werken Dr. Frank Anton en zijn team van wereldklasse aan de derde disruptieve revolutie in de luchtvaartgeschiedenis. Deze keer is de revolutie elektrisch en de inzet is alleen maar groter geworden.
“Het is mijn doel elektrische voortstuwing te overhandigen aan de volgende generatie, zodat luchtvaart op deze planeet mogelijk blijft. Anders is de luchtvaart gedoemd om te verdwijnen”, vertelt Dr. Anton vanuit zijn kantoor op de Siemens-campus in Erlangen, Duitsland.
Het gevaar voor de luchtvaart? “Regionaal vliegverkeer zal verdwijnen als we er niet in slagen de CO2-niveaus te verlagen. En we kunnen de koofstofdioxideniveaus absoluut niet verlagen, als we vliegtuigen in de lucht houden zonder elektrische voortstuwing.”
En dat is geen mooi vooruitzicht voor een levenslange liefhebber van alles met vleugels. Maar Dr. Anton is optimistisch over de toekomst van de luchtvaart aangezien hij en zijn team reeds een volledig operationeel hybride-elektrisch voortstuwingssysteem ontwierpen, bouwden en de lucht in stuurden.
Het is mijn doel elektrische voortstuwing te overhandigen aan de volgende generatie, zodat luchtvaart op deze planeet mogelijk blijftDr. Frank Anton, Head eAircraft
Het probleem met vermogen
Toen Dr. Anton en zijn collega bij Airbus met het project van start gingen, ging de rest van de wereld er nog van uit elektrisch vliegen een onrealistische droom was. “Alle specialisten beweerden dat het onmogelijk was. Wij waren echter allebei overtuigd van het tegendeel.” Maar naarmate het nieuw opgerichte team van luchtvaartexperts en elektriciteitsingenieurs samenkwam om aan het probleem te werken, begonnen ze langzaamaan te geloven dat de droom misschien toch werkelijkheid zou kunnen worden.
De eerste uitdaging die het team moest overwinnen was de verhouding tussen vermogen en gewicht. Een normale elektrische motor levert ongeveer 1 kilowatt vermogen voor elke kilogram gewicht. Om een klein vliegtuig te laten opstijgen en in de lucht te blijven, diende het team een motor te ontwikkelen die ten minste 6 kilowatt vermogen levert voor elke kilogram motorgewicht. De specialisten waren sceptisch.
Maar Dr. Antons team bewees hun ongelijk. En nog snel ook. Bij de allereerste poging werd er een resultaat geproduceerd dat dit ambitieuze doel maar net tekortschoot – een vroeg succes waarop men voort kon bouwen om te bewijzen dat elektrische voortstuwing commercieel haalbaar kan worden.
De toekomst van de luchtvaart modelleren
Hun geheime wapen: Product Lifecycle Management-oplossingen of kortweg PLM. Een door Siemens ontwikkeld softwarepakket waarmee het team elk klein detail van de voorgestelde motor kon ontwerpen, modelleren en testen vooraleer er één enkel onderdeel fysiek werd geproduceerd. “Met een dergelijk complex probleem, waarbij alles perfect moet samenwerken, was het simuleren van het volledige voortstuwingssysteem de enige mogelijke methode om de benadering van een systeemontwerp volledig anders te bekijken.”
Een van de doorbraken die dankzij PLM werden gerealiseerd, was de mogelijkheid alle onnodige onderdelen in het ontwerp te elimineren; in essentie door de evolutionaire processen van het menselijk lichaam na te bootsen. “We hebben alle onnodige structurele elementen verwijderd om met een minimale hoeveelheid materiaal de grote uitgeoefende krachten geconcentreerd op te vangen. Net zoals het menselijk lichaam uitsluitend beenderen ontwikkelt op de plaatsen waar er krachtlijnen lopen; hierdoor ontstaat er een lichtere maar sterkere structuur.”
Het vinden van nieuwe werkmethodes was van kritiek belang voor het succes van het team. Er was ook de overtuiging dat je niet alleen een werkomgeving nodig hebt waar alle ervaringsniveaus gedijen en bijdragen, maar ook de innovatie bij de klant moet laten beginnen. “Nieuwe technologie heeft geen waarde tenzij deze meerwaarde biedt voor de klant. Hoe ontdek je deze meerwaarde? Dit kan alleen met de juiste klantenrelatie, omdat je alleen zo de toepassing kan begrijpen en begint te zien wat je, eventueel, allemaal met de nieuwe technologie kan doen.”
Dr. Anton vond de juiste klanten en partners in EXTRA, Diamond Aircraft, en Airbus. Hij stelde het team samen dat de modellen ontwierp. Samen bouwden ze een elektrisch voortstuwingssysteem dat zowel bijzonder licht als krachtig is. Daarna nam alles een hoge vlucht.
We gaan niet in tegen de wetten van de fysica. We combineren bestaande oplossingen eigenlijk alleen op nieuwe manieren.Dr. Frank Anton, Head eAircraft
Een historische mijlpaal
En de vlucht was een succes. In 2015 steeg er van op een vliegveld in het noorden van Centraal-Duitsland bijna geruisloos een kunstvliegtuigje op. Voor de allereerste keer in de luchtvaartgeschiedenis werd een vliegtuig de lucht in gestuwd met een elektrisch aandrijfsysteem van deze vermogensklasse.
En sinds die recordbrekende vlucht heeft het Electric Aircraft Team een nieuwe mijlpaal bereikt: het aandrijven met hetzelfde systeem van een groter vliegtuig met twee zitplaatsen.
Dr. Anton, zelf een ervaren piloot, was een van de eerste mensen die het vliegtuig de lucht innam. Het is fantastisch. Elektrisch vliegen lijkt eigenlijk best op het rijden met een elektrische auto, alles is zoveel vlotter.” En ook stiller. “Je neemt je koptelefoon af en je beseft dat je hem eigenlijk niet nodig had. Je kan met je copiloot spreken zonder intercom – dat is wel even wennen.”
Een groenere, stillere manier van reizen. Dr. Anton is ervan overtuigd dat vliegtuigen met een 100-tal zitplaatsen voor regionale vluchten er tegen 2035 zo zouden kunnen uitzien, waardoor we zowel koofstofdioxideniveaus kunnen verlagen als de toekomst van de luchtvaart voor de volgende generatie kunnen vrijwaren. De derde disruptieve innovatie hangt in de lucht; het tijdperk van elektrisch vliegen is aangebroken. En Dr. Anton, zijn team bij Siemens en de commerciële partners zullen zeker nog hoge toppen scheren.
