Montag, April 09, 2012

Das Ende des Fluglärm

Eine der schwierigsten politischen Probleme in Gegenden mit Flughäfen ist der Fluglärm. Einerseits ist ein Flughafen eine sehr praktische Sache, andererseits erscheint der Fluglärm unvermeidlich.

Kann man den Fluglärm vollständig vermeiden?

Ja, und zwar am einfachsten, indem man die Schallquelle, die Flugzeugturbine, am Boden nicht in Betrieb nimmt. Damit hat man das Problem, das Flugzeug in eine Höhe zu befördern, in der es keinen störenden Lärm verursacht. Bekanntlich nimmt der Lärm mit 1/r² ab und ab einigen tausend Metern ist der Fluglärm unbedeutend. 
Start eines Flugzeugs durch anheben mit einem Quadrocopter

Wie bekommt man ein Passagierflugzeug in eine Höhe, in der dieser Turbinenlärm nicht mehr stört? Am einfachsten ist ein Seil, das ähnlich wie bei einem Baukran, das Flugzeug in 1000 m Höhe anhebt. Jetzt benötigt man noch einen Kran, der am anderem Ende des Seils ist. Diese Aufgabe kann ein großer Quadrocopter übernehmen. Dieser Quadrocopter muss einen geeigneten Auftrieb erzeugen, sollte praktisch keinen Lärm machen und zudem ökologisch unbedenklich sein. All diese Forderungen können erfüllt werden. Ein hinreichend großer Quadrocopter, jeder Rotor in der Dimension eines heutigen Windkraftwerks, wird elektrisch angetrieben. Der Strom kommt aus erneuerbaren Quellen und wird über ein frei hängendes Kabel zugeführt.

Start mit Seilwinde
Unterhalb des Quadrocopters hängt ein Seil. Das Seil wird an die Tragflächen des zu startenden Flugzeugs gehängt und der Quadrocopter steigt um 1000 m auf. Jetzt starten die Triebwerke des Flugzeugs und beschleunigen das Flugzeug auf Startgeschwindigkeit. Dann wird einfach das Seil gelöst und das Flugzeug fliegt selbsttragend weiter und erreicht nach einiger Zeit seine Reisehöhe.

Landung
Eine Landung wäre prinzipiell nach dem gleichen Prinzip möglich, allerdings erscheint das einfangen des Seils schwierig. Daher sollte die Landung weiterhin konventionell erfolgen. Zudem ist bei der Landung nur ein sehr geringer Turbinenschub nötig, der Lärm ist daher nicht so störend.

Aussicht auf Verwirklichung

Zunächst erscheint das Verfahren sehr exotisch, und unrealistisch. Doch sollte man die einzelnen Aspekte genauer betrachten. Zunächst ist der Betrieb einer Startbahn eine sehr teure Angelegenheit, geht man davon aus, dass eine Startbahn pro Jahr mindestens 100 Millionen verschlingt, ohne Fluglärmkosten, so ist bereits klar, dass erhebliche Mittel einsetzbar sind, wenn man einen geeigneten Ersatz findet. 
Als nächstes ist der Aufwand für den Quadrocopter abzuschätzen. Ein einfacher Quadrocopter, der problemlos ein Kilogramm Last tragen kann, kostet 1000 Euro. Um ein Flugzeug wie den A380 mit einem Startgewicht von 421 Tonnen anzuheben, wäre bei linearer Vergrößerung eine Investition von 400 Millionen Euro notwendig.

Leistung des Quadrokopters
Damit der Lift gut funktioniert, benötigt man natürlich einen ausreichend leistungsfähigen Quadrocopter, der in fünf Minuten das Flugzeug (A380) auf 1000 m (Für Piloten: 3000 feet) anheben kann. Dies entspricht einer Leistung von 3,6 MW. Zum Vergleich, ein handelsübliches Windkraftwerk hat eine Leistung von 5 MW. Berücksichtigt man jetzt, dass auch der Quadrocopter fliegen muss, nicht alle Wirkungsgrade optimal sind und dass man noch diverse Seile und Kabel anheben muss, verwendet man am besten einen Quadrokopter, der aus vier Windkraftwerken besteht. Damit hat man eine Leistung von 20 MW zur Verfügung.
Zu beachten ist, dass die Quadrokopter direkt an das Stromnetz über ein Stromkabel angeschlossen sind, das frei seitlich herabhängt. Damit entfällt die sehr teure Batterie.
Der Quadrocopter in 3 km Höhe hebt ein Flugzeug in 1000 m Höhe, am Ende des Seils ist ein Ball, damit das Seil nach dem Ausklinken nicht schwingt. Der Quadrocopter ist über eine Stromleitung mit einem Masten verbunden.

Startkosten
Der Preis eines Windgenerators, den man natürlich auch als Windmaschine betreiben kann, liegt bei 3 Millionen Euro, damit kostet der Antrieb 12 Millionen Euro. 
Die Stromkosten eines solchen Starts liegen bei  30 Euro für das Anheben des A380, plus vielleicht nochmal 100 Euro für Stromkosten für den sonstigen Betrieb, wenn es Wartezeiten gibt oder ähnliches.
Interessanterweise spart natürlich das Anheben des Flugzeugs viel Kerosin, das normalerweise gerade in der Startphase verbraucht wird, bei einem A380 sind das viel Tonnen.

Gefahren
Wie jede Technologie in der Luftfahrt, muss natürlich das Risiko durch die neue Technologie überschaubar sein. Zunächst könnte ein Seil reißen, das kann man aber beherrschen, wie der Betrieb zahlloser Bergbahnen zeigt.
Sollte aus irgendeinem Grund das Ausklinken des Flugzeugs nicht gelingen, kann das gesamte System wieder abgesenkt werden, nicht sehr kritisch. Jedenfalls vergleichbar mit Vorfällen, bei denen das Fahrwerk nicht ausgefahren wird. Wobei hier die Technik wesentlich einfacher ist.

Zusammenfassend
Das neue Verfahren zum Anheben von Flugzeugen um den Lärm einzudämmen erscheint sehr vielversprechend. Aktuell sehe ich keine wirklichen Probleme bei der Verwirklichung, freue mich aber auf Kommentare.




Kommentare:

A.Froese hat gesagt…

Hallo Herr Heindl,
kostengünstiger und auch sicherer dürfte folgendes System sein: http://www.cargolifter.de/fileadmin/Dateien/downloads_pdfs/das_cargolifter_ballonkransystem.pdf
(erf.d~100m für ca.500 t Tragkraft)

Chris BigBad hat gesagt…

Hi. wie wärs mit maglev?

unter das geparkte flugzeug wird ein schlitten geklipst, der wahrscheinlich recht groß ausfallen wird. dieser fährt dann das startfertige flugzeug auf die startbahn und beschleunigt es rasant (2-3g?). dabei müssen die turbinen natürlich schon laufen. der antrieb des schlittens würde vermutlich am besten elektrisch sein. schiene oder räder stelle ich mir bei aktuellen take-off speeds von 200+kmh schwierig vor. vielleicht eine magnetschwebebahn. ich frage mich was wohl die boardelektronik davon hält. der schlitten bleibt natürlich auf dem boden und wird an ein anderes flugzeug angebracht. je nach anzahl der starts müssen eine gewisse anzahl bereitstehen.

zwar nutzen die flugzeuge immer noch turbinen, aber durch die erhöhte beschleunigung wird eine höhere startgeschwindigkeit erreicht und so könnten flugzeuge schneller steigen und den lärmbereich eher verlassen. take-off speeds von 600 bis 800 kmh wären sicherlich nett. spart natürlich auch treibstoff, was die flugzeuge wiederum leichter macht.

durch das aufklipsen ist eine kompatibilität mit jedem bisher gebauten flugzeug möglich.

bei problemen kann das flugzeug schon mit der standard geschwindigkeit (Vr) starten und einen stotternden schlitten zurücklassen oder erst gar nicht abheben. falls der schlitten nicht loslässt nimmt man ihn einfach mit.

man könnte so auch landen und energie zurückgewinnen aber ich stelle es mir schwierig vor mit dem schlitten das flugzeug einzufangen bei den doch relativ hohen geschwindigkeiten. sollte aber auch machbar sein. so könnten dann neue generationen von flugzeugen das gewicht für fahrwerke sparen.

cheers!
chris :)

judith hat gesagt…

Ihr Blog ist sehr informativ für me.Because ich habe Mini Cessna ferngesteuerte flugzeuge und wollen einige Informationen über sich it.Your Blog ist sehr hilfreich für Piloten oder diejenigen, die es brauchen.