LILIUM: Ein Elektrokleinflugzeug für den Alltagseinsatz

[GorBO]

Also zumindest das Problemfeld "Leerfliegen der Akkus" ließe sich hinkriegen: Ich stelle mir das dann so vor, das der Engine Control Computer bei Erreichen einer höhenabhängigen Restkapazität nur noch eine Leistung freigibt, die lediglich ein moderates Sinken mit bspw. 500ft/min erlaubt. Das gibt dem Piloten Zeit ein Notlandefeld zu suchen und die 500ft/min sind sogar weniger als das Sinken mit einem Gesamtrettungssystem.
Das Steuerung und Instrumentierung ein Problem, wie es @jackrabbit nahelegt, darstellen, kann ich mir auch nicht vorstellen. ECU und FCU werden doppelt ausgelegt und die Signalleitungen zu den autonomen Motor-Propeller-Einheiten werden auch reduntant sein. Dann bietet das mehr Ausfallsicherheit als bei einem Kleinflugzeug. Oder wie viele Steuerseile führen da zu den einzelnen Steuerflächen?

 

[gero]

Hallo,

Der Begriff "Single Point of Failure" ist ja nun schon gefallen. Und Redundanz auch. Bei den gerade diskutierten elektrischen "Vielmotorflugzeugen" haben die Antriebsmotoren ja eine Mehrfachfunktion, es geht nicht nur um den Vortrieb (der beim klassischen Fluggerät ja ausdrücklich auch ausfallen kann ohne eine Katastrophe herbeizuführen -> Notverfahren) sondern auch um Auftrieb und Steuerung. In der Form, in der das ganze gerade erprobt wird (reine Drehzahlsteuerung ohne veränderbare Pitch) ist der Antrieb insgesamt sehr wohl ein "Single Point of Failure". Nun kann man da eine Redundanz einbauen. Die XX Einzelantriebe als unabhängig zu betrachten ist da allerdings zu einfach. Zum einen muß man die Einzelantriebe wirklich vollständig voneinander trennen. Jeder Antrieb hat einen eigenen Regler (ist eh usus), einen eigenen Akku (da ist die Verlockung schon größer, die Einzelsysteme zumindest ein kleines bischen miteinander zu verknüpfen (sonst brauchst Du für jeden Akku eine eigene Ladungskontrolle, Temperaturüberwachung, u.s.w. Wieviel Kopplung möglich ist, ohne daß die Einzelakkus dann wieder eine Ausfallgefahr für mehrere Antriebe darstellen, ist gar nicht so einfach zu entscheiden.
Viel gravierender ist die Frage, wie viele der Einzelsysteme (und welche) ausfallen dürfen, damit das Gerät in der Luft bleibt, oder zumindes halbwegs gesteuert absteigt. Damit reduziert sich dann die "wahre" Redundanz ganz schnell von XX auf 2 oder 3. Und spätestens in diesem Problemszenario kommt dann eine clevere Software ins Spiel, die auf den Ausfall eines oder mehrerer Antriebe entsprechend reagiert. Wie redundant die dann ist, oder sein muß? Keine Ahnung, die Zulassungsregeln werden dazu zu gegebener Zeit Vorgaben machen.

Gerade die Kopplung von Antrieb und Auftrieb in ein System löst nicht nur Probleme, sondern bereitet neue.

Ich will die innovativen Ideen und die neuen Möglichkeiten keineswegs kaputtreden. Mich stört nur die Formulierung: "So etwas wie einen Motorausfall kann es da gar nicht geben." So etwas würde ein Ingenieur nie ernsthaft behaupten.

P.S. Für "abgebrochene Tragfläche" gibt es bei meinem Flugzeug tatsächlich ein Notverfahren. Rettungsgerät.

gero

 

[Intrepid]

Schaut euch doch bitte mal ein wenig in diesem Bereich der Elektronik um, bevor ihr solche Projekte zerredet.

Ich wollte nichts zerreden, ganz im Gegenteil: ich finde solche Projekte spannend und absolut notwendig. Ich wünsche ihnen Erfolg. Ich wollte nur darauf hinweisen, dass die beschriebene Technik die Notlandung nicht unbedingt einfacher aushaltbar macht.

Und ja, wenn bei einem Hubschrauber der Rotor fliegen geht (leider letztens passiert) oder bei einem Flugzeug das Leitwerk demontiert (vor Jahren durch Blitzschlag) gibt es dafür keine Notmaßnahmen. Alles kann man nicht absichern. Ob ein Manntragender Multicopter um ein Rettungssystem herum kommt wird dann für die Zulassungsbehörden eine spannende Frage. Vielleicht ist der Einbau eines Rettungssystems zunächst einfacher und günstiger als der Nachweis des ausfallsicheren Betriebes unter allen erdenklichen Szenarien. Aber das werden wir ja noch erleben, erst einmal muss das Ding in die Luft.

Ich fand' die E-Extra letzte Woche spannend.

 

[innwolf]

Hallo,
unabhängig von Lilium und Elektrik, ich erinnere an einige andere Projekte:

Wagner Helikopter, Pöschel-Äquator, Ruschmeyer R90, Me108 F aus Weiden, ORTRAG-Rakete, Porsche-Flugmotor ( 2 mal, RW 3 in den 60ern ...... )

 

[Spartacus]

Hallo,
unabhängig von Lilium und Elektrik, ich erinnere an einige andere Projekte:

Wagner Helikopter, Pöschel-Äquator, Ruschmeyer R90, Me108 F aus Weiden, ORTRAG-Rakete, Porsche-Flugmotor ( 2 mal, RW 3 in den 60ern ...... )

Auch wenn es letztlich nicht von Erfolg gekrönt war, aber zumindest die Ruschmeyer fliegt: https://forum.luftfahrtclubbraunschweig.de/viewtopic.php?f=17&t=4828&p=40907&hilit=Ruschmeyer#p40907

Kann man also nicht direkt vergleichen ;-)

Spartacus

 

[_Michael]

EDIT: Warum das Beispiel AKW?
Weil den meisten hier wohl die Technik ungefähr vertraut sein könnte. Und hat jemand den Eindruck, dass ein AKW sicherer wäre, wenn es einhundert kleine statt 5 große Kühlmittelpumpen hätte?

Ich arbeite seit 30 Jahren als Ing. im Verkehrsbereich, also Verkehrsanlagen, Fahrzeuge, Signaltechnik - Schiene und Straße.

Es wäre auf jeden Fall sicherer, ja. Klar, in deinen 30 Jahren Berufserfahrung hast du sowas noch nicht gesehen, da es wirtschaftlich nicht sinnvoll und technisch kaum möglich war, die Sensorik und Steuerung für die Pumpen einhundertfach auszuführen. Heute ist das anders, dank extrem kleiner und billiger Elektronik.

Deine 30 Jahre Erfahrung in Ehren, aber wenn man über die zukünftigen Möglichkeiten im Bereich elektronischer Systeme sprechen will, dann sollte man einigermassen up-to-date sein im Bereich aktueller Mikroelektronik und Elektronikentwicklung. Mir scheint, dass dir echt nicht klar ist, dass und wie man so ein hoch redundantes System bauen könnte und warum es vermutlich weit sicherer wäre als alles, was heute fliegt.

Ich weiß gerade nur nicht, ob einer der beteiligten Personen jemals selbst ein bemanntes Luftfahrzeug als verantwortlicher Pilot geführt hat, oder bei Bau und Zulassung eines bemannten Luftfahrzeugs aktiv beteiligt war.
Neben der Forschung und Entwicklung gibt's nämlich auch so was reales wie Vorschriften und Gesetze, die häufig schon auf dem Weg vom Papier über das Labor hinaus in die Wirklichkeit zu größeren "Problemen" geführt haben

Nach diesem Killerargument könnten allerdings überhaupt keine neuen Technologien jemals Einzug in die Luftfahrt halten. Weil sie einerseits ja nicht den "realen Vorschriften" entsprechen und zweitens ja (grösstenteils) von nicht-Piloten entwickelt werden.

 

[Spartacus]

Nach diesem Killerargument könnten allerdings überhaupt keine neuen Technologien jemals Einzug in die Luftfahrt halten. Weil sie einerseits ja nicht den "realen Vorschriften" entsprechen und zweitens ja (grösstenteils) von nicht-Piloten entwickelt werden.

Nix gegen freie Forschung und beliebige Experimente.
Aber ein Luftfahrzeug mit dem Ziel zu entwickeln, eine Verkehrszulassung zu erlangen, damit eben "jeder" es fliegen kann, ist ein anderer Schnack. Und genau damit werben die Lilium-Leute. Und das wiederum bedeutet für mich, dass sie sich mit dem Thema mal beschäftigt haben sollten, denn ansonsten wissen sie ja nicht, wovon sie da reden. Genau so wirkt das Ganze aber im Moment auf mich. Wer behauptet, man könne damit quasi "im eigenen Garten" landen und starten, verkennt die Realitäten. Ich als Heli-Pilot darf das nämlich auch nicht überall, obwohl ich es technisch gesehen könnte.

Lilium verkauft "Optionen", die man nicht mehr wandeln, aber angeblich weiter handeln kann (ob es dafür einen Markt gibt, bliebe abzuwarten). Außer ein paar schicken Bildern, ein paar Eckdaten sowie einem Countdown ist aber ansonsten nur ein Modell zu sehen. Die verkaufen und gehen mit dem Geld angeblich sofort in die Entwicklung. Da scheint also nur wenig echtes Risikokapital hinter zu stecken (ist aber eine Vermutung von mir). Der Rest wird halt einfach über den Verkauf von "Optionen" reingeholt.
Volocopter hat eine Experimentalzulassung erworben (denn bemannte Multicopter wurden bisher noch nirgends offiziell zugelassen), unbemannte und bemannte Flüge durchgeführt, und verkauft immer noch nichts. Die müssen also (wieder eine Vermutung) einen oder mehrere Risikokapitalgeber gefunden haben, um das zu finanzieren.

Unterschiedlicher könnten die Vorgehensweisen kaum sein. Mir persönlich gefällt letztere besser.
Geld habe ich aber in keines von beiden Konzepten bisher investiert.

Spartacus

 

[gero]

Hallo,

Mir scheint, dass dir echt nicht klar ist, dass und wie man so ein hoch redundantes System bauen könnte und warum es vermutlich weit sicherer wäre als alles, was heute fliegt.

zumindest da haben die Lilium-Leute eindeutig die Nase vorn. Denn genau das werden sie mit höchster Wahrscheinlichkeit erreichen. Weil nämlich ihr Gerät niemals fliegen wird. Zumindest in der gerade beworbenen Form. Und sich die Wahrscheinlichkeit, damit zu verunfallen, gut nahe 0 abschätzen läßt.

Und die Aussage mit dem "vermutlich weit sicherer" hat ein möglicherweise Theorie/Praxis-Problem. Wieviele reale Unfälle in der Luftfahrt könnten durch höhere Redundanz verhindert werden? Eine ernsthafte Untersuchung dieses Themas wäre bestimmt interessant.

gero

 

[jackrabbit]

@_Michael

Hallo,

Du reduzierst m.E. die Redundanz auf einzelne Elemente.
Die Problematik liegt aber eher im Gesamtsystem, das heisst z.B. auch die Übertragung der Steuerbefehle und
die Stromversorgung der Komponten müssten redundant sein, was bisher die eigentliche Problematik ist.
(Die E-Motoren an sich - oder auch Kühlpumpen - waren bisher nicht die Bauteile, die ausgefallen sind.)

Es kann ja, das ich als Ü50 -Ingenieur zu alt bin, dann müsstest Du halt fachliche und sachliche Überzeugungsarbeit leisten,
da auch die Entscheidungsträger auf die Du noch treffen wirst, meist älter sein werden als Du.

Viele Grüsse

 

[innwolf]

Hallo,
auch Lilium beugt sich der Physik:

Sollten es anfangs noch 500km Reichweite sein bei 400km/h und Abfugmasse von 475kg, als UL,
so sind jetzt 600kg Masse bei 300km/h und 300km Reichweite in Ankündigung....

 

[klaus06]

Etwas mehr Infos zu den Daten des vorherigen Beitrags:

https://www.merkur.de/lokales/starnberg/start-up-in-gilching-ich-flieg-dann-mal-schnell-einkaufen-7358090.html

 

[innwolf]

Weiterhin Traumtänzer, jetzt für 4 Personen....

Überlegung und vereinfachte Technikbetrachtung, es zeigt sich über alles in den letzten 70 Jahren daß Hubschrauberei ca. 3- bis 4-mal teurer ist als Flächenfliegerei für gleiche Zuladung und Strecke.

Senkrechtstart ob Osprey, Harrier oder aufgegeben DO31, VAK191, VFW400 Farirey-Rotodyne usw. in den Betriebskosten gegenüber Fläche eher bei Faktor 8 bis 15 liegen. Im Flug militärisch sind z.B. Alpha-Jet und Harier nahe beieinander, bei den Kosten?

Kosten einer Haviland Buffalo gegenüber Super-Stallion-CH53 oder gar einer Osprey? Eine Buffalo ist sogar größer...

Eine Money in dem Geschwindigkeitsbereich hat Betriebkosten von ca. 300€/h, gibt der Markt 2000€ für 300km Strecke her?

Elektronik wird zwar kostendämpfend gegenüber hochwertiger Mechanik...

 

[_Michael]

Man kann über das Projekt spotten wie man will, aber wenn das Problem der Stromspeicherung gelöst werden kann, dann wird die Firma Erfolg haben. Auf absehbare Zeit zwar nicht als fliegendes E-Auto in Europa, aber z.B. als Lufttaxi in abgelegenen Gebieten Australiens oder Kanadas. Wenn man ein irgendwie zehnfach, von A bis Z redundantes E-Antriebssystem einbauen kann, dann muss jedes einzelne nicht mehr zuverlässiger sein als ein Automotor, was diverse Kosten senkt. Anhand von Quadrocoptern sieht man auch, wie einfach fliegbar so ein Gerät sein kann. Das spart wiederum Schulungskosten.

Es wurde in diesem Thread schon argumentiert, dass man sowas niemals zertifiziert bekommt. In Deutschland vermutlich nicht, ja. Aber in Ländern wo echter Bedarf nach günstigem Lufttransport besteht, wird man der Idee ganz sicher nicht die Chance verweigern, nur weil...weil sie die ausgetretenen Pfade der konservativen Luftfahrttechnik verlässt.

Das Problem mit der Energie ist allerdings schon gewaltig. Es sind weit und breit keine Speichertechnologien sichtbar, die längere Flugstrecken ermöglichen würden. Aber es gibt ja durchaus Anwendungen von Lufttaxis auf Ultra-Kurzsstrecken, beispielsweise Inselhopping. Vielleicht wird das der Anfang sein.

Das ist jetzt alles ein bisschen spekulativ, zugegeben. Aber wenn man dem Projekt von Anfang an seine Chancen abreden will, dann muss argumentativ etwas mehr kommen als bloss ein paar spottende Bemerkungen, dass dies und jenes in der Luftfahrt so nicht gehen würde. Andere althergebrachte Technologie-/Wirtschaftszweige haben sich dank dieser Haltung später gewaltig die Augen gerieben...

 

[Flusirainer]

In abgelegenen Gegenden kann amn auch ein normales Flugzeug als Luftaxi nutzen.
Ein Flugzeug mit echten Tragflächen, dürfte, egal welches Antriebskonzept, immer günstiger im Betrieb sein sein, als ein Luftgefährt, wo dessen Antriebe dazu verdammt sind, einen nicht unerheblichen Teil des Auftriebes zu erzeugen.


Und dieses LILIUM-Gefährt ist dazu verdammt.
Es mag ja aerodynamisch auf sehr wenig Widerstand getrimmt sein, aber ganz bestimmt nicht auf flächentragenden Auftrieb. Und das wird einen hohen Energiebedarf bedeuten.



Und das man irgendwann einmal mit "Haushaltsbartteien" mobil sein wird, das wird wohl auf Ewigkeit ein Wunschdenken bleiben.

 

[_Michael]

In abgelegenen Gegenden kann amn auch ein normales Flugzeug als Luftaxi nutzen.
Ein Flugzeug mit echten Tragflächen, dürfte, egal welches Antriebskonzept, immer günstiger im Betrieb sein sein, als ein Luftgefährt, wo dessen Antriebe dazu verdammt sind, einen nicht unerheblichen Teil des Auftriebes zu erzeugen.

Erstens gibt und braucht es diese Geräte, wo der Antrieb einen grossen Teil des Auftriebs macht (sog. Hubschrauber). Zweitens, ja klar, man kann ein normales Flugzeug nehmen, aber was wenn ein gutes E-Flugzeug die Kosten extrem reduziert und noch dazu senkrecht starten und landen kann?

Du machst einen entscheidenden Denkfehler: Du suchst dir Aspekte und Einsatzfelder, wo Lilium nicht gross punkten kann und anhand derer beurteilst du das ganze Projekt. Richtig wäre es, passende Nischen zu suchen, wo es sich bewähren könnte und dann zu entscheiden ob das technisch machbar ist und ob dort ein Markt vorhanden ist. Aber in den 50ern glaubte der IBM-Chef ja auch, dass die Welt einen Bedarf von vielleicht 5 Computern habe...

Und das man irgendwann einmal mit "Haushaltsbartteien" mobil sein wird, das wird wohl auf Ewigkeit ein Wunschdenken bleiben.

Kaum. Aktuell schaffen wir bis zu 250 Wh/kg. Für Airline-Elektroflug wären wohl ca. 800 Wh/kg notwendig. Wenn wir davon ausgehen, dass wir die Batterien pro Jahr um 5% verbessern können, dann fehlen noch gerade mal rund 20 Jahre. Für Airliner. Für viele kleinere Anwendungen wird es schon vorher interessant.

Basiert natürlich auf der Spekulation, dass es um 5% pro Jahr aufwärts geht, aber das scheint ungefähr der Trend zu sein. Genauere Zahlen würden mich aber interessieren. Wenn ich mal Zeit habe, rechne ich die theoretische Obergrenze für das durch, woran wir hier gerade forschen - übrigens keine spekulative Superbatterie, sondern eine Idee wie man ähnlich wie in der Halbleiterbranche zu einem kontinuierlichen jährlichen Wachstum kommen kann.

 

[Flusirainer]

Es ging mir nicht, E-Motor gegen Kolbenmotor, sondern wirklich flächentragendes Flugzeug ( und das kann ja auch einen E-Motor haben) gegen diese "Krücke", so nenne ich das mal.
Krücke, weil ich mir nicht vorstellen kann, das dieses Gerät seinen Auftrieb allein durch Vorwärtsbewegung ezeugen wird. Und somit wird die Schwäche der mangelnden Reichweite mit E-Antrieb noch erheblicher ausschlagen.

Aktuell schaffen wir bis zu 250 Wh/kg. Für Airline-Elektroflug wären wohl ca. 800 Wh/kg notwendig. Wenn wir davon ausgehen, dass wir die Batterien pro Jahr um 5% verbessern können, dann fehlen noch gerade mal rund 20 Jahre.

Bist du in der Lage, durch tagtägliches Training deine Fitnis 20Jahre lang am Stück kontinuierlich zu steigern?

 

[innwolf]

Haallo,
technische entwicklungen nähren sich allmählich einem Grenzwert an wenn sie praktisch nutzbar seiin sollen.

Ob Hubkolbenflugmotor mit knapp 1,5kW/kg in 70 Jahren Entwicklungszeit. Bleiakkus mit ihrer Energiedichte in 120 Jahren. So gibt es aus der elektrochemischen Spannungsreihe, den Dichten der ausgewählten Stoffe und dem Massenanteil aktiver Substanzen im Verhältniss zu Elektrolyt/Gehäuse/Membranen grundsätzliche Grenze

Elektroflung, Um 300kg Masse ( 1 Passagier zu 100kg anteilig ) 100km weit zu transportieren sind derzeit inkl. Berücksichtigung des Triebwerkwirkungsgrades ca. 8kWh nötig.

Kommerzielle erfolgreiche Flugzeuge derzeit 50% Rüstgewicht, 25% zahlenden Nutzlast, 25% Treibstoff auf längeren Strecken mit FL 200 bis 350.

Für Kurzstrecke steigt der Energiebedarf leicht auf 30kWh/100km für 300kg Masse.

 

[Flusirainer]

Mal ein fiktives Beispiel.

Ein Fluggerät benötigt für den Reiseflug 100kW Antriebsleistung.
Bei einem dreistündigen Reiseflug wären 300kWh Energiekapazität notwendig. Nehmen wir nochmals 100kWh Reserve hinzu und 150kWh für Start und Steigflug. Dann haben wir 550kWh Batteriekapazität.
Bei deinen (prognostizierten) 800Wh/kg sind das knapp 690kg Batteriegewicht. Das macht knapp 1000 Liter Treibstoff.
Beachten wir jetzt noch, das die Batterie eine hohe Lebensdauer erzielen soll, sprich, sie nur innerhalb eines Bereiches von 20 bis 80% Ladezustand belastet wird, kämen wir auf 1035kg Batteriegewicht, was in etwa einem Treibstoffäquivalent von fast 1500 Litern entspricht.


Wäre mal interrresant, wie lange ein Flugzeug mit 136PS Antriebleistung für den Reiseflug, sowohl mit Kolbenmotor, Jetantrieb, oder halt auch als Turboprop, mit 1500 Litern Treibstoff in der Luft bleiben könnte und vor allem, welche Reichweite da bei typischer Reisegeschwindigkeit möglich wäre. Start, Steigflug und 1h Reserve natürlich mit einbezogen.


So, und nun nehmen wir noch die mangelnde Variabilität hinzu.
Den Flieger mit E-Antrieb und Batterie als "Tank", kannst halt nicht mal auf kurzer Strecke für mehr Nutzlast, entsprechend leichter betanken. Der E-Flieger schleppt immer und überall seine maximale "Tanklast" mit sich herum.

 

[_Michael]

Ein Fluggerät benötigt für den Reiseflug 100kW Antriebsleistung.
Bei einem dreistündigen Reiseflug wären 300kWh Energiekapazität notwendig.

...

Ich will nichts gegen diese Rechnungen einwenden. Aber wie ich bereits gesagt habe: Du machst diese Rechnungen immer für Anwendungsgebiete, wo der Elektroflug schlecht abschneidet. Du vergisst allerdings, dass es eben auch Nischen gibt, wo er punkten könnte. Überall dort, wo die Flüge stets kurz sind und die Akkus "plug-and-play" getauscht werden können. Rundflugbetrieb, Schulung, Inselhüpfer, Fotoflüge, usw.

Bist du in der Lage, durch tagtägliches Training deine Fitnis 20Jahre lang am Stück kontinuierlich zu steigern?

Das ist ein schlechter Allgemeinplatz. Wir alle wissen, dass es Bereiche gibt, in denen kontinuierlicher Fortschritt und Wachstum herrscht. Beispielsweise demonstriert die Halbleiter-Industrie seit fast 50 Jahren eine hohe jährliche prozentuale Leistungssteigerung. Bei Batterien ist nicht unbedingt das Problem, dass es zu wenig Ladungsträger für sehr hohe Leistungsdichten hat, sondern dass man diese längst nicht alle nutzen kann, weil sie tief im Innern des Kathodenmaterials gefangen sind. Extrem feine nanontechnologische Strukturen könnten da gewaltige Steigerungen und möglicherweise eine ähnliche Wachstumskurve wie bei den Halbleitern bringen.

 

[_Michael]

Kurz gerechnet für eine Li-Ion-Batterie, mit der ich mich gerade in einer Simulation befasse: Für eine Mangan(IV)-Oxid-Kathode komme ich auf eine theoretische Leistungsdichte von rund 1 MW pro Kilogramm. Teilen wir das durch 3, da eine Batterie natürlich nicht nur aus Kathode besteht. Sind aber immer noch 300 kWh/kg. Also Faktor 300 gegenüber den geforderten 1 kWh/kg. Wieviel man davon rausholen kann, hängt fast ausschliesslich davon ab, wie man die Struktur der Kathode formt/formen kann. Bisher ist da noch nicht viel möglich, weshalb die Energieausbeute eigentlich himmeltraurig ist.

Ich will damit nicht sagen, dass in 5 oder 10 Jahren Wunderbatterien existieren werden, von denen wir heute nur träumen können. Aber ich will damit sagen, dass eine gute jährliche prozentuale Steigerung bis in sehr hohe Leistungsdichten vermutlich möglich ist.