sparen um die Wette - fliegermagazin.de · 2 | Der Sieger: Aus zwei Taurus G2 schuf Pipistrel den G4. Das tiefe Flügelmittelteil hat sogar eine Landeklappe ... Den Limbach hat das

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Zwei Rümpfe, vier Plätze, ein Elektromotor: Taurus G4 am Start auf dem Sonoma County Airport in Santa Rosa

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Mensch & Maschine

Cafe/Nasa GreeN fliGht ChalleNGe 2011

sparen umdie WetteWie effizient kann ein Flugzeug heute sein,und welches ist das beste? Darum geht's hier.In Santa Rosa, Kalifornien, ist aber auchviel Geld zu gewinnen: 1,65 Millionen Dollar – mehr als je zuvor bei einem Wettbewerb der Allgemeinen Luftfahrt


1 | Blauer Himmel, wenig Wind: ideales Wettbe-werbswetter im nordkalifornischen Santa Rosa

2 | Mit Hybrid-Antrieb: Eco-Eagle der Embry-Riddle- Studenten – leider außer Konkurrenz

3 | Was ist noch drin? Messung der Reservelaufzeit beim e-Genius nach der Speed-Wertung

4 | Vollkommen serienmäßig: UL/LSA-Motorsegler Phoenix mit Verbrennungsmotor Rotax 912 S


TexT Peter LertFoTos Peter Lert, NASA/Bill Ingalls

Wer auch immer gewinnen sollte – er würde sogar Charles Lindbergh toppen. Was das Preisgeld betrifft. Denn der Orteig-Preis für

den ersten Nonstop-Flug von New York nach Paris war »bloß« mit 25 000 Dollar do-tiert, viel weniger als jetzt beim CAFE/NASA Green Flight Challenge zu holen war, selbst wenn man die Inflation seit 1927 berücksich-tigt. Mit 1,35 Millionen Dollar für den Sieger hat sich die NASA als Sponsor wirklich nicht lumpen lassen, aber auch Google war unter-stützend dabei und stellte eine Ladestation für Flugzeuge mit Elektromotor zur Verfü-

sierte man Wettbewerbe, bei denen Benzin-verbrauch und Passagierzuladung genauso wichtig waren wie die Geschwindigkeit. Das erste CAFE Race fand 1981 statt, gewonnen hat es eine von Burt Rutan (siehe Seite 40) konstruierte Quickie 200 mit Gene Sheehan und dem Autor im Cockpit.

Als sich CAFE dann zunehmend als kom-petente Forschungseinrichtung etablierte, schloss sich die NASA mit ihren »Challenge«-Wettbewerben an. Diese sollten die Weiter-entwicklung von »Personal Air Vehicles« (PAVs) vorantreiben, Luftfahrzeugen für den persönlichen Gebrauch, die eines Tages die Grundlage des Kurzstreckenluftverkehrs werden könnten. Neben Leistung und Effizi-enz zählten nun weitere Faktoren wie Sicher-heit, Handhabung und Lärmentwicklung. Im Jahr 2009 kündigte die CAFE Foundati-

gung. Die Energie kam aus einer nahe gele-genen Erdwärmequelle – damit auch wirk-lich emissionsfrei geflogen werden konnte.

»CAFE« im Wettbewerbsnamen – da muss man ausholen: Die Abkürzung steht für Comparative Aircraft Flight Efficiency (Wirkungsgrad-Vergleich von Flugzeugen). Die CAFE Foundation, Veranstalter des Wett-bewerbs, ist eine gemeinnützige Stiftung von ehrenamtlichen Enthusiasten, die sich in den späten siebziger Jahren zusammen-schlossen, einer Zeit, als Selbstbauflugzeu-ge vor allem in den USA immer ausgefuchs-ter und innovativer wurden. Das Ziel dieser Gruppe bestand darin zu untersuchen, wie man die Effizienz leichter Flugzeuge der Allgemeinen Luftfahrt verbessern konnte. Die Ergebnisse sollten in die Öffentlichkeit getragen werden. Zu diesem Zweck organi-

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on ihren ambitioniertesten Wettbewerb an: den Green Flight Challenge. Im Mittelpunkt sollte nicht das Flugzeug für jedermann ste-hen, sondern umweltfreundliches, ressour-censparendes Fliegen. Folgende Vorausset-zungen mussten die Teilnehmer erfüllen:

> Überflug eines 15-Meter-Hindernisses nach 610 Metern (2000 Fuß) Startstrecke, dabei maximal 78 dB(A) Lautstärke> Steigen auf 4000 Fuß (1219 Meter) und Höhe halten> 200 Meilen (322 Kilometer) weit fliegen mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von mindestens 100 Meilen pro Stunde (161 km/h), gemessen vom Losrollen am Start-punkt bis zum Überflug der Ziellinie> Bewältigung dieser Aufgaben mit einer Gallone (3,785 Liter) Luftfahrt-Benzin oder

dem Äquivalent in anderen Treibstoffarten oder in elektrischer Energie. Reserve nach der Landung für 30 Minuten Reiseflug.

Hinzu kamen Aspekte wie Sicherheit, Steu-erbarkeit und sogar Komfort. So war etwa die Größe der Sitze vorgeschrieben, und die Flugzeuge mussten ein funktionstüchtiges Gesamtrettungssystem eingebaut haben. Extreme Auslegungen, wie sie bei Einzel-stücken möglich sind, wollte man verhin-dern, indem zum Beispiel bei Flugzeugen mit mehr als zwei Sitzen mindestens zwei der Sitze nebeneinander angeordnet sein mussten. Am Ende erfüllten 13 Maschinen die Teilnahmevoraussetzungen.

Aber warum erscheinen zum Wettbe-werb bloß vier? Schließlich ist der Termin schon von Mitte Juli auf die letzte Septem-

berwoche verschoben worden, damit mehr Teams ihre Apparate fertig bekommen.

Für manche ist dennoch die Zeit zu knapp. Yuneec zieht zurück, nachdem Mar-tin Wezel mit dem Dreisitzer E1000 tödlich verunglückt ist (fliegermagazin #8.2011), und PC-Aero bringt die Elektra One nicht an den Start, weil schlicht das Geld fehlt,

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Briefing: Vor der ersten Aufgabe hören die Teams Brien Seeley (rechts) zu, dem Chef der CAFE Foundation

Neben Leistung und Effizienz geht es um umweltfreundliches, ressourcensparendes Fliegen


1 | Volle Konzentration: CAFE-Mitarbeiter suchen während der Geschwindigkeits-wertung den Himmel nach Flugzeugen ab

2 | Der Sieger: Aus zwei Taurus G2 schuf Pipistrel den G4. Das tiefe Flügelmittelteil hat sogar eine Landeklappe

3 | Obligatorisch: Die Flugzeuge müssenmit funktionstüchtigem Rettungssystem ausgestattet sein, hier im Taurus G4

4 | Auf der Waage: G4-Pilot Dave Morss. Der US-Amerikaner ist ein bekannter Air-Race- und Testpilot

ergebnisse


um den Transport und die immense Ter-minverschiebungsgebühr zu bezahlen. PC-Aero-Chef Calin Gologan sieht’s später gelassen: »Unser Flugzeug ist nicht primär für einen Wettbewerb konzipiert, sondern für den Alltagsbetrieb, für jedermann. Zum Beispiel verwenden wir ein sehr gutmütiges Profil, aber bei 100 Meilen pro Stunde, der verlangten Durchschnittsgeschwindigkeit beim Green Flight Challenge, büßen wir Leistung ein. Wir hätten nicht gewonnen, wir wären hinter dem e-Genius gelandet, aber in der Nähe.«

beim Green Flight Challenge um ein »Air Race« handelt – eine Woche zuvor sind bei einem Air-Race-Unfall in Reno elf Personen getötet worden –, und so hat der Embry-Riddle-Versicherungsträger entschieden, dass nicht mehr als ein Student der Uni gleichzeitig im Eco-Eagle fliegen darf.

Beim Eco-Eagle handelt es sich um eine frühe Version der Stemme S10, ein Motorsegler mit einzieh-barem »Klappmesser«-Propeller

um Bug und Mittelmotor. Den Limbach hat das Uni-Team durch einen Hybrid-Antrieb ersetzt, der einzige im Wettbewerb: Neben einem Rotax 912 steht ein 32-kW-Elektro-motor zur Verfügung. Über eine Kupplung kann wahlweise der eine oder der andere Motor in Betrieb genommen werden. Des-halb solllte man auch eher von einem dua-len Antriebssystem sprechen als von einem Hybridantrieb. Der langsam drehende Prop ist größer als der urspüngliche; deshalb ver-abschiedete man sich vom Klappmesser-Prinzip und nahm einen nicht klappbaren Verstellprop von MT. Die Batterien sind im Mittelteil des Flügels untergebracht, der kleine Tank sitzt im Rumpf. Leider begrenzt die Batteriekapazität das Leistungspotenzi-al des Elektromotors. Das bedeutete, dass der Eco-Eagle bei der geforderten Reiseflug-geschwindigkeit im Elektrobetrieb die Hö-he nicht halten konnte. Er startet und steigt

Weniger gelassen dürften die Studenten der Embry-Riddle Aeronautical University in Florida gewesen sein, als sie erfahren haben, dass sie zwar mitfliegen dürfen, aber außer Konkurrenz: Zum einen ist es ihnen nicht mehr rechtzeitig gelungen, das Rettungs-system in ihrem Eco-Eagle funktionsfähig zu machen, zum anderen – viel schlimmer – ist ihnen aus versicherungsrechtlichen Grün-den untersagt worden, zu zweit zu fliegen, was die Wettbewerbsregeln bei einem Zwei-sitzer aber verlangen. In letzter Minute hat nämlich jemand spitzgekriegt, dass es sich

mit Benzin, fliegt anschließend mit Batte-riestrom und verliert dabei langsam Höhe, sodass zwischendurch immer wieder der Verbrennungsmotor zum Einsatz kommt, um wieder zu steigen.

Ausschließlich von einem Verbrenner, einem Rotax 912 S, wird der Phoenix ange-trieben. Den Zweisitzer – in Europa ein UL, in den USA ein Light Sport Aircraft – des tsche-chischen Herstellers Phoenix Air gibt’s mit 11- oder 15-Meter-Fläche. Die Motorseglerva-riante soll Gleitzahl 32 erreichen. Schon auf der AERO 2010 war von einer Elektroversion

die Rede, aber bis zum Green Flight Challen-ge hat die Zeit nicht mehr gereicht, um alles fertig zu bekommen. So geht der Phoenix vollkommen serienmäßig an den Start. Für Rotax dürfte es eine Genugtuung sein, dass eines der drei gewerteten Flugzeuge von ei-nem herkömmlichen Viertaktmotor der ei-genen Marke angetrieben wird. Allerdings sitzt ein Pilot am Steuer, der dafür bekannt ist, das letzte Quäntchen Leistung aus al-lem herauszukitzeln, was er fliegt: Phoenix-Air-Händler Jim Lee. In den Achtzigern hat der Amerikaner mit dem Drachen mehrere

Streckenweltrekorde aufgestellt, außerdem ist er ein versierter Segelflieger.

hinter dem Taurus G4 steckt eben-falls ein Hersteller von Serienflug- zeugen. Die slowenische Firma Pipistrel nahm zwei seiner Klapp-

antrieb-Motorsegler Taurus G2, den es mit Verbrennungs- oder Elektromotor gibt, am-putierte jeweils eine Flügelhälfte und ver-band den Rest mit einem Mittelteil, das den Antrieb aufnimmt. So entstand ein Viersit-zer mit mit knapp 23 Meter Spannweite und zwei getrennten Kabinen. In der rechten sitzen zwei Piloten, die zusammen 185 Kilo-gramm wiegen, in der linken ist auf den Sit-zen 167 Kilo Ballast deponiert. Die mächtige Triebwerksgondel beherbergt einen wasser-gekühlten 145-Kilowatt-Elektromotor (der stärkste im Wettbewerb), elektronische Bau-teile und einen Teil der Batterien. Die üb-rigen sind in den Rümpfen untergebracht; insgesamt wiegen die Batterien 450 Kilo-gramm. Mit 594 Kilo ohne Stromquellen beträgt die Leermasse des Flugzeugs nur 40 Prozent seiner MTOM (1497 Kilo). Im rechten Rumpf hat man das mechanisch bedienbare Einziehfahrwerk beibehalten, links arbeitet es elektrisch. Ein weiteres interessantes De-tail ist der Festpropeller aus Holz, bei dem die enorme Steigung auffällt. Da Pipistrel auf Komponenten seines Serienflugzeugs zugreifen konnte, ist der G4 schon fünf Mo-

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Taurus G4 e-Genius Phoenix Eco-Eagle

Effizienz

verbrauchter Kraftstoff, Gallonen Avgas 100LL

–– –– 3,82 3,82

verbrauchte Energie, kWh 65,4 34,7 –– 3,8

verbrauchte Energie umgerechnet auf Autobenzin, Gallonen

1,94 1,03 3,98 4,1

Reichweite, US-Meilen 403,5 375,7 94,3 72,2

Speed hierbei, mph 107,4 105,7 77,3 70,4

Geschwindigkeit

mph 113,6 107,3 137,5 83,5

Reichweite hierbei, US-Meilen 388,4 352,4 55,0 65,5

Lärmentwicklung

dB(A) 71,1 59,5 62,5 67


Schade, dass so wenige Maschinen dabei waren, die wirklich auf den Markt zugeschnitten sind


nate nach der Entscheidung für das endgül-tige Konzept in die Luft gekommen.

Auch beim e-Genius entdeckt man Se-rienkomponenten – von Pipistrel! Konst-ruiert und gebaut wurde der 17-Meter-Mo-torsegler am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart. Neben industrieller Unterstützung fungiert Airbus als Sponsor. Unübersehbar ist die Ähnlichkeit mit dem Taurus im Cockpitbereich; strukturell gibt es Unterschiede. Der übrige Rumpf und das Leitwerk, dessen oberes Ende den Motor trägt, sind jedoch rein e-Genius. Die Außen-flügel entstanden ebenfalls in Zusammen-arbeit mit den Slowenen. Aber die Stuttgar-ter besuchten das Werk in Ajdovscina nicht, um die übriggebliebenen Flächenhälften des G4 abzugreifen – wir haben nachgefragt. Der Flüssigkeitskühler mit Gebläse ist im Leitwerksträger untergebracht und bezieht Frischluft durch einen einzigen Einlass; bei wenig Fahrt strömt zusätzliche Luft durch einen NACA-Einlauf an der Rumpfuntersei-te. Auch der Regler und die Batterien wer-den auf diese Weise gekühlt. Zurzeit treibt ein 65 kW starker Elektromotor mit MT-Ver-stellpropeller das Flugzeug an, der Strom kommt von Batterien. Langfristig sollen sie durch Brennstoffzellen ersetzt werden, wo-rurch der e-Genius zum hydroGenius mu-tiert. Für den Green Flight Challenge hat sich Weltrekordsegelflieger Klaus Ohlmann dem Team angeschlosen. Könnte es einen geeigneteren Piloten geben?

aus logistischen Gründen hat der Veranstalter einzelne Wettbe-werbsaufgaben auf mehrere Flüge verteilt. So geht es am ers-

ten Wertungstag nur um den Start und die Lärmentwicklung. Für die Piloten stellt man zur Kontrolle der Überflughöhe neben

nem kalibrierten Leistungsmesser; so lässt sich feststellen, wie viele Kilowattstunden verbraucht worden sind. Jeder Teilnehmer bricht zu vier Runden um den 50-Meilen-Kurs auf, wobei die Wendepunkte durch GPS-Koordinaten definiert sind, wie in Se-gelflugwettbewerben. Am Messpunkt über dem Start klappt es bei mindestens einer Maschine nicht mit dem Computer-Update. So entscheidet sich Klaus Ohlmann, an die-ser Stelle einen Vollkreis zu fliegen, damit die Aufzeichnung auf jeden Fall korrekt ist – auch wenn ihn das Zeit kostet.

Kein Pilot versucht so schnell wie mög-lich zu sein, es geht nur um die Reichweite bei einer Schnittgeschwindigkeit von min-destens 100 Meilen pro Stunde. Nach der Landung geht’s zur Wägung. Dabei wird auch das Zurückrollen aus eigener Kraft zu einem definierten Punkt berücksichtigt. Der übrig gebliebene Sprit fließt in spezielle Gefäße, über das Gewicht ermittelt man den

der Piste eine Fahnenstange auf; per Win-kelmesser wird die Höhe ermittelt. Keines der vier Flugzeuge hat Probleme mit dem Überflug, auch nicht mit dem Lärmgrenz-wert. Erstaunlich ist, dass der Phoenix mit seinem Verbrennungsmotor nur 62,5 dB(A) entwickelt, der Elektroflieger von Pipistrel hingegen 71,1 dB(A). Ganz vorn jedoch liegt der e-Genius. Die Messung unterstreicht den subjektiven Eindruck, dass er mit sei-nem langsam drehenden Prop leiser ist als alle anderen: 59,5 dB(A). So geht der Son-derpreis für die geringste Lärmemission, 10 000 Dollar, an die Stuttgarter. Gestiftet wurde er von Jeannie Schulz, der Witwe des berühmten Comic-Zeichners Charles M. Schulz (»Peanuts«). Santa Rosa hat seinen Flugplatz nach ihm benannt.

Am zweiten Tag wird die Reichweite er-mittelt. Dazu erhalten alle Maschinen mit Verbrenner die gleiche abgewogene Menge Sprit. Die E-Antriebler versieht man mit ei-

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Verbrauch. Die Daten der Leistungsmesser in den Elektrofliegern landen per Download auf einem Notebook des Veranstalters.

Am wenigsten Energie hat der e-Genius verbraucht: halb so viel wie der Taurus G4. Aber der Viersitzer bietet auch doppelt so vielen Insassen Platz – weshalb beide Flug-zeuge gleich gut abschneiden. Sie benöti-gen nur knapp über die Hälfte des erlaub-ten Energie-Äquivalents: 0,5 Gallonen (1,9 Liter) pro Sitzplatz auf 200 Meilen. Oder an-ders gerechnet: Mit einem Liter sind 170 Ki-

lometer pro Sitzplatz drin. Wenn es darum gegangen wäre, so weit wie möglich zu flie-gen, hätte der Doppelrumpf-Taurus 649,37 Kilometer zurückgelegt.

Speed heißt das Motto am letzten Tag. Wieder geht’s um den gleichen 200-Meilen-Kurs. Das Wertungssystem ist so angelegt, dass das Ergebnis einer Aufgabe so wenig Einfluss wie möglich auf das Ergebnis einer anderen hat. So kann ein Flugzeug, das viel Energie verbraucht, dieses Handicap nicht dadurch ausbügeln, dass es einfach schnel-

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1 | Der Leiseste: Ein großer, langsam drehender Propeller kommt dem e-Genius zugute – und der Umwelt

2 | Teamarbeit: Montage des e-Genius-Flügels. Zum Teil entstand die Zelle in Zusammenarbeit mit Pipistrel

3 | Pilot und Schrauber: Weltrekord-Segelflieger Klaus Ohlmann checkt den 65 kW starken e-Genius-Motor

4 | Wiegen im CAFE-Hangar: Die Außenflügel sind abgenommen und kommen separat auf die Waage

5 | Im Ziel: Der Phoenix gewinnt die Speed-Wertung. Den Hauptpreis holt das Pipistrel-Team (kleines Foto)

ler fliegt; und langsamen Maschinen hilft es kaum was, wenn sie mit wenig Energie aus-kommen. Wie an den vorausgegangenen Wertungstagen sind die Bedingungen ideal: blauer Himmel und wenig Wind.

Mit 137,5 Meilen pro Stunde ist der Phoenix am schnellsten, aber er verbraucht auch am meisten Energie. Jim Lee fliegt ganz nach der NASCAR-Devise: »Go fast, turn left«. Taurus G4 und e-Genius folgen mit 113,6 und 107,3 Meilen pro Stunde auf Platz zwei und drei. Die 30 Minuten-Reserve wird erneut durch Messung der restlichen Spritmenge nachgewiesen. Bei den Elek-trofliegern ist es etwas komplizierter: Man dreht sie zur besseren Kühlung in den Wind und lässt die Motoren mit einer repräsen-tativen Leistungseinstellung laufen, bis auf den Monitoren der angeschlossenen CAFE-Computer die Akkuspannung auf einen vor-berechneten Wert absinkt. Alle Teilnehmer erfüllen die Anforderungen.

hat der Green Flight Challenge nun gezeigt, dass es demnächst für jeden von uns Maschinen geben wird, die 160 km/h fliegen können

und fast 43 Kilometer aus jedem Liter Sprit holen (oder aus 8,9 Kilowattstunden)?

Eher nicht. Es ist anzunehmen, dass so-gar 1,35 Millionen Dollar Preisgeld für das Siegerteam kaum gereicht haben dürften, um dessen Ausgaben zu decken. Und wer verfügt schon über einen Hangarplatz für 23 Meter Spannweite?

Der Wettbewerb hat aber bewiesen, dass ressourcenschonendes Fliegen Realität ist und dass es für immer mehr Leute immer zugänglicher wird. Schade bloß, dass so we-nige Maschinen teilgenommen haben, die wirklich auf den Markt zugeschnitten sind, wie etwa die Elektra One. Solche Geräte kön-nen zwar nicht ganz mit Forschungsflug-zeugen wie den diesjährigen Spitzenreitern mithalten, aber ihr Leistungs- und Kosten-niveau wird langfristig Maßstäbe setzen. Jetzt hat die NASA-CAFE-Zusammenarbeit erstmal deutlich gemacht, dass ein extrem hohes Leistungsniveau erreichbar ist. Beim nächsten Green Flight Challenge, voraus-sichtlich 2013, dürften die Anforderungen eher so sein, dass viel mehr Flugzeuge sie bewältigen – bereits existierende ebenso wie neue.

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