Bauhaus-Luftfahrt-Jahrbuch 2014

05 operations Virtualisierung des Luftverkehrs 2025+ „Neue Wege“ für den Luftverkehr als Bestandteil eines reibungslosen Transportsystems Geringer Wettbewerb im Bereich des Originär- verkehrs für europäische Drehkreuzﬂughäfen Datensicherheit im Luftfahrtsystem 22 24 26 28 Virtualization of air transport 2025+ “New ways” to reconﬁgure aviation into seamless, hassle-free transportation European hub airports face low level of competition for their originating trafﬁc Data security in the air transport system alternative fuels Das SOLAR-JET-Projekt: Weltweit erstmalige Synthese von „solarem“ Kerosin Das weltweite nachhaltige Biokraftstoffpotenzial Temperatursimulation in Algen-Photobioreaktoren aireg-Arbeitskreis „Nachhaltigkeit“ – hohe Standards helfen, Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen zu sichern 32 34 36 38 The SOLAR-JET project: The world‘s ﬁrst “solar” kerosene Global potential for sustainable biofuels Temperature simulation in algae photobioreactors aireg e.V. working group ”Sustainability“ – high standards help to ensure sustainability of biofuels energy technologies & power systems Die Beteiligungen von Bauhaus Luftfahrt an aktuellen FP7-Level-2-Antriebsforschungsprojekten Fortschritte in hybrid-elektrischen Antriebssystem-Konzepten Elektriﬁzierung von Flugzeugen: Engpässe bei notwendigen Rohstoffen? „Propulsive Fuselage“ – multidisziplinäre Design-Untersuchung 42 44 46 48 Bauhaus Luftfahrt’s involvement in present FP7 level 2 propulsion research projects Progress in hybrid-electric propulsion system concepts Electriﬁcation of aircraft: Shortages of essential raw materials? Propulsive Fuselage – multidisciplinary design investigation systems & aircraft technologies Konzeptionelle Untersuchung eines Propulsive-Fuselage-Flugzeugentwurfs Flugzeugentwurfsmethoden für hybride Energieträger „Neue Wege“ der Flugsteuerungssysteme für Flugzeuge der Zukunft Das Potenzial von Echtzeit-Kollaboration im Flugzeugdesign-Prozess 52 54 56 58 Conceptual investigation of a propulsive fuselage aircraft layout Methods for sizing and performance of hybrid energy aircraft “New ways“ of ﬂight control systems for future aircraft The potential of real-time collaboration for the aircraft design process

06 mission statement foreword chairman of the board Dr. Detlef Müller-Wiesner Beiratsvorsitzender Chairman of the Board Sehr geehrte Damen und Herren, Vernetzung ist für die Luftfahrtforschung von ganz essen- zieller Bedeutung. Der Ludwig Bölkow Campus, im März 2012 als „Bavarian International Campus for Aerospace and Security“ (BICAS) ins Leben gerufen, führt am Luftfahrtstandort Ottobrunn bei München Kompetenz- träger aus Industrie, universitärer Wissenschaft und außeruniversitärer Forschung zusammen. Arbeitsschwer- punkte auf dem Campus, an dessen Gründung das Bauhaus Luftfahrt maßgeblich beteiligt war, sind die Themen „Luftfahrt“ und „Öffentliche Sicherheit“. Damit war es ein logischer Schritt, dass im Mai 2014 die Entscheidung für den Umzug des Bauhaus Luftfahrt auf den Campus ﬁel. Durch die neue räumliche Posi- tionierung kann das Bauhaus Luftfahrt seine strategi- sche Rolle an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft, Industrie und Politik noch besser ausfüllen, seine Zusammenarbeit mit den wesentlichen Kompetenzträ- gern intensivieren und seiner wichtigen Rolle als Impuls- geber für die Gestaltung der Luftfahrt der Zukunft noch besser gerecht werden. Ganz konkret besteht bereits

07 eine Beteiligung an dem auf dem Campus gestarteten Projekt „AlgenFlugkraft“ zur Erforschung nachhaltiger Luftfahrtkraftstoffe aus Algen sowie an dem Projekt „PowerLab“, das sich mit elektrischen Flugzeugantrie- ben befasst. Neue Technologien wurden auch auf der letztjährigen Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung (ILA) vom 20. bis 25. Mai in Berlin präsentiert. Hier war Bauhaus Luftfahrt auf mehreren Ständen seiner Förderer und Kooperationspartner als Mitaussteller zu Gast, konnte sich erfolgreich vor internationalem Publikum präsentieren und der Vernetzung der Branche Vortrieb leisten. Ich möchte mich beim Team des Bauhaus Luftfahrt im Namen des Beirats, der Partner und Förderer für ein erfolgreiches Jahr 2014 bedanken und wünsche Vor- stand und Mitarbeitern gutes Gelingen für die vielen spannenden anstehenden Themen sowie das zehnjährige Jubiläum, die dem Jahr 2015 eine ganz besondere Be- deutung verleihen werden. Dear Sir or Madam, Networks are of essential relevance for aviation research. The Ludwig Bölkow Campus, established as the “Bavarian International Campus for Aerospace and Security“ (BICAS) in March 2012, brings together key competencies and key players from industry, university research, and non-university research in Ottobrunn close to Munich, having enjoyed an excellent reputation as an aerospace region for decades. Bauhaus Luftfahrt, a founding member of the Campus, focuses on aviation and public security as key research areas. In May 2014, the logical outcome was that Bauhaus Luftfahrt moves to the Campus. This location allows Bauhaus Luftfahrt to even better fulﬁll its strategic role as facilitator of research, industry, and politics as well as to strengthen its cooperation with key experts and to be a trendsetter for the aviation of the future. More speciﬁcally, Bauhaus Luftfahrt is partner of the “AlgenFlugkraft” project, focusing on sustain- able fuels from algae, and of the “PowerLab” project, focusing on electric propulsion systems for aircraft – both projects already started at the Campus. New technologies were presented at last year’s ILA Berlin Air Show from May 20 until May 25. Here, Bauhaus Luftfahrt was a co-exhibitor at different part- ner booths, presenting its research work to a broader international audience. This allowed Bauhaus Luft- fahrt to further enhance the effective cross-linking of the aviation sector. In the name of the advisory board, the partners, and the sponsors of Bauhaus Luftfahrt, I would like to thank the entire team of Bauhaus Luftfahrt for a successful 2014. Furthermore, I would like to give my best wishes to the Bauhaus Luftfahrt directors and colleagues for their upcoming projects and for the tenth anniversary, making 2015 a very special year. Ihr/ Your Dr. Detlef Müller-Wiesner

08 mission statement Das Bauhaus Luftfahrt beschreitet „neue Wege“ in der Luftfahrt. Durch ganzheitliche Betrachtung der Zukunftstreiber des Luftverkehrs und neuartige Herangehensweisen gelangt das interdisziplinäre Team zu innovativen Lösungen von morgen und übermorgen. Über das Bauhaus Luftfahrt Das Bauhaus Luftfahrt ist eine interdisziplinäre For- schungseinrichtung, getragen von den vier Luft- und Raumfahrtunternehmen Airbus Group, Industrieanlagen- Betriebsgesellschaft (IABG), Liebherr-Aerospace und MTU Aero Engines sowie einer Förderung durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie. Der gemeinnützige Verein ist eine international ausgerichtete Ideenschmie- de, die sich mit ihrem Team aus rund 50 Mitarbeitern mit der Zukunft der Mobilität im Allgemeinen und mit der Entwicklung des Luftverkehrs im Besonderen befasst. Ziel der Forschungsarbeit ist es, das komplexe System der Luftfahrt aus vielerlei Blickwinkeln zu betrachten: Bei allen Projekten werden technische, wirtschaftliche, gesellschaftliche und ökologische Aspekte ganzheitlich berücksichtigt. In Anlehnung an die Tradition des „Bauhaus“, Deutsch- lands historischer Hochschule für Gestaltung, versteht sich auch das Bauhaus Luftfahrt als fachübergreifender Thinktank. Im Dessau der 1920er-Jahre wirkten unter der Leitung von Walter Gropius Architekten, Maler und Bildhauer eng zusammen. Auf diese Weise entstand ein breit gefächertes Kompetenzspektrum. Genau das reali- siert das Bauhaus Luftfahrt für die europäische Luftfahrt- branche, und zwar nicht nur im interdisziplinären Dialog von Ingenieuren, Ökonomen, Informatikern, Physikern, Chemikern, Geografen, Kultur- und Sozialwissenschaft- lern, sondern auch in enger Kooperation mit Industrie, Wissenschaft und Politik. Das Bauhaus Luftfahrt arbeitet unabhängig und im öffent- lichen Interesse. Innovative Ideen müssen dort nicht per se marktorientiert reifen. Vielmehr gibt das Bauhaus Luftfahrt Antworten auf die Frage, welche Alternativen für die Anforderungen der Zukunft denkbar sind. Dabei bestehen für die Wissenschaftler des Kreativzentrums kaum gedankliche Tabus. Allerdings wird streng darauf geachtet, dass visionäre Konzepte und Strategien stets auch anwendungsorientiert und technisch machbar sind. Grundlage zur Entwicklung tragfähiger Lösungen bilden somit immer die klassischen Disziplinen der Physik und der Ingenieurwissenschaft.

09 operations alternative fuels alternative fuels energy technologies & power systems systems & aircraft technologies Bauhaus Luftfahrt is going new ways in aviation. Through the holistic approach in the analysis of the future drivers of air travel as well as novel methods and processes, the interdisciplinary team develops innovative solutions for tomorrow and beyond. About Bauhaus Luftfahrt Bauhaus Luftfahrt is an interdisciplinary research insti- tution funded by the four aerospace companies Airbus Group, Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft (IABG), Liebherr-Aerospace, and MTU Aero Engines as well as grants from the Bavarian Ministry for Economic Affairs, Media, Energy, and Technology. The non-proﬁt association is an internationally oriented think tank. Its team of around 50 employees deals with the future of mobility in general and with the develop- ment of air travel in particular. The goal of the research work is to consider the complex system of aviation from different points of view. In every project, the technical, economic, social, and ecological aspects are considered holistically. In keeping with the “Bauhaus” tradition, Germany’s once renowned School of Design, Bauhaus Luftfahrt strives to be a multidisciplinary think tank. In Dessau in the 1920s, architects, painters, and sculptors worked closely together under the direction of Walter Gropius, leading to the emergence of a widely diversiﬁed spec- trum of expertise. This is exactly what Bauhaus Luftfahrt is achieving within the European aviation industry – not only in the interdisciplinary dialogue between engineers, economists, computer scientists, physicists, chemists, geographers, cultural experts, and social scientists, but also in close cooperation with industry, science, and politics. The registered association works independently and in the interest of the public. Here, innovative ideas do not need to be developed to commercial maturity. Rather, Bauhaus Luftfahrt provides answers to the question of which alternatives could conceivably meet tomorrow’s requirements. Scientists at the Creative Centre are virtually unconstrained by notional taboos. However, strict attention is paid to the fact that visionary concepts and strategies are also always application-oriented and technically feasible. Thus, the traditional disciplines of physics and engineering science inevitably create the foundation for the development of sustainable solutions.

11 Sehr geehrte Damen und Herren, Dear Sir or Madam, welches sind die wesentlichen Entwicklungen für die Luftfahrt in der Zukunft? Das Team des Bauhaus Luftfahrt hat sich dieser Frage gestellt und unter Berücksichtigung der gesellschaftlichen Entwicklungen und technologischen Optionen die folgen- den vier Forschungsschwerpunkte deﬁniert: „Operations“, „Alternative Fuels“, „Energy and Power Systems“ und „Systems and Aircraft Technologies“. Unter Berücksichti- gung langfristiger Technologieoptionen aus dem sehr erfolgreichen „Technologieradar“ werden in disziplinüber- greifenden Projekten wesentliche Forschungsfragen formuliert und neue Lösungsansätze erarbeitet. Mit der organisatorischen Verankerung der Forschungsschwerpunkte konnte die seit Langem praktizierte interdisziplinäre Zu- sammenarbeit weiter verbessert werden. Neue, wegweisende Erkenntnisse konnten auch im ver- gangenen Jahr erfolgreich auf der ILA in Berlin präsentiert werden. So konnte das Bauhaus Luftfahrt erstmalig die Konzeptstudie für einen sogenannten „Propulsive Fuselage“ vorstellen. Auf dem Stand der MTU Aero Engines wurde das Konzept hinsichtlich der intelligenten Integration eines dritten Triebwerks in den Flugzeugrumpf vorgestellt. Zu- sammen mit internationalen Kooperationspartnern konnte mittels einer stärkeren Integration von Antrieb und Aero- dynamik ein erhebliches Efﬁzienzpotenzial nachgewiesen werden. Ebenfalls auf der ILA konnte am Stand des DLR eine Welt- neuheit demonstriert werden: die thermochemische Syn- these „drop-in“-fähiger Kraftstoffe mithilfe von Sonnen- energie. Das vom Bauhaus Luftfahrt koordinierte EU-Projekt SOLAR-JET beschäftigte sich mit der besonders efﬁzienten Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung hochwertiger Kraftstoffe. Mittels eines Solarreaktors konnte erstmals Kerosin aus konzentriertem Sonnenlicht, Wasser und Koh- lendioxid hergestellt werden. Das vorliegende Jahrbuch spiegelt die neue Ausrichtung nach Forschungsschwerpunkten wider. Wir hoffen, mit den ausgewählten Themen Ihr Interesse an der Zukunft der Luftfahrt zu wecken, und wünschen Ihnen viel Freude mit unserem Jahrbuch 2014. Ihre/Ihr Insa Ottensmann/Prof. Dr. Mirko Hornung Which central developments and challenges does the aviation sector face in the future? The team at Bauhaus Luftfahrt took on this question and deﬁned the following four research themes taking into account societal development and technological options: “Operations”, “Alternative Fuels”, “Energy and Power Systems”, and “Systems and Aircraft Technology”. Within interdisciplinary projects, major research questions are identiﬁed and new solutions are analyzed. The successful “Technology Radar” contributes long-term technol- ogy options to these projects. Integrating these research themes into the organizational structure resulted in further improvement of the interdisci- plinary cooperation. New and groundbreaking ﬁndings were success- fully presented at the ILA in Berlin last year where Bauhaus Luftfahrt introduced the concept study of a so-called “Propulsive Fuselage” for the ﬁrst time. The concept, which intelligently integrates a third aero engine into the fuselage, was exhibited at the MTU Aero Engines stand. In cooperation with international partners a considerable potential for efﬁciency improvement could be demonstrated, which results from a stronger integration of propul- sion and aerodynamics. Also at ILA a world premiere was announced at the DLR booth: the thermochemical synthesis of ‘drop-in’ fuel from solar energy. Bauhaus Luftfahrt coordinates the EU project SOLAR-JET which focuses on the efﬁcient use of solar energy for the production of high quality fuels. For the ﬁrst time, kerosene was produced within a solar reactor using concentrated sunlight, water and carbon dioxide. This yearbook reﬂects the new alignment according to research themes. We hope that the selected topics attract your interest in the future of aviation and we hope you enjoy our 2014 yearbook. Your Insa Ottensmann/Prof. Dr. Mirko Hornung

13 Wegweisend für die langfristige Luftfahrtforschung The way forward in long-term aviation research Die Mission des Bauhaus Luftfahrt besteht darin, Innovationspotenziale zu identiﬁ zieren und langfristige Lösungen zu erarbeiten, die den zukünftigen Anforde- rungen der Mobilität, insbesondere im Bereich Luftfahrt, gerecht werden. Auf der Grundlage eines tiefen Ver- ständnisses der Nachfrage nach Mobilität und Luftver- kehr werden die Rahmenbedingungen analysiert, mit vielversprechenden Schlüsseltechnologien kombiniert und daraus neue Lösungsansätze entwickelt. Die Art der Herausforderung und der langfristige Zeithorizont bis 2050 erfordern einen interdisziplinären Ansatz wie den des Bauhaus Luftfahrt, dessen Teams die Kompetenz- bereiche Ökonomie, Sozialwissenschaften, Geograﬁ e, Physik, Chemie, Informatik und Luftfahrtingenieurwesen umfassen. Die Ergebnisse dieser einzigartigen Forschungs- arbeit sind häuﬁ g der Ausgangspunkt für einen produkti- ven Dialog zwischen Industrie und Wissenschaft. Ein gutes Beispiel hierfür war im Jahr 2014 die weltweit erste thermochemische Herstellung von „solarem“ Kerosin, die im Rahmen gemeinsamer Forschung von Wissenschaft und Industrie durchgeführt wurde. Grundlegende Forschungsarbeiten in den Bereichen Antriebstechnologie, eng gekoppelte integrierte Systeme und operationeller Betrieb sind die Voraussetzung für die Konzeption und Auslegung zukünftiger Transportsysteme, die ein schnelles, reibungsloses, kostengünstiges und umweltfreundliches Reisen in einer durch Megacitys geprägten Zukunft ermöglichen. Um neuartige qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen, wurden interdisziplinäre Forschungsschwer- punkte gebildet, in denen die Erkenntnisse der ver- schiedenen Forschungsthemen des Bauhaus Luftfahrt gebündelt werden. Unter der Anleitung erfahrener Forscher identiﬁ ziert und bewertet das junge Experten- team neue Ansätze, entwickelt Methoden, z. B. durch den Transfer aus anderen Bereichen, und bewertet die Machbarkeit neuer Konzepte, die weit über den aktuellen Stand der Forschung hinausgehen. Bauhaus Luftfahrt’s mission is to identify innovation potentials and changing social and technological boundary conditions for the long-term evolution of mobility and aviation. This is achieved by understand- ing demand within mobility and aviation and combining it with potential enabling technologies to develop novel solution concepts. The nature of the challenge and the long-term time horizon up to 2050 require an interdisciplinary approach, realized through an interplay of the entire Bauhaus Luftfahrt team with competencies related to economics, social science, geography, physics, chemistry, infor- mation science, and aerospace engineering. The beneﬁ cial by-product of undertaking and subsequently communicating the results of such unique inter- disciplinary work is that it sets the stage for both industry and academia to engage in a productive dialogue. A good example in 2014 was the ﬁ rst ever thermo- chemical production of “solar” kerosene which has been successfully demonstrated in academic-industrial collaborative research. Further, fundamental research in motive power generation, tightly coupled systems integration, and operations ensures the design of faster, seamless, cost-efﬁ cient, and ecologically friendly travel options in a future dominated by megacities. In order to achieve outcomes that are insightful, interdisciplinary research focus groups have been fashioned that serve to anchor and provide a focus to the various research topics undertaken by Bauhaus Luftfahrt. Under the guidance of senior experts our young talented team identiﬁ es and evaluates new approaches, develops new method- ologies, and assesses the feasibility of new concepts by integrating technologies and methodologies from outside the aviation domain and by tackling topics far beyond state-of-the-art research.

novel coating technologies thermoelectric energy recuperation frontiers of battery technology renewable lightweight materials 15 technology radar Zukunftstechnologien sind essen- Zukunftstechnologien sind essen- ziell für die Luftfahrt, um die He- ziell für die Luftfahrt, um die He- rausforderungen durch zunehmen- rausforderungen durch zunehmen- den Mobilitätsbedarf, begrenzte den Mobilitätsbedarf, begrenzte Ressourcen und Umwelteinﬂüsse Ressourcen und Umwelteinﬂüsse zu meistern. Eine frühzeitige Identi- zu meistern. Eine frühzeitige Identi- ﬁkation von designtreibenden oder disruptiven Entwicklungen ist die Aufgabe des „Technologieradars“, das die Technologiedomänen Ener- gie, Materialien, Photonik und Sen- sorik sowie Information beinhaltet. Wissenschaftliche Durchbrüche und technologische Entwicklun- gen aus allen Disziplinen werden hinsichtlich ihres Innovationspo- tenzials für die Luftfahrt untersucht. Auf dieser Basis können in wei- terführenden Studien schlüssige Gesamtkonzepte entwickelt und Forschungs- und Entwicklungsstra- tegien aufgezeigt werden. Future technologies are essential for aviation to meet the challenges of anticipated growth of mobility needs, limited resources, and envi- ronmental impact. The early identiﬁcation of disruptive developments or those that drive design is the task of the “technology radar”, which comprises the technology domains of energy, materials, photonics, and sensor technol- ogy as well as information. Scientiﬁc breakthroughs and technological developments from all disciplines are evalu- ated regarding their innovation potential for aviation. On this basis, conclusive overall concepts are developed in follow-up projects and their research and development strategies are highlighted.

16 technology radar Potenzial erneuerbarer Verbundstoffe im Flügeldesign Potential for renewable composites in wing design Die Suche nach erneuerbaren Alternativen zu kon- ventionellen faserverstärkten Kunststoffen (FVK) geriet in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung. Eine erste Bewertung durch das Bauhaus Luftfahrt zeigte, dass die mechani- schen Eigenschaften herkömmlicher FVK besser sind als jene von FVK mit Naturfasern oder lignin- basierten Carbonfasern. Zwei unterschiedliche Aspekte wurden deswegen zur Untersuchung von Strukturkomponenten aus erneuerbaren Rohstoffen verfolgt. Der Ansatz des „Einspulens“ alternativer Carbonfasern wurde 2013 vorgestellt: das erdöl- basierte Vorprodukt Acrylnitril wird ersetzt durch einen erneuerbaren Precursor, wodurch Carbon- fasern entstehen, deren Eigenschaften vergleichbar sind mit jenen konventioneller Carbonfasern. Der zweite Ansatz betrifft eine angepasste Auslegung der Komponenten, wodurch die mechanischen Eigenschaften von FVK mit Naturfasern anstatt Carbonfasern (über)kompensiert werden können. Eine Untersuchung der zweiten Alternative konnte das prinzipielle Potenzial von naturfaserverstärk- ten Kunststoffen (NFK) als lasttragende Komponen- ten aufzeigen. Eine mögliche Gewichtsreduktion durch die Verwendung erneuerbarer FVK in der Luftfahrt zum Beispiel im Flügelkasten konnte für einige Materialien nachgewiesen werden. Hinder- nisse für die tatsächliche Umsetzung sind mecha- nische Eigenschaften abgesehen von E-Modul und Festigkeit (und deren Streuung in Naturfasern), die Zertiﬁzierung neuer Materialien und Integrations- aspekte, wie zum Beispiel eine Reduktion des Tankvolumens aufgrund von Strukturen mit höherer Dicke. Die bisherigen Ergebnisse jedoch motivieren weitere Studien zu einer Optimierung der NFK und zu einer auf NFK angepassten Strukturauslegung. Erneuerbare faserverstärkte Kunststoffe können Gewicht sparen. Renewable ﬁber-reinforced plastics can save weight. In recent years research for sustainable alterna- tives to conventional ﬁber-reinforced polymers (FRP) has attracted much attention. A ﬁrst assess- ment has shown that conventional composites are still superior to materials made with natural ﬁbers and lignin-based carbon ﬁbers. This encouraged two different approaches for primary structural components for aviation based on renewable raw materials. First, the ”loom-in“ approach for alternative carbon ﬁbers for high- performance FRP was presented in 2013; the commonly used petrol-based acrylonitrile precursor for the fabrication of carbon ﬁbers is then replaced by a renewable one, resulting in carbon ﬁbers with properties comparable to conventional carbon ﬁbers. Second, component design is modiﬁed in order to (over-)compensate for possible inferior mechanical material properties when using natural ﬁbers like hemp or sisal instead of carbon ﬁbers. An analysis of the second alternative has shown the potential of natural ﬁber composites (NFC) to be used in load-bearing components in principle. In some ﬁber-matrix combinations the prospect of weight reduction by using renewable composites was demonstrated. However, some implementa- tion hurdles are (1) additional mechanical require- ments apart from Young’s modulus and strength (and their scatter in natural ﬁbers), (2) certiﬁcation of new materials, and (3) integration aspects such as tank volume reduction due to thicker structures. The results are convincing enough to initiate further studies on the optimization in composite design and on a dedicated structural layout beyond the models used in this study.

17 ”Good material properties but heavy structure“ s e i t r e p o r p l a i r e t a m l a c i n a h c e M ”Ideal material“ Reference material Reduction in structural weight ”Worse overall“ Materials for competitive structures ) g k / m N M ( P / E 50 40 30 0 20 3000 2000 1000 -1000 -2000 -3000 ∆m (kg) 10 0 Ref. 7000 Epoxy/Hemp Epoxy/Flax Epoxy/Ramie PLA/Hemp PLA/Flax PLA/Ramie Structural wingbox model Tornado model Materialien im Leichtbau-Test Die Leichtbau-Eigenschaften von Materialien lassen sich in vier Quadranten einteilen: „Insgesamt schlecht“ (gewöhnliche Kunststoffe, Papier) „Gut, aber schwer“ (Stahl, Diamant) „Ideales Material“ (CFK) „Materialien für alternative Strukturen“ Letzteres eröffnet neue Möglichkeiten für alternative Materialien. Materials in lightweight test The performance of future renewable materials in lightweight structures falls into one of four categories: ”Worse overall“ (common polymers, paper) ”Good material, heavy structure“ (steel, diamond) ”Ideal material“ (CFRP) ”Materials for competitive structures“. The latter opens up new possibilities for new materials to be analyzed Ergebnisse der untersuchten Verbund- werkstoffe entsprechend dem vor- geschlagenen „Quadranten-Schema“ Obwohl Komposite mit Ramie-Fasern einen niedrigeren E-Modul als Aluminium aufweisen, kann ihre Anwendung im Flügelkasten möglicherweise zu einer Gewichtsreduktion führen. Results for the materials studied according to the proposed quadrant scheme Although composites with ramie ﬁbers have a lower speciﬁc Young’s modulus than aluminum, their application as a material for wing boxes indicates a weight saving potential. Leichtbau im Flügeldesign Finite-Elemente-Modell von Flügelaußenhaut und -holmen, das als Anwendungsfall zur Ver- wendung erneuerbarer Materialien im Flugzeug- bau verwendet wurde. Lightweight wing design Finite element model of spars and skin of the reference wing which serves as an assessment case for renewable lightweight materials.

18 technology radar Kosmische Strahlen- exposition: Relevanz für Hyperschallﬂüge Cosmic radiation exposure: relevance for hypersonic ﬂights Ein wesentlicher Treiber für die Entwicklung des Luftverkehrs ist die Reduktion der Reisezeit. Zu- künftige Hyperschallkonzepte versprechen Punkt- zu-Punkt-Verbindungen über die größten interkon- tinentalen Distanzen in wenigen Flugstunden. Die Analyse der technologischen Anforderungen und des Innovationsbedarfs beinhaltet unter anderem die Untersuchung der Relevanz der kosmischen Strahlungsexposition für Besatzung, Passagiere und Bordelektronik. Seit 2011 stellt das Bauhaus Luftfahrt Entwick- lungstrends wie wachsende Flughöhen und zu- nehmende Polarroutennutzung der daraus resultie- renden erhöhten kosmischen Strahlenbelastung gegenüber und untersucht Synergiepotenziale von Zukunftstechnologien für zugleich nachhaltiges und strahlungsarmes Fliegen. Hierbei zeigte sich, dass beispielsweise als neue Strukturmaterialien diskutierte Nanokomposite und Wasserstoff als alternativer Kraftstoff von besonderer Bedeutung sein können. Höhere Fluggeschwindigkeiten gehen einher mit größeren Flughöhen, was zu erhöhten Strahlungs- intensitäten führt. Gleichzeitig verringern sich die Flugdauer und damit die Strahlungsexpositions- zeit. Eine Untersuchung dieses Trade-offs für repräsentative interkontinentale Missionen hat ergeben, dass zu gewissen Zeiten im Sonnenzyklus die stark verkürzte Flugzeit auf Trajektorien mit (zum Teil) Hyperschallgeschwindigkeit die höheren Strahlungsintensitäten kompensieren und sogar geringere Strahlungsdosen bewirken kann. Aller- dings ist die Besatzung für feste Blockzeiten deutlich höheren Dosen ausgesetzt. Ökonomische Vorteile könnten durch Strahlenschutzkonzepte erzielt werden, die auch eine Vermeidung ver- mehrter Ausfälle von Hyperschallﬂügen während Sonnenstürmen erlauben würden. Größere Flug- höhen können eine geringere kosmische Strahlungsexpo- sition bedeuten – aufgrund der höheren Flug- geschwindigkeit. Higher ﬂight altitudes can imply a lower cosmic radiation exposure due to the higher ﬂight velocity. A key driver for air transportation development is the reduction of journey time. Concepts of future hypersonic commercial aircraft promise point-to- point travel over the largest intercontinental distances in at most a few hours’ ﬂight time. The analysis of technological requirements and of innovation needs includes the investigation of the relevance of cosmic radiation exposure for aircrew, passengers, and aircraft electronics. Since 2011, Bauhaus Luftfahrt has contrasted ongoing trends such as growing ﬂight altitudes and polar route frequencies with the resulting enhanced cosmic radiation exposure and has investigated synergy potentials of future aviation technologies for sustainable air trafﬁc growth at low radiation levels. Here, it has been shown that, for instance, nanocomposites as novel structural materials and hydrogen as an alterna- tive fuel may be of special relevance. Higher ﬂight velocities go along with higher ﬂight altitudes, which lead to enhanced radiation intensities. Simultaneously, reduced durations of ﬂight as well as radiation exposure times emerge. An investigation of this trade-off for representa- tive intercontinental missions revealed that at speciﬁc times in the solar cycle the strongly shortened ﬂight times on trajectories with (partly) hypersonic cruise compensate for the enhanced radiation intensities and may even yield lower radiation doses. However, for ﬁxed block hours, air crews are subject to signiﬁcantly larger doses. Economic beneﬁts could be achieved by means of radiation protection concepts that would also allow an increased number of canceled hypersonic ﬂights during solar storms to be avoided.

19 Potenzierte Strahlung in der Höhe Typische Bereiche von Reiseﬂughöhen ausgewählter Flugzeugkonzepte und Höhenabhängigkeit der kosmischen Strahlungszählrate bei unter- schiedlichen geograﬁschen Breiten. Die Strahlungsexposition nimmt bis zu einer Höhe von 20 – 25 km stark zu und ist an den Polen maximal. Da zur Vermeidung von Lärmbelästigung zukünftige interkontinentale Hyperschallmissionen typischerweise über nicht oder dünn besiedeltem Gebiet wie großen Wasserﬂächen nahe der Pole verlaufen, ist die mittlere Strahlungszählrate hier im Reiseﬂug bis zu dreimal größer als auf heu- tigen Reiseﬂughöhen. ] m k [ e d u t i t l A Potentiated radiation at height Typical range of cruise altitudes of selected aircraft concepts and altitude dependence of the cosmic radiation count rate at various geographical latitudes. Up to 20 – 25 km above ground, the radiation exposure grows strongly with altitude and is maximal at the poles. In order to avoid noise disturbance, future intercontinental hypersonic trajectories are typically restricted to ﬂying over areas with low or no population density like large water expanses close to the poles. As a result, the average radiation count rate during cruise is up to three times higher than at current cruising altitudes. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Mach number Mid-latitudes North polar region LAPCAT- MR1 ZEHST Tu-260 LAPCAT -A2 Concorde A 380 South polar region 0 1000 2000 3000 4000 Cosmic radiation count rate [min-1] Cruising altitudes Radiation count rates Brüssel – Sydney im Vergleich Brüssel – Sydney, eine repräsentative interkontinentale Mission von LAPCAT (Long-term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), einer im Rahmen der Europäischen Kommission durchgeführten Studie bis 2008, a) in westlicher Richtung über die Beringstraße zur Vermeidung von Lärmbelästigung im Hyperschallreiseﬂug mit Mach 5 (längste Strecke), b) in östlicher Richtung aufgrund der Bevölkerungsdichte bis Wolgograd mit Unterschallgeschwindigkeit und dann bis Sydney mit Überschallgeschwindigkeit mit Mach 4.5 (kürzeste Strecke). Ebenfalls eingezeichnet ist die heutige Referenzstrecke c) für Unterschallﬂug in östlicher Richtung mit Zwischenstopp in Abu Dhabi (zweitlängste Strecke). Die Trajektorien a) und b) mit (zum Teil) Überschallgeschwindigkeit weisen aufgrund der deutlich reduzierten Flugzeit zu gewissen Zeiten im Sonnenzyklus etwa 60 % geringere integrierte Strahlungsdosen auf als die Referenzmission c), obwohl sie zum Teil weitere Distanzen bei größeren geograﬁschen Breiten und damit bei höherer Strahlenbelastung zurücklegen. Brussels – Sydney in comparison Brussels – Sydney, a representative mission of LAPCAT (Long-term Advanced Propulsion Concepts and Technolo- gies), a study conducted in the framework of the European Commission until 2008, a) in western direction over the Bering Strait to avoid noise disturbance during hypersonic cruise with Mach 5 (longest distance), b) in eastern direction up to Volgograd with subsonic velocity due to the population density and then with supersonic velocity with Mach 4.5 to Sydney (shortest distance). Also depicted is the current reference trajectory c) for subsonic cruise in eastern direction with refueling stop in Abu Dhabi (second longest distance). Due to the signiﬁcantly reduced ﬂight times, the trajectories a) and b) with hypersonic / partly supersonic cruise would be subject to roughly 60 % lower integrated radiation doses compared with the reference mission c) during speciﬁc times in the solar cycle. This is the case even though partly longer distances at larger geographic latitudes are encountered, which are associated with enhanced radiation exposure. D~16,700 km Bering Strait D~18,730 km b) a) Brussels Abu Dhabi c) Sydney Dtotal~ 5,160 km + 12,100 km = 17,260 km

21 Der Forschungsschwerpunkt „Operations“ befasst sich mit den veränderten Randbe- dingungen der Mobilität der Zukunft sowie den entsprechenden Implikationen auf den Luftverkehr. Neben Fragestellungen zu künftigen Bedürfnissen von Passagieren, Fluggesellschaften und Flughäfen werden auch neue Prozesse im Betrieb der Luftfahr- zeuge untersucht. Vielversprechende Technologien und Ansätze, wie neuartige Betriebsabläufe oder Geschäftsmodelle, werden in das Lufttransportsystem imple- mentiert und ihr Effekt auf operationeller Ebene bewertet. Auf dieser Basis werden Efﬁ zienzpotenziale identiﬁ ziert und Hand- lungsempfehlungen für die unterschiedli- chen Akteure der Luftfahrt formuliert. The research theme “Operations” investi- gates the implication for air transportation based on future mobility conditions. Besides research questions concerning future requirements of passengers, airlines, and airports, novel processes related to aircraft operation are analyzed. Promising technologies and approaches, such as novel airside operations or business models, are implemented in the air trans- port system and evaluated on an operation- al level. The results identify efﬁ ciency potentials, and hence recommendations for different stakeholders of the air transport system can be given. alliances of transport providers with internet companies travel by air and rail with one single ticket

22 operations Virtualisierung des Luftverkehrs 2025+ Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme der Technischen Universität München und Airbus hat das Bauhaus Luftfahrt im Jahr 2014 eine Szenariostudie zum Thema „Virtualisierung des Luftverkehrs 2025 +“ durchgeführt. Da immer mehr Passagiere über mobile Kommunikationsgeräte verfügen, gibt es bereits jetzt viele Technologien, die es ihnen ermöglichen, online zu bleiben und/ oder die reale Welt zu simulieren. Unklar ist derzeit allerdings, wie sich die zunehmende Virtualisierung auf das Reisen und die Entwicklung des Transport- systems bis 2025 auswirken könnte. Unter Anlei- tung von Experten haben die Studenten drei Szenarien entwickelt. Der Fokus lag dabei auf folgenden Faktoren: Passagierverhalten, Angebot und Verbreitung virtueller Produkte, Datensicher- heit und entsprechende gesetzliche Regelungen sowie Positionierung bestehender und neuer Luft- verkehrsunternehmen. In einem der Szenarien kommt es infolge massiver Cyberangriffe zu einer globalen Harmonisierung der Datenschutzgesetze. Dadurch nimmt die Datensicherheit zu, die Ver- braucher gewinnen Vertrauen und teilen ihre Daten bereitwillig. Transportdienstleister bilden Allianzen mit Internetﬁrmen, um neue virtuelle Produkte oder Dienstleistungen zu entwickeln. Im Lauf der Zeit nimmt der Wettbewerb stark zu, und nur wenige starke Allianzen (z. B. Google & Star Alliance vs. Apple & One World) überleben. In diesem Szenario kommt es für die Unternehmen v. a. darauf an, das Potenzial der Virtualisierung möglichst früh zu erkennen und potenzielle Kooperationpartner zu identiﬁzieren, um in Zukunft eine starke Position einzunehmen. Da sich schwer vorhersehen lässt, wie sich die Virtualisierung weiter entwickelt, bieten Szenarien eine gute Grundlage, um über Implikationen für Unternehmen und die Politik nachzudenken. Apple You Tube Google Face- book Die richtigen Kooperations- partner sichern den Unternehmen eine starke Position. The right cooperation partners secure the company a strong position. Virtualization of air transport 2025+ Together with the Institute of Aircraft Design at Technische Universität München and Airbus, Bauhaus Luftfahrt carried out a scenario study on “Virtualization of Air Transport 2025 +” in 2014. As more and more people are using mobile devic- es, new technologies are developed that allow the customer to stay connected and/or simulate the real world. Yet it is still unclear how this will impact travel behavior and experience. The goal was to consider how the transport system could develop in the process of increased virtualization until 2025. Under guidance from experts the students developed three scenarios, putting a focus on behavior of passengers, supply and diffusion of virtual products, data security and regulation as well as the position of incumbent and potential new players in aviation. In one scenario, for example, massive cyber attacks cause the declaration of globally harmonized laws on data security. As these laws can effectively guarantee data security, consumers gain conﬁdence and share data more readily. Transport providers form alliances with internet companies to develop new virtual products and services. Over time competition becomes so ﬁerce that only a few alliances survive (e.g., Google & Star Alliance vs. Apple & Oneworld). In such a scenario it is essential for airlines to identify the potential of virtualization and consider cooperation with new partners from early on to assume a strong position. As it is hard to predict how virtualization may develop further, the scenarios offer a good basis to think about implications for business and politics.

24 operations „Neue Wege“ für den Luftverkehr als Bestand- teil eines reibungslosen Transportsystems Urbanisierung, die wachsende Nachfrage nach Mobilität, diversiﬁzierte Passagierbedürfnisse und neue Informationstechnologien stellen Herausforde- rungen an das zukünftige Transportsystem dar. Daher verfolgte das Bauhaus Luftfahrt einen neuen Ansatz zur Entwicklung und Bewertung von Konzeptideen speziell für die Luftfahrt, um ein reibungsloses Transportsystem zu gewährleisten. In enger Zusammenarbeit mit zwei europäischen Produktdesign-Universitäten entwickelte das Bauhaus Luftfahrt neue Lösungen zur Verbesserung der Anbindung von Flughäfen. Der Fokus lag auf der Bewertung und Auswahl vielversprechender Konzepte durch ein Expertengremium aus der Boden- und Lufttransportindustrie. Anschließend wurden die für die Realisierung der ausgewählten Konzepte erforderlichen Schlüsseltechnologien und treibenden Industrien identiﬁziert sowie potenzielle Vor- und Nachteile für die einzelnen Akteure in der gesamten Transportkette abgeleitet. Eines der Konzepte zielt z. B. darauf ab, die bestehenden Gleisﬂächen an Bahnhöfen mit einem Flughafen in der Größe eines Regionalﬂughafens zu überbauen, um Reisezeiten von und zu den Flug häfen signiﬁkant reduzieren zu können. Ein weiterer Schritt in Richtung eines nahtlosen Transports bilden die Forschungsaktivitäten im Bereich der Bewertung neuer Reisedienstleistun- gen, die z. B. Schienen- und Luftverkehr durch ein einziges Ticket für Zug- und Flugstrecke besser miteinander verbinden. Zur Bewertung der Leis- tungsfähigkeit von intermodalen Konzepten wurden passagierorientierte Indikatoren entwickelt und angewendet. Hierdurch konnten Ansatzpunkte zur Verbesserung und Weiterentwicklung der intermo- dalen Konzepte aufgezeigt werden: Das größte Potenzial besteht hierfür derzeit v. a. in einer ver- kehrsträgerübergreifenden Reisekette, insbeson- dere in einem integrierten Planungs-, Buchungs- und Ticketingsystem sowie in der klaren Zuordnung von Verantwortlichkeiten, z. B. bei Verspätungen. Warum nicht ein einziges Ticket für die Reise von Haus- tür zu Haustür? Why not a single ticket for the door-to-door trip? r & R a i l - T i c A i t e k A i l r & R a i - T i c k e t “New ways“ to reconﬁgure aviation into seamless, hassle- free transportation Urbanization paired with a growing demand for mobility together with diversiﬁed personal needs and new information technologies place challeng- es on the transportation system. Bauhaus Luft- fahrt successfully conducted a novel approach for the development and assessment of potential concepts for aviation to be embedded into a seamless, hassle-free transportation system. Together with two teams of different product design universities Bauhaus Luftfahrt developed new solutions to improve airport and aircraft access. In the approach, a broad panel of industrial experts related to ground as well as air trans- port laid the foundation for the assessment and selection of the most promising concepts. More- over, Bauhaus Luftfahrt identiﬁed key enabling technologies and industrial drivers for concept realization as well as potential beneﬁts for trans- portation stakeholders. For example, one of the concepts evaluated the constructional integration of regional airports and inner city train stations to shorten airport access times. At Bauhaus Luftfahrt further focus is placed on assessing new travel concepts providing a more seamless journey for the passenger, e.g., traveling by air and rail with only one ticket. An innovative set of performance indicators with particular emphasis on the passenger perspective has been developed, making it possible to benchmark intermodal concepts. These indicators support the identiﬁcation of levers to further enhance inter- modal transport concepts: Integrated journey planning, joint booking and ticketing as well as a clear assignment of liability along the journey demonstrate the highest improvement potential, for example in the event of delays.

Der Innenstadt-Flughafen The inner city airport 25 Nutzung bestehender Gleisﬂ ächen für das Konzept eines Innenstadtﬂ ughafens: In fünf Ebenen vom Zug zum Abﬂ ug. The inner city airport concept built upon existing rail yards based on ﬁ ve levels from train platform to runway. Baggage through-handling Predictability of passenger journey 4 3 2 1 0 Integrated journey planning Concept A Concept B Concept C Concept D Quality of physical platform for interchange Joint booking and ticketing Journey time and costs Liability issues Passagierorientierte Bewertungsmethodik … unterschiedlicher Konzepte für ein reibungsloses Transportsystem Passenger-oriented assessment methodology … of new travel concepts providing a more seamless journey for the passenger

26 operations Geringer Wettbewerb im Bereich des Originär- verkehrs für europäische Drehkreuzﬂughäfen Traditionell wird bei Flughäfen von beachtlicher Marktmacht ausgegangen. Die Liberalisierung des Luftverkehrsmarktes hat jedoch insofern zu mehr Wettbewerb geführt, als Fluggesellschaften und Passagiere eine größere Anzahl an Flughäfen zur Auswahl haben. Heutzutage kann ein großer Teil der Passagiere in Europa innerhalb von zwei Stun- den Fahrzeit mindestens zwei Flughäfen erreichen. Zudem werden viele gleiche Destinationen von den Flughäfen im entsprechenden Einzugsgebiet ange- boten. Eine Studie am Bauhaus Luftfahrt unter- sucht die Marktkonzentration im Hinblick auf den Originärverkehr an den 25 größten europäischen Drehkreuzﬂughäfen. Zur Untersuchung der Vertei- lung der angebotenen Ziele innerhalb eines Ein- zugsgebiets wurde der Herﬁndahl-Hirschman-Index (HHI) verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass der Originärverkehr innerhalb des Einzugsgebiets nach wie vor sehr stark an den Drehkreuzﬂughäfen konzentriert ist und somit Marktmacht besteht (siehe Abb. 2). Um ein vollständiges und detailliertes Bild der Marktstruktur zu erlangen, ist eine Untersuchung des Transferverkehrs erforderlich, da Passagiere, deren Reise eine Umsteigeverbindung beinhaltet, zumeist verschiedene Alternativen haben. Der Fokus der weiteren Arbeit wird deshalb darauf liegen, das Maß an Überlappung zwischen den angebotenen Verbindungen zu analysieren. Die meisten Europäer können innerhalb von zwei Stunden Fahrzeit mindes- tens zwei Flug- häfen erreichen. Most Europeans can reach at least two airports within two hours‘ drive. European hub airports face low level of competition for their originating trafﬁc Traditionally, airports have had considerable market power. However, as liberalization of air transport has spurred competition over the last years, it has been claimed that airlines and passen- gers now have more choices to switch between airports, thereby increasing competition. Today most European passengers have access to at least two airports within two hours’ driving time, and destinations offered at the major hub airports increasingly overlap with nearby airports. Yet it is still unclear if this has really constrained the market power of hub airports. A study at Bauhaus Luftfahrt is analyzing airport market concentration in originating passenger trafﬁc for the 25 largest hubs in Europe. The focus is on analyzing how certain travel destinations are distributed among airports applying classical economic indicators such as the Herﬁndahl Hirschman Index (HHI). The results clearly show that trafﬁc is still highly concentrated within each catchment area, indicating strong market power (see ﬁgure 2). In order to obtain a comprehensive picture of the airports’ market structure, it is furthermore essential to assess competition on the transfer passenger market since these travelers have multiple airport options to connect between ﬂights. The focus in the next step will be on the identiﬁca- tion of the degree of connection overlap between European hub airports.

27 (Abb. 1) Herﬁndahl-Hirschman-Index für ausgewählte Drehkreuzﬂughäfen (Fig. 1) Herﬁndahl Hirschman Index for selected hub airports 1,00 0,98 0,98 0,94 0,93 0,84 0,84 0,84 0,84 0,80 0,78 0,72 0,72 0,69 0,69 0,67 0,64 0,62 0,60 0,60 0,58 HHI route speciﬁc HHI regional speciﬁc 0,46 0,43 0,38 0,27 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 LIS ATH MAD CPH BCN HEL CDG PRG ARN FCO IST VIE OSL MUC LHR TXL FRA ZRH DUB MXP AMS MAN LGW BRU DUS Der HHI berechnet die Summe der quadrierten Marktanteile aller Firmen im Markt und kann Werte von 0 bis 1 annehmen. Ersteres weist auf starken Wettbewerb und Letzteres auf eine Monopol- industrie hin. In dieser speziﬁschen Studie wird der HHI zum einen auf regionaler Ebene und zum anderen für individuelle Routen berechnet. Hier werden alle angebotenen Verbindungen von den Flughäfen im Einzugsgebiet in Bezug auf angebotene Sitze analysiert. The HHI calculates the sum of the squared market shares of all companies in the market and ranges from 0 implying perfect compe- tition to 1 indicating a monopoly industry. The HHI is calculated on a regional level, i.e., considering all geographical regions such as the EU or North America, and on a route-speciﬁc level. Here, every city pair served from each airport within the catchment market is analyzed in terms of seat capacity concentration. 200 km (Abb. 2) Einzugsgebiet Flughafen Frankfurt (Fig. 2) Frankfurt Airport catchment area EINDHOVEN DTM PAD BIELEFELD DUS N O R D R H E I N - W E S T F A L E N DORTMUND CGN D E U T S C H L A N D LÜTTICH H E S S E N 100 km FRANKFURT AM MAIN FRA FRANKFURT FLUGHAFEN HHN L U X E M B U R G LUX ZQW SCN MHG NUE FKB STUTTGART STR SXB BADEN-WÜRTTEMBERG

28 operations Datensicherheit im Luftfahrtsystem Data security in the air transport system Auch in der zivilen Luftfahrt nimmt die Nutzung von Datennetzwerken, Computersystemen und Naviga- tionssystemen kontinuierlich zu. Obwohl Fliegen insgesamt immer sicherer wird, entstehen durch die zunehmende Vernetzung der Komponenten des Luftverkehrssystems (z. B. Flugzeug, Flughafen, Flugverkehrskontrolle) neue Risiken. Ein komplexes Informations- und Kommunikationssystem stellt einen konstanten Austausch innerhalb des Systems sicher, z. B. zwischen Flugzeugen im Landeanﬂug und dem Tower. Ein reibungsloser Abfertigungs- prozess von Flugzeugen ist ebenfalls auf robuste Datenschnittstellen zwischen Flughäfen, Boden- abfertigungspersonal und Fluggesellschaften angewiesen. Manipulierte Daten oder Fehler in der Übertragung können gravierende Störungen des Luftverkehrs zur Folge haben. Bisher wurde Datensicherheit meist speziﬁsch für bestimmte Stakeholder betrachtet. Dieser Ansatz greift jedoch zu kurz: Aufgrund des hohen Vernet- zungsgrads müssen die Risiken auf Gesamtsystem- ebene betrachtet und ein gemeinsames Verständnis der beteiligten Akteure über mögliche Bedrohungen erreicht werden, um effektive Sicherheitskonzepte entwickeln zu können. Im Rahmen des durch das Bayerische Luftfahrtforschungsprogramm geförder- ten Projekts „Air Trafﬁc Resilience“ (ARIEL) erforscht das Bauhaus Luftfahrt zusammen mit verschiedenen Konsortialpartnern, wie die Widerstandsfähigkeit des Luftverkehrs im Bereich Datensicherheit erhöht werden kann. Dabei werden neue Bedrohungspo- tenziale identiﬁziert und die hiermit verbundenen Risiken im Hinblick auf ausgewählte Szenarien bewertet. Das Forschungs- projekt ARIEL ver- folgt einen ganz- heitlichen Ansatz zur Verbesserung der Widerstands- fähigkeit der Luft- fahrt in Bezug auf Datensicherheit. ARIEL AIR TRAFFIC RESILIENCE The research project ARIEL pursues a holistic approach to strengthen the resilience of the air transport system concern- ing data security. The use of data networks as well as computer and navigation systems is continually increasing in civil aviation. Although ﬂying as such has become increasingly safe, new risks arise from the growing interconnectedness of components of the air transport system (e.g., aircraft, airport, air trafﬁc control). A complex information and communication system ensures the constant data exchange within this system, for example between approaching aircraft and the airport tower. A smooth aircraft turnaround process also relies on robust data interfaces between airport, ground handling personnel, and airline. Manipulated data or transmission errors can lead to severe disturbances of air trafﬁc. Up to now, data security has often been addressed from and limited to the perspective of speciﬁc stakeholders. But this approach does not reach far enough: Due to the high level of connectivity, risks related to information and data security need to be addressed on an overall system level. In order to develop effective security concepts, it is further- more important that the involved stakeholders have reached a common understanding of possible threats. In the context of the research project “Air Trafﬁc Resilience” (ARIEL), which is funded by the Bavarian Aeronautical Research Programme, Bauhaus Luftfahrt investigates together with its consortium partners how aviation’s robustness in the area of data security can be enhanced. To this end, new potential threats are identiﬁed and related risks evaluated.

29 Datenvernetzte Abfertigungsstationen Data-networked dispatch stations Airline Data exchange through information management systems Airport Ground handler Ein kontinuierlicher Datenaustausch zwischen verschiedenen Komponenten des Luftfahrtsystems stellt die koordinierte Abfertigung von Flugzeugen sicher. Continuous exchange along multiple data links between different components of the air transport system ensures the coordinated turnaround of aircraft. Effektive Sicherheitskonzepte Durch die wachsende Vernetzung der Daten im Luftverkehr entstehen neue Bedrohungspotenziale. Effective security concepts The growing integration of data in air trafﬁ c creates new potential threats.

life cycle analyses land-use change water footprint 31 Erneuerbare Alternativen zu konven- tionellem Kerosin rücken aus ökolo- gischen und ökonomischen Gründen in zunehmendem Maße in den Fokus der Luftfahrt. Der Forschungsschwerpunkt „Alternative Fuels“ am Bauhaus Luft- fahrt konzentriert sich in der komplexen und vielfältigen Forschungs- und Ent- wicklungslandschaft auf die zentralen Fragestellungen des globalen, nach- haltigen Produktionspotenzials bio- massebasierter Kraftstoffe und die langfristig vielversprechenden Optionen jenseits „klassischer“ Biomasse. Dabei werden in einem ganzheitlichen Ansatz die individuellen ökologischen, ökono- mischen und technischen Charakte- ristika unterschiedlicher Produktions- pfade bewertet. sustainability For ecological and economic reasons, renewable alternatives to conventional jet fuel have moved into the focus of interest of the aviation industry. Within the rapidly growing landscape of research and development in this ﬁ eld, several key questions arise that are addressed in the research theme “Alternative Fuels” at Bauhaus Luftfahrt. These questions are related to the global sustainable production potential of biomass-based fuels and to promising long-term options for renewable fuels beyond “conventional” biomass feed- stocks. The individual economic, ecological, and technical characteris- tics of different fuel production path- ways are assessed in a holistic multiple- criteria scheme. cost competitiveness economies of scale economics

32 alternative fuels Das SOLAR-JET-Projekt: Weltweit erstmalige Synthese von „solarem“ Kerosin Im Rahmen des EU-Forschungsprojektes SOLAR- JET1 wurde das weltweit erste „solare“ Kerosin aus konzentrierter Strahlung, CO2 und Wasser von Forschern des Bauhaus Luftfahrt, der ETH Zürich, des DLR und des Industriepartners Shell hergestellt. Damit wird eine besonders efﬁ ziente Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung hoch- wertiger Kraftstoffe möglich. Durch eine Weiterentwicklung des thermochemi- schen Konversionsprozesses konnte in Experimen- ten an der ETH unter Mithilfe von Forschern des Bauhaus Luftfahrt Synthesegas (CO und H2) produziert werden, welches von Shell in einer Fischer-Tropsch-Synthese in ﬂ üssige Kohlenwasser- stoffe mit einem hohen Anteil Kerosins umge- wandelt wurde. Damit war eine Weltneuheit demonstriert: die thermochemische Speicherung von Strahlungsenergie in Form „drop-in“-fähiger Kraftstoffe. Als nächste Schritte unterstützt das Bauhaus Luftfahrt die Weiterentwicklung zur Verbesserung des Wirkungsgrades und die Demonstration des Kraftstoffpfades in einer Pilotanlage an einem sonnenreichen Standort. 1 Das Projekt SOLAR-JET (Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel) wird von der Europäischen Union im 7. Rahmenprogramm (FP7/2007 – 2013) unter der Förderbescheid-Nr. 285098 gefördert. The SOLAR-JET project: The world‘s ﬁ rst “solar” kerosene Weltweit erstes „solares“ Kerosin Fischer-Tropsch-Produkte aus „solarem“ Synthese- gas – langkettige Kohlenwasserstoffe (Wachse, links) und ﬂ üssige Kohlen- wasserstoffe mit Wasser (Mitte). Rechts: Endprodukt mit hohem Kerosinanteil aus dem „Hydrocracking“- Prozess. The world’s ﬁ rst “solar” kerosene Direct Fischer-Tropsch products from “solar” synthesis gas–long-chained solid hydrocarbons (waxes, left) and a mixture of liquid hydrocarbons and water (center). Right: Final product after “hydrocracking” containing a large share of kerosene. The EU research project SOLAR-JET 1 demon- strated the production of the world’s ﬁ rst “solar” kerosene. The FP7 project was initiated by its coordinator Bauhaus Luftfahrt and joins ETH Zurich, DLR, and Shell in order to research the synthesis of kerosene from CO2, water, and concentrated radiative energy. The process provides a particularly efﬁ cient pathway to jet fuel production from solar energy. The recent success was, for the most part, a result of continued research on thermochemical processes at ETH Zurich. Bauhaus Luftfahrt re- searchers assisted with the experimental produc- tion of syngas (CO and H2) at ETH Zurich, which was sufﬁ cient to run a Fischer-Tropsch synthesis at the Shell Laboratories in Amsterdam. The fuel synthesis was optimized to produce a large share of kerosene. The entire process chain proved the novelty to the world: Concentrated solar energy was stored via thermochemical reactions in the form of drop-in capable fuel for the ﬁ rst time. Bauhaus Luftfahrt will continue to promote the process towards commercialization. The next steps aim at higher energy conversion efﬁ ciencies and the development of an up-scaled solar fuel production facility at a suitable location with excellent solar resources. 1 The project SOLAR-JET (Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable Jet fuel) receives funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007–2013) under grant agreement no. 285098.

33 Darstellung des Produktionspfades Von links nach rechts: Im Solarreaktor wird mithilfe von konzentriertem Sonnenlicht aus Wasser und CO2 Synthesegas hergestellt, das im Fischer-Tropsch-Reaktor zu Kohlenwasserstoffen mit hohem Kerosin- anteil als „solarem Kraftstoff“ umgewandelt wird. Diagram of the solar fuel path From left to right: H2O and CO2 are reduced to H2 and CO (synthesis gas) within the solar-thermochemical reactor. The synthesis gas is further processed into “solar kerosene” via Fischer-Tropsch synthesis. Solarreaktor Solar reactor Fischer-Tropsch-Reaktor Fischer-Tropsch reactor Kraftstoff Fuel CO, H2 CO2, H2O Link zur Webseite des SOLAR-JET- Projekts: www.solar-jet.aero Link to the SOLAR-JET project website: www.solar-jet.aero Zukünftige indus- trielle solare Kraft- stoffproduktion Schematische Darstellung einer Anlage zur industriellen Produktion solarer Kraftstoffe. Neben einer deutlichen Steigerung des thermo- chemischen Wirkungsgrades muss der Synthesegas-Durchsatz erheb- lich vergrößert werden, um eine kommerziell attraktive Kraftstoff- synthese zu ermöglichen. H2O CO2 Sunlight Syngas CxHy FT H2O/CO2 CO2/H2O capt./Storage Concen- tration Thermo- chemistry Gas storage Fischer- Tropsch Work Heat O2 Com- bustion Future industrial solar fuel plant Schematics of a future plant for industrial solar fuel production. A substantial increase of the thermochemical energy conversion efﬁciency and considerable scaling of the synthesis gas throughput are required in order to achieve a commercially attractive synthesis of solar fuels.

34 alternative fuels Das weltweite nachhaltige Biokraftstoffpotenzial Verlässliche Informationen über Biokraftstoffpoten- ziale bilden ein wichtiges Fundament für strategi- sche Entscheidungen zur Entwicklung erneuerbarer Energien. Bisherige Studien hierzu sind jedoch mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Daher hat Bauhaus Luftfahrt seine Expertise auf dem Gebiet der Potenzialabschätzung von Biokraftstoffen weiter ausgebaut. Bereits 2013 konnte auf der Grundlage der zuvor errechneten theoretischen Landverfügbar- keit ein erstes nachhaltiges Potenzial von Flüssig- kraftstoffen aus Jatropha-Samen und Plantagenholz bestimmt werden. Im vergangenen Jahr haben nun die Forscher ihren geowissenschaftlichen Ansatz fortentwickelt: Mit insgesamt 37 Pﬂanzenarten wurde das derzeit wohl umfassendste Kompendium zu Standortanforde- rungen und Erträgen von Energiepﬂanzen erstellt. Auf dessen Basis wurden hochaufgelöste Kartie- rungen der klimatischen und bodenkundlichen Eignung von Landﬂächen für jede einzelne Pﬂanzen- art durchgeführt. Die daraus resultierenden Karten wurden in einem geograﬁschen Informationssystem übereinandergelegt und verarbeitet. Auf diese Weise konnte für jede potenziell verfügbare landwirtschaftliche Fläche auf der Erde die jeweils bestgeeignete und produktivste Energiepﬂanze identiﬁziert werden. Die Summe aller Erträge ergab ein nachhaltiges Biokraftstoffpotenzial von gegenwärtig 124 Exajoule (124 x 1018 J) pro Jahr, was in etwa dem Zwölffachen des weltweiten Gesamtverbrauchs von Kerosin entspricht. Dieses Potenzial stellt eine geograﬁsche Obergren- ze dar, Verluste entlang der Bereitstellungsketten sowie realökonomische und -politische Aspekte fanden bei der Berechnung zunächst keine Berück- sichtigung. Es schließt jedoch eine wichtige Informationslücke in der aktuellen Forschung und bildet eine fundierte Grundlage für weitergehende ökonomische Betrachtungen und die Anwendung von Entwicklungsszenarien zur Abschätzung zu- künftiger Biokraftstoffpotenziale. Der Forschungs- ansatz wurde im Zuge des For- schungsvorhabens „Bewertung von möglichen Roh- materialkapazitäten zur Nutzung als Treibstoff in der Luftfahrt“ des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) zur Anwen- dung gebracht. The research approach was implemented as part of the research project ”Assess- ment of potential raw material capacities for use as fuels in aviation“ by the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure. Global potential for sustainable biofuels r o p h a c u r c a s and short-rota- Reliable information on global biofuel production potentials represent a prerequisite for strategic decisions regarding renewable energy develop- ments. In this context, Bauhaus Luftfahrt has continuously expanded its expertise in the area of biofuel potential assessment. As a result of this effort, described in the previous yearbook, the sustainable potential for liquid fuels production from two selected energy crops, namely the oleaginous plant J a t tion coppice, was determined on the basis of pre-calculated land availability. In the past year, the researchers reﬁned their geoscientiﬁc approach: Containing a total of 37 species of plants, a most comprehensive compendium on habitat requirements and productivities of energy crops was completed. On this basis, high-resolution maps of climatic and edaphic suitability of land were compiled for each individual species of plant. Using a geo- graphic information system, the resulting suitability maps were then superimposed and further processed. In this way, the best-suited and most productive energy crop was individually identiﬁed for each surplus parcel of agricultural land on Earth. The sum of all crop yields amounted to a sustainable biofuel potential of currently 124 exajoules (124 x 1018 J) per year. This corres- ponds to approximately 12 times the current annual global jet fuel consumption. This potential represents a geographical upper limit. Real-world issues such as waste and losses along the supply chain as well as impacts of political and economic aspects were not yet taken into account. Nonetheless, the potential closes a critical information gap in recent research and thus provides a solid basis for further work, particularly with a focus on socio- economic considerations and the application of scenarios for long-term developments.

35 Optimale Standorte Kartierung der bestgeeigneten und produktivsten Energie- pﬂanze je Fläche (oben) sowie des dazugehörigen Ertrages an Flüssigkraftstoff (unten) für Westeuropa. Ideal locations Mapping of the best-suited and most productive energy crop per area (above) and of the corresponding liquid fuel yield (below) for Western Europe. Best-suited energy crop Potato Maize Not productive Not available Woody crops Rye Soybean Wheat Sweet sorghum Sugar beet Goode Homolosine Projection Max. liquid fuel yield MJ/ha/yr 0 – 12,500 12,501 – 25,000 25,001 – 37,500 37,501 – 50,000 50,001 – 62,500 62,501 – 75,000 75,001 – 87,500 87,501 – 100,000 100,001 – 112,500 112,501 – 193,840 Not available Goode Homolosine Projection

36 alternative fuels Temperatur- simulation in Algen- Photobioreaktoren Mikroalgen sind in der Lage, große Mengen Bio- masse in kurzer Zeit zu generieren. Sie sind daher ein vielversprechender Rohstoff für die Produktion von Flugkraftstoffen. Bauhaus Luftfahrt untersucht die Nachhaltigkeit dieser Kraftstoffproduktion. Eine wichtige Kenngröße in diesem Zusammenhang ist die Produktivität der Mikroalgen, die unter anderem wesentlich von den Parametern Licht- intensität und Temperatur abhängt. Bauhaus Luft- fahrt hat ein generisches Modell entwickelt, das auf verschiedene Reaktorkonﬁgurationen ange- wendet werden kann, um den Temperaturverlauf im Wachstumsmedium bestimmen zu können. Das Temperaturmodell basiert auf der Bilanzierung aller wichtigen Energieströme, die zu einer Erwär- mung oder Abkühlung des Reaktors beitragen. Beispiele hierfür sind die direkte und indirekte Sonneneinstrahlung, Wärmestrahlung und Konvek- tion. Da bei kommerziellen Anlagen davon auszu- gehen ist, dass die Reaktoren in enger Nachbar- schaft zueinander platziert werden, wurden auch Abschattungseffekte im Modell berücksichtigt. Erste Ergebnisse zeigen, welchen tageszeitlichen und saisonalen Temperaturschwankungen Algen in Außenanlagen ausgesetzt sind (siehe obere Graﬁk). Vereinzelt auftretende Extremwerte können die Zellen sogar beschädigen und beschränken die Kultivierungszeit. Mit dem Modell ist es möglich, geeignete Standorte für die Algenkultivierung zu identiﬁzieren. Darüber hinaus bildet das Wissen um die Reaktortemperatur das Fundament für realistische Berechnungen der Produktivität von Algen und leistet damit einen entscheidenden Bei- trag, um das ökonomische und ökologische Poten- zial von Algenkraftstoffen zu bestimmen. Bei geringem Abstand der Reaktorplatten müssen Abschattungs- effekte berück- sichtigt werden. Shading effects have to be considered for small reactor panel distances. Temperature simulation in algae photobioreactors Microalgae are capable of generating large quan- tities of biomass in a short time. They are there- fore a promising feedstock for the production of renewable aviation fuels. Bauhaus Luftfahrt analyzes the sustainability of algae-based fuel production. An important performance indicator in this respect is the biomass productivity, which depends signiﬁcantly on the parameters light intensity and temperature. Bauhaus Luftfahrt has developed a generic model that can be applied to simulate the temporal temperature proﬁle of the culture medium for various reactor conﬁg- urations. The developed temperature model is based on a balance of all important energy ﬂows with warming or cooling effects on the culture medium. Examples of such ﬂows are direct and indirect solar irradiation, heat radiation, and convection. Shading of the reactor panels was included as well, since in a commercial plant the reactor panels will be arrayed in a compact way in order to optimize the use of real estate. First results show the degree of daily and seasonal temperature ﬂuctuations that algae are exposed to in outdoor cultivation plants (see graphic). Sporadically occurring events of extreme temperatures can even be fatal for the cell culture and thus limit the total time of cultivation. The developed model can be applied to the identiﬁcation of suitable locations for algae production. Moreover, knowledge of the reactor temperature is the basis for realistic estimations of the algal biomass productivity and therefore represents a valuable tool for the assessment of the economic and ecological potential of algae-based biofuels.

Reaktortemperatur im Jahresverlauf Für den Zeitraum eines Jahres (typical meteorological year TMY3 data set) modellierter Temperaturverlauf in Flachplatten-Photobioreaktoren am Standort Phoenix, Arizona (Plattenabstand: 1,0 m, Reaktordimensionen 2,0 m x 1,0 m x 0,08 m/Länge x Höhe x Breite, Nord-Süd-Ausrichtung). Der graue Bereich kennzeichnet die Temperatur für optimales Algenwachstum. Die gestrichelte Linie stellt die noch tolerierbare Maximaltemperatur vieler Algenspezies dar. 37 ) C º ( e r u t a r e p m e T 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Day of the year (d) Upper temperature limit for many algae species (higher temperatures lead to cell death) Range of optimal growth Reactor temperature during the year Temporal temperature proﬁ le for one year (typical meteorological year TMY3 data set) within ﬂ at plate photobioreactors located in Phoenix, Arizona (plate distance 1.0 m, dimensions of the reactor 2.0 m x 1.0 m x 0.08 m/length, height, width, orientation: north-south). The gray area highlights optimal temperatures for algae growth. The dashed line represents the maximum tolerable temperature for many algae species. Wichtige Wärmeﬂ üsse, die die Reaktortemperatur beeinﬂ ussen Darstellung einer Anlage bestehend aus Flachplatten-Photo- bioreaktoren einschließlich der wichtigsten Wärmeströme. Important heat ﬂ uxes affecting the reactor temperature Display of an algae plant consisting of ﬂ at plate photobioreactors including the most important heat ﬂ uxes. Direct irradiation Atmospheric long-wave radiation Diffuse irradiation Convection Reactor heat radiation Ground heat radiation Vertical ﬂ at plate photobioreactors

38 alternative fuels aireg-Arbeitskreis „Nach- haltigkeit“ – hohe Standards helfen, Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen zu sichern aireg e.V. working group ”Sustainability“ – high standards help to ensure sustainability of biofuels Als Mitbegründer der „Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany“ (aireg e. V.) arbeitet das Bauhaus Luftfahrt seit Jahren eng mit Vertre- tern aus Forschung, Industrie und Nichtregierungs- organisationen zusammen, um die Erzeugung und Verwendung nachhaltiger Kraftstoffe im Luftverkehr voranzutreiben. Ein wichtiges Thema des aireg-Arbeitskreises „Nachhaltigkeit“ (unter Vorsitz des Bauhaus Luftfahrt) bildete im Jahr 2014 die Analyse und Bewertung von Zertiﬁzierungssystemen (die von der EU-Kommission anerkannt sind) für Flugkraftstoffe auf Basis von Ölen und Fetten. Vom Anbau der Rohstoffe bis zur Nutzung am Flughafen muss die Nachhaltigkeit eines Kraftstoffs durch Zertiﬁkate nachwiesen werden, damit er an die europäische Biokraftstoffquote angerechnet werden kann. Der Vergleich von Nachhaltigkeitsstandards wie dem ISCC (International Sustainability and Carbon Certiﬁcation) oder dem RSB (Roundtable of Sus- tainable Biomaterials) hat ergeben, dass die Standards bereits hoch gesetzt sind, jedoch noch nicht sämtliche, aus Sicht von aireg erforderlichen, Kriterien erfüllen. Ziel dieser Untersuchung ist es, die Zertiﬁzierer anzuspornen, ihren Kriterienkatalog weiter auszubauen. Im Jahr 2015 wird sich der aireg-Arbeitskreis „Nachhaltigkeit“ darüber hinaus verstärkt mit der Harmonisierung von Lebenszyklusanalysen und Biokraftstoff-Angebotsszenarien befassen. Zudem wird die Kooperation mit internationalen Organisa- tionen, wie der nordamerikanischen Commercial Aviation Alternative Fuels Initiative (CAAFI), intensiviert werden. Nur mit Zertiﬁkat kann der Kraft- stoff an die europäische Biokraftstoff- quote angerech- net werden. Only certiﬁed fuel can be credited to the European biofuel quota. Bauhaus Luftfahrt co-founded the ”Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany“ (aireg e.V.) and cooperates closely with repre- sentatives of other research institutes, industry, and non-governmental organizations in order to promote the production and use of sustainable fuels in aviation. In 2014 a key topic of the aireg working group ”Sustainability“ (chaired by Bauhaus Luftfahrt) was the analysis and assessment of certiﬁcation schemes (accredited by the European Commis- sion) for aviation biofuels based on oils and fats. Biofuels need to veriﬁably comply with sustain- ability criteria from cultivation of feedstock to the usage at airports so that they can be credited to the European biofuels quota. The comparison of sustainability standards like ISCC (International Sustainability and Carbon Certiﬁcation) or RSB (Roundtable of Sustainable Biomaterials) indicated that standards are already strict but do not yet fulﬁll all important criteria identiﬁed by aireg. The aim of this assessment is to encour- age certiﬁcation schemes to further expand their set of criteria. In 2015, aireg’s “Sustainability” working group will additionally address harmonized life cycle analyses for different biofuel pathways as well as biofuel production scenarios. Furthermore, cooperation with international organizations, such as the U.S. Commercial Aviation Alternative Fuels Initiative (CAAFI), will be intensiﬁed.

Strenge Nachhaltigkeitskriterien Untersuchung von zehn Standards zur Sicherung der Nachhaltigkeit von Biokraft- stoffen. Strict sustainability Analysis of ten certiﬁ cation schemes to ensure sustainability of biofuels. Renewable Energy Directive Certiﬁ cation System (REDcert) Anwendbar für alle Biomassearten Umsetzung von zusätzlichen ökologischen Anforderungen über die EU-RED hinaus Einige Empfehlungen zu sozialen Kriterien, jedoch nicht Gegen- stand einer Veriﬁ zierung Nur in Europa anerkannt Applicable for all kinds of biomass I mplementation of additional ecological requirements over and above EU-RED Recommendations for social criteria, but not part of veriﬁ cation Accepted only in Europe International Sustainability & Certiﬁ cation Standard (ISCC) Anwendbar für alle Biomassearten Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen Anforderungen über die EU-RED hinaus Applicable for all kinds of biomass Implementation of additional ecological and social requirements over and above EU-RED Roundtable of Sustainable Biomatertials (RSB) Anwendbar für alle Biomassearten Umsetzung von zusätzlichen ökolo- gischen und sozialen Anforderungen über die EU-RED hinaus Applicable for all kinds of biomass Implementation of additional ecological and social requirements over and above EU-RED 39 Biomass Biofuels Sustainability voluntary scheme (2BSvs) Anwendbar für alle Biomassearten Umsetzung der EU-RED-Anforderungen Applicable for all kinds of biomass Implementation of EU-RED requirements Roundtable on Sustainable Palm Oil (RSPO) Anwendbar für den Palmölanbau Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen Anforderungen über die EU-RED hinaus Applicable for palm oil production Implementation of additional ecological and social requirements over and above EU-RED RED Bionergy Sustainability Assurance Scheme (RBSA). Anwendbar für alle Biomassearten Umsetzung der EU-RED-Anforderungen Zertiﬁ zierungssystem des Biokraftstoffproduzenten Abengoa Bioenergia Applicable for all kinds of biomass Implementation of EU-RED requirements Certiﬁ cation scheme of biofuel producer Abengoa Bioenergia NTA 8080 - SUSTAINABLY PRODUCED BIOMASS Netherlands Technical Agreement (NTA 8080) Anwendbar für alle Arten von Biomasse für die Produktion von Bioenergie Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen Anforderungen über die EU-RED hinaus Applicable for all kinds of biomass for bioenergy production Implementation of additional ecological and social requirements over and above EU-RED Roundtable for Responsible Soy (RTRS) Anwendbar für den Sojaanbau Umsetzung von zusätzlichen ökologischen und sozialen Anforderungen über die EU-RED hinaus Applicable for soy production Implementation of additional ecological and social requirements over and above EU-RED Die wichtigsten Zertiﬁ kate nach- haltiger Kraftstoffe The most important certiﬁ cates for sustainable fuels Scottish Quality Farm Assured Combinable Crops Voluntary Scheme (SQC) Zertiﬁ zierung von schottischen Landwirten Anwendbar für Winterweizen, Mais und Ölsaaten Umsetzung von weiteren Anforderungen aus der HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) über die EU-RED hinaus (z. B. Hygiene, Lagerung, Saat) Certiﬁ cation of Scottish farmers Applicable for winter wheat, corn, and oilseeds Implementation of additional requirements of HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) over and above EU-RED (e.g., hygiene, storage, seed) RED Tractor Farm Assurance Standard for Crops and Sugar Beet (RED Tractor) Zertiﬁ zierung von Landwirten Ausschließlich in Großbritannien Umsetzung von weiteren Anforderungen über die EU-RED hinaus (z. B. Hygiene, Non-GMO, Dünger, Pﬂ anzenschutzmittel) Certiﬁ cation of farmers Accepted only in Great Britain Implementation of additional requirements over and above EU-RED (e.g., hygiene, non-GMO, fertilizer, pesticides)

41 Im Forschungsschwerpunkt „Energy Technologies and Power Systems“ sind die am Bauhaus Luftfahrt durchgeführ- ten Untersuchungen zu neuartigen auf Verbrennungskraft basierenden sowie alternativen (hybrid-)elektrischen An- triebs- und Energiesystemen des Flug- zeugs gebündelt. Die technologischen Herausforderungen insbesondere durch voll- oder hybrid-elektrische Antriebs- und Energiesysteme werden am Bau- haus Luftfahrt von den Grundlagen her aufbauend adressiert, indem relevante Schlüsseltechnologien des elektrischen Fliegens identiﬁziert, zukünftige Poten- ziale von Energiewandlern bewertet und hybride Systeme im Flugzeug konzipiert und analysiert werden. The research theme “Energy Technolo- gies and Power Systems“ established at Bauhaus Luftfahrt focuses its research activities on novel combustion-based and alternative (hybrid-) electric propul- sion and power systems for future air- craft. The technological challenges, in particular stipulated by hybrid- or full- electric propulsion and energy systems, are addressed at Bauhaus Luftfahrt from the basics upwards, i.e., relevant key technologies for electric ﬂying are being identiﬁed, the future potentials of energy converters are assessed, and hybrid systems are conceptually designed and analyzed at the aircraft level. initial assessment of hybrid- and full-electric area propulsion systems conceptual investigation of components for hybrid power systems alternative thermodynamic cycles

42 energy technologies & power systems Die Beteiligungen von Bauhaus Luftfahrt an aktuellen FP7-Level-2-An- triebsforschungsprojekten Bauhaus Luftfahrt’s involvement in present FP7 level 2 propulsion research projects Das Bauhaus Luftfahrt ist Konsortialpartner in drei aktuellen Level-2-Triebwerksprojekten des 7. Europäischen Rahmenprogramms (FP7). In jedem dieser Projekte, LEMCOTEC (Low EMission COre engine TEChnologies), E-BREAK (Engine Break- through components and subsystems) und ENOVAL (ENgine mOdule VALidators), hat das Bauhaus Luftfahrt die Verantwortung für jeweils eine der sogenannten „Future concept studies“ (zukünftige Konzeptstudien), die von renommierten europäi- schen Universitäten und Forschungsinstituten im Bereich der Flugzeugantriebe durchgeführt werden. Im Rahmen von LEMCOTEC führt das Bauhaus Luftfahrt Studien zur Entwicklung hochefﬁzienter Kerntriebwerke mit maximalen Druckverhältnissen über 100 („Hekto-Verdichtungsdruckverhältnis“) durch. Um die individuellen Efﬁzienzvorteile des Joule/Brayton- und des Seiligerkreisprozesses optimal nutzen zu können, wird das sogenannte Kompositzykluskonzept „Composite Cycle Engine“ (CCE) untersucht. In E-BREAK sucht Bauhaus Luftfahrt neue Technolo- gien, die den klassischen Joule/Brayton-Prozess mit alternativen Energiequellen in hybriden An- triebskonzepten kombinierbar machen. Die Studie umfasst insbesondere die Identiﬁkation von speziﬁschen Anforderungen für die Zustandsüber- wachung („Health Monitoring“) solcher Hybrid- antriebe. In ENOVAL untersucht das Bauhaus Luftfahrt zu künftige Antriebssystem-Konzeptionen sowie Flugzeugintegrations aspekte neuer Kreisprozess- Konzepte und die Grundlagen der Antriebssystem- Hybridisierung. Als Kernstück der Studie wird ein hybrides Fanantriebskonzept untersucht. Das 7. Rahmen- programm der Europäischen Kommission fördert drei wegweisende Antriebsstudien. The 7th Framework Programme of the European Commis- sion funds three innovative power plant studies. Bauhaus Luftfahrt is a consortium partner in three present Level 2 aero engine projects of the 7th European Framework Programme (FP7). In each of these projects, LEMCOTEC (Low EMission Core engine TEChnologies), E-BREAK (Engine Break- through components and subsystems), and ENOVAL (ENgine mOdule VALidators), Bauhaus Luftfahrt takes responsibility for one of the future concept studies that are performed by European universities and research institutes of high renown in the ﬁeld of aeropropulsion. As part of LEMCOTEC, Bauhaus Luftfahrt leads studies on the development of highly efﬁcient hecto-Pressure Ratio (hPR) cores, i.e., cores with a maximum pressure ratio over 100. In order to exploit advantages of the Joule-Brayton and the Seiliger cycles enabling high thermal efﬁciencies, the so-called Composite Cycle Engine (CCE) concept is investigated. In E-BREAK, Bauhaus Luftfahrt investigates new technologies that combine the classic Brayton cycle with alternative energy sources leading to hybrid engine design concepts. The study includes the identiﬁcation of speciﬁc health monitoring needs for such hybrid engine designs. The work performed by Bauhaus Luftfahrt in ENOVAL covers advanced propulsion system conceptual design and aircraft integration aspects, and the assessment of novel cycle concepts and the fundamentals of power plant hybridization. As a core part of the study, a hybrid-power fan drive system concept is investigated.

43 Die drei FP7-Level-2- Triebwerksprojekte The three FP7 level 2 engine projects 2 1 “ENgine mOdule VALidators” (ENOVAL) project coordinated by MTU Aero Engines, Germany “Low EMission COre engine TEChnologies” (LEMCOTEC) project coordinated by Rolls-Royce Deutschland, Germany 3 “Engine Breakthrough components and subsystems” (E-BREAK) project coordinated by Turbomeca, France No increase in fan diameter Charging PR = 22.0 (MCL) Piston compressors driven by piston engines Ultra-high BPR = 21.1 (MCL) Fan PR = 1.36 (MCL) Piston engine peak PR = 336 (MCL) No increase in engine size Engine weight +22 % vs RTF Buffering volume Low T4 = 1600K (T/O) Höhere Efﬁzienz Das Composite-Cycle-Engine-Konzept kombiniert eine Turbofan-Architektur mit einer Kolbenmaschine im Kerntrieb- werk, um radikale Efﬁzienzsteigerungen zu erreichen. Higher efﬁciency The composite cycle engine concept combines turbofan architecture with a piston system core to achieve radical efﬁciency improvements.

44 energy technologies & power systems Fortschritte in hybrid- elektrischen Antriebs- system-Konzepten Bereits seit einigen Jahren werden am Bauhaus Luftfahrt Grundlagenuntersuchungen zu hybrid- und vollelektrischen Flugantrieben durchgeführt. Darunter frühere Studien zum Hybridisierungsgrad auf Flugzeugebene, die grundsätzliche Erforschung denkbarer Architekturen des Energie- und Antriebs- systems wie auch exergie basierte Analysen der speziﬁschen Verluste, wenn elektrische Energie entweder an der Hochdruckwelle eines Turbotrieb- werks, als sogenannter „integriert-hybrider Turbofan“, oder an der Niederdruckwelle, als sogenannter „parallel-hybrider Turbofan“, zugesteu- ert wird. Im Jahr 2014 arbeiteten die Forscher am Bauhaus Luftfahrt an der weiteren Deﬁnition und Leistungsanalyse möglicher Kandidaten für zukünftige elektro-hybride Antriebssysteme. Im Fokus standen unter anderem Arbeiten, die das Verständnis zu Schlüsselkomponenten für derartige Antriebssystemlösungen erweitern und vertiefen. So wurden architektonische Optionen für Elektromoto- ren erkundet, geeignete Modelle zur Beschreibung entwickelt und Untersuchungen zu den Auswirkun- gen auf Leistungselektronik und Motorsteuerung angestellt. In der Vorstufe einer Studie wurden alternative Möglich keiten zur Integration von Elektromotoren in eine Gasturbinenumgebung betrachtet. Als aussichts reicher Lösungsansatz für einen parallel-hybriden Turbofan für Regionalﬂug- zeug-Anwendungen wurde hier ein Permanent- magneten-Elektromotor mit außenlaufendem Rotor identiﬁziert. Auch die Anwendbarkeit eines seriellen hybrid-elektrischen Antriebs wurde konzeptionell deﬁniert und im Rahmen des sogennanten „Propul- sive Fuselage“-Konzepts für verteilte Antriebs- systeme untersucht. Ein Permanent- magneten- Elektromotor bietet sich für den parallel-hybriden Turbofan an. A permanent magnet electric motor is beneﬁ- cial for parallel hybrid turbofan application. Gas turbine Fan & drive system Electric motor Progress in hybrid- electric propulsion system concepts For several years Bauhaus Luftfahrt has been performing basic investigations on hybrid- and full-electric aero propulsion systems. Past studies included aircraft level investigations on the degree of hybridization, generic architectural exploration at energy and propulsion system level, as well as exergy-based analyses of the speciﬁc loss characteristics if electrical power is either introduced to the high-pressure spool, the so-called “integrated hybrid turbofan”, or to the low-pressure spool, a so-called “parallel hybrid turbofan” approach. In 2014, researchers at Bauhaus Luftfahrt further elaborated the level of detail in the deﬁnition and analysis of hybrid-electric propulsion system architectures. Signiﬁcant effort was expended on an increased gain of knowledge on key components for airborne hybrid-electric power trains. Electric motor architectural options were explored, suitable modelling developed, and implications of power electronics and motor controller design were investigated. An initial concept study examined alternative options for the integration of electric motors in a gas turbine environment. The most promising solution was identiﬁed as a parallel hybrid turbofan approach for use in regional aircraft featuring a permanent magnet exterior rotor electric motor. The applicability of serial hybrid-electric power trains was concep- tually deﬁned and investigated for an advanced distribution propulsion application referred to as the “Propulsive Fuselage” concept.

45 Elektromotor Schematische Darstellung des Leistungskennfeldes eines Elektromotors inklusive wesentlicher Auslegungs- eigenschaften und Betriebsgrenzen. Electric motor Schematic performance chart of electric motor showing important design characteristics and operating limits. TDesign e u q r o T TOpt I PDesign Voltage II PMax Efﬁciency e g a t l o V nOpt nDesign Rotational speed nMax n Parallel n Series U In Switching component Diode M U Out Spannungswechselrichter Vereinfachtes Schaltbild eines Spannungswechselrichters zur Steuerung von 3-Phasen-Elektromotoren. Voltage source inverter Basic circuit diagram of a voltage source inverter controlling device of a three-phase electric motor. Drei Optionen zur Integration des Elektromotors in einem parallel-hybriden Turbofan-Triebwerk A) Elektromotor mit innenlaufendem Rotor verbunden mit der Welle der Niederdruckturbine B) Permanentmagneten-Elektromotor mit außenlaufendem Rotor verbunden mit der Welle der Niederdruckturbine C) Permanentmagneten-Elektromotor mit außenlaufendem Rotor verbunden mit der Fan-Welle Three options for electric motor integration on a parallel hybrid turbofan A) Interior rotor electric motor connected to low-pressure turbine shaft B) Exterior rotor electric motor connected to low-pressure turbine shaft C) Exterior rotor electric motor connected to fan shaft A) B) C) Stator laminations Stator windings Exterior, permanent magnet rotor Exterior, permanent magnet rotor Interior, permanent magnet rotor Low-pressure spool Stator laminations Stator casing Stator windings Fan spool Stator windings Fan spool Stator laminations Stator casing

46 energy technologies & power systems Elektriﬁ zierung von Flug- zeugen: Engpässe bei notwendigen Rohstoffen? Electriﬁ cation of aircraft: Shortages of essential raw materials? Elektrische Antriebe stellen eine der Möglichkeiten dar, den Verbrauch von Kraftstoffen, und damit die Emission klimaschädlicher Gase, zu reduzieren. Neben Fortschritten bei elektrischen und elektrisch- hybriden Fahrzeugen gibt es auch Bestrebungen, Flugzeuge zunehmend zu elektriﬁ zieren, um die Abhängigkeit von Erdöl als fossilem Rohstoff zu verringern. Gleichzeitig aber könnte eine zunehmen- de Abhängigkeit von der Verfügbarkeit anderer nicht erneuerbarer Ressourcen entstehen, die für (hybrid-) elektrische Antriebe nötig sind. Die Kritizität von Rohstoffen, die für eine vollstän- dige Elektriﬁ zierung eines Flugzeuges notwendig sind, wurde untersucht. Dabei wurde angenommen, dass hochentwickelte Lithium-Batterien und Hoch- leistungselektromotoren, mit Permanentmagneten oder mit supraleitenden Werkstoffen, die wichtigs- ten Komponenten darstellen. Demzufolge wurde der voraussichtliche Bedarf an Lithium, Neodym, Dysprosium und Yttrium für die Luftfahrt abge- schätzt. Die Ergebnisse dieser Studie, die sowohl die Risikofaktoren einer ungenügenden Versorgung als auch die Wichtigkeit des Rohstoffs für die Luftfahrtindustrie berücksichtigt, wurden in zweidimensionalen „Kritizitätskarten“ dargestellt. Engpässe könnten in der Zukunft für einige Roh- stoffe entstehen, insbesondere für Seltene Erden, die für Permanentmagnete gebraucht werden, und für Lithium – davon ausgehend, dass die Nach- frage nach Batterien in der Mobilitätsbranche hoch sein wird. Dennoch konnte die Untersuchung zeigen, dass es in der Rohstoffversorgung für elek- trische Antriebe im Luftverkehr keine unmittelbaren Einschränkungen für weitere Entwicklungen gibt. Geschätzte weltweite Reserven für Seltene Erden (Stand 2014) in Prozent (wie z. B. Yttrium, Neodym, Dysprosium) Estimated global reserves of rare earths (as of 2014) in percent (such as yttrium, neodymium, dysprosium) China 42 Brazil 17 Australia 2.5 India 2.4 USA 1.4 Others 31 Source: Mineral Commodity Summaries 2015, U.S. Geological Survey, Boston, Virginia, 2015 The electriﬁ cation of power trains is one of the options to reduce the consumption of fuel – and thus the emission of climate-damaging gases – by the transport sector. Aside from advances in electric and hybrid-electric land-based vehicles, efforts are also undertaken to support the increased electriﬁ cation of aircraft, including the future possibility of electric aircraft propulsion. While electric power trains can decrease the dependence on mineral-oil-based fuels, they may entail an increased vulnerability to the availabili- ty of other raw materials needed for e-mobility. The criticality of important raw materials for the electriﬁ cation of aircraft was evaluated, assuming advanced lithium batteries and high- performance electric motors using either permanent magnets or superconductive material to be crucial components. As a result, lithium, neodymium, dysprosium, and yttrium were analyzed with regard to their estimated future demand in aviation. Results of the study, which considers factors for the risk of insufﬁ cient supply and the importance of the raw material for aviation, were represented in two-dimensional “criticality maps”. Restraints for some raw materials might occur in the future, notably for rare earths used in permanent magnets and for lithium, assuming a high demand of advanced batteries in the mobility sector. However, the study indicated that the supply of essential raw materials required for electrically powered air transport represents no immediate constraint for further developments.

Kritizität von Rohstoffen Kritizitätskarte von Rohstoffen für elektrisch angetriebene Flugzeuge für die Jahre 2035 und 2050. Criticality of raw materials Criticality chart for materials required for electrically powered aircraft in 2035 and in 2050. i n o i t a v a n o t c a p m I 47 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Li Nd Dy Y 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Supply uncertainty 2035 2050 Energy carrier Electr. motor (permanent magnets) Li = Lithium Nd = Neodym Dy = Dysprosium Y = Yttrium Electr. motor (superconductor) Lithium: Kostbares Gut aus dem Salzsee Das leichteste Metall der Erde, bis vor ein paar Jahren nahezu unbeachtet, ist als Bestandteil für die Herstellung von leistungsfähigen elektrischen Batterien unverzichtbar geworden. Die in verschiedenen Gesteinen fein verteilten lithium- haltigen Mineralien machen den Abbau allerdings aufwendig. Einfacher ist die Extraktion aus der Verbindung mit Salzablagerungen, z. B. in Salzseen Südamerikas oder Asiens. Mit Bagger oder Hacke wird das Salz abgebaut, aus dem der begehrte Rohstoff gewonnen werden kann. Lithium: Valuable commodity from salt lakes The lightest metal on earth, of small importance until recently, has become essential for the production of powerful electric batteries. Lithium-containing minerals are ﬁnely dispersed in various rocks, making mining expensive. The extraction from brines, for example from salt lakes in South America or Asia, is more convenient. With excavators or hatchets the salt is obtained, from which the raw material in demand can be extracted.

48 energy technologies & power systems „Propulsive Fuselage“ – multidisziplinäre Design- Untersuchung Propulsive Fuselage – multidisciplinary design investigation Bereits erstmals im Jahrbuch 2011 erwähnt, hat das Bauhaus Luftfahrt das sogenannte „Propulsive Fuselage“-Konzept zur verteilten Antriebsintegrati- on im Flugzeug weiter ausgearbeitet. Im Rahmen des von der Europäischen Kommission mitﬁnanzier- ten FP7-Level-0-Projekts DisPURSAL („Distributed Propulsion and Ultra-high by-pass Rotor Study at Aircraft Level“) wurden im Jahr 2014 wichtige Fortschritte im Verständnis der Funktionsprinzipien wie auch der Konzeptdeﬁnition der „Propulsive Fuselage“-Idee erzielt. Koordiniert durch das Bauhaus Luftfahrt schloss das Konsortium, im Weiteren bestehend aus dem Central Institute of Aviation Motors (CIAM, Russland), dem Ofﬁce National d‘Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA, Frankreich) und Airbus Group Innovations, eine multidisziplinäre Design-Untersuchung erfolgreich ab. Die gemeinsamen Forschungsaktivi- täten konzentrierten sich vor allem auf numerische Strömungssimulationen (CFD, Computational Fluid Dynamics) sowie die konzeptionelle Ausgestaltung des Antriebsstrangs der Konﬁguration aus Rumpf und integriertem Vortriebsapparat, welcher in Form eines am Rumpfheck umlaufenden Fans die Grenzschichtströmung des Rumpfes einsaugt und beschleunigt. Die Ergebnisse aus den Untersuchun- gen der verschiedenen Disziplinen wurden kontinu- ierlich in ein integriertes Berechnungsmodell zur Flugzeug- und Antriebsauslegung übernommen, um schnelle Antworten in der Untersuchung des „Propulsive Fuselage“-Konzepts zu erhalten. Nach Einbeziehung aller gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Kraftstoff-Verbrauchsvorteil von bis zu 14 Prozent gegenüber einem fortgeschrittenen Referenzﬂugzeug für das Jahr 2035 identiﬁziert. Ein das Rumpf- heck umlaufen- der Fan saugt die Grenzschicht- strömung des Rumpfes ein. A fan surrounding the rear fuselage sucks in the fuse- lage boundary layer ﬂow. First introduced in its 2011 yearbook, Bauhaus Luftfahrt has further elaborated the so-called “Propulsive Fuselage” concept for advanced airframe-propulsion-system integration. Enabled by the European Commission co-funded FP7 level 0 project DisPURSAL (”Distributed Propulsion and Ultra-high by-pass Rotor Study at Aircraft Level”), in 2014, major steps forward were made in understanding the functional principles and the conceptual deﬁnition of the Propulsive Fuselage idea. Led by Bauhaus Luftfahrt in the coordinating role, the consortium comprising the Central Insti- tute of Aviation Motors (CIAM, Russia), Ofﬁce National d‘Études et de Recherches Aérospatia- les (ONERA, France), and Airbus Group Innova- tions engaged in a multidisciplinary design inves- tigation. The collaborative research activities particularly focused on the CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation of the fuselage body and integrated nacelle conﬁguration, as well as on the elaboration of promising power train arrangements in order to drive the aft-fuselage- mounted fan with intent to ingest the fuselage boundary layer ﬂow. The results obtained from different disciplinary investigations were con- tinuously integrated in an aircraft and propulsion system sizing and performance environment suitable for rapid exploration of the Propulsive Fuselage concept. After incorporation of all knowledge obtained, a block fuel beneﬁt of up to 14 percent relative to an advanced reference aircraft was found for the year 2035.

Schub-/Widerstandsberechnung Schematische Darstellung der Konvention für die Synchronisierung von CFD-Berechnungen und konzeptioneller Flugzeugauslegung. Thrust/drag bookkeeping Scheme indicating the convention used for matching of CFD and aircraft conceptual sizing and performance prediction. 0 AIP Control volume Fuselage drag ingested (DFus, ing) Fuselage body Propulsion system streamtube Fˆ N DFus, ing Boundary layer velocity proﬁle 13 18 2 Fuselage drag not ingested (DFus, not ing) Drag due to jet shear ﬂow (Djsf) Thrust of propulsor Fˆ DFus, not ing DNac Fuselage boundary layer Djsf Thermodynamic station numbering Fˆ Thrust of propulsor DNac Nacelle drag DISPURSAL Propulsive Fuselage M12_15_04_2014 conﬁguration M = 0.80 – FL 350 2000 iterations multi-grid with propellers V6 1450 RPM Z Stagnation pressure Pi/p0 Numerische Strömungsberechnung Strömungsvisualisierung der Hecksektion des Propulsive Fuselage, basierend auf 2D-achsen- symmetrischen RANS-Berechnungen, durchgeführt von ONERA. Aero-airframe numerical experimentation Flow visualization on Propulsive Fuselage rear section based on 2D axisymmetric RANS computation performed by ONERA. Pi 1.65 1.64 1.63 1.62 1.61 1.60 1.59 1.58 1.57 1.56 1.55 1.54 1.53 1.52 1.51 1.50 1.49 1.48 1.47 1.46 1.45 1.44 1.43 1.42 1.41 1.40 1.39 1.38 1.37 1.36 1.35 Mach number 49 X M 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.25 0.20 0.15 0.10 DisPURSAL D1 conﬁguration M0.80, FL 350 Friction modulus/p0 0.002 0.0016 0.0012 0.008 0.004 0.0002 1.5 1.6 Pi/p0 1.7 1.8 1.9 1.45 0.8 p/p0 1 1.2 1.95 1.4

synergistic propulsion system integration approach 51 Die Systeme und ihre technologischen Potenziale im Flugzeug stehen im Fokus der Arbeiten im Forschungsschwerpunkt „Systems and Aircraft Technologies“ (SaAT). Mit dem Ziel, die Flugzeug- efﬁ zienz weiter zu verbessern, Emissio- nen zu reduzieren und neue Ansätze für die Entwicklungsprozesse zu erarbeiten, wirken die Experten aus den unter- schiedlichen Disziplinen hier zusammen. So sind in dieser Gruppe wichtige Ergebnisse erzielt worden zur besseren Antriebs-Aerodynamik-Wechselwir- kung, zur grundlegenden Integration hybrider Antriebe und zu neuen Ansät- zen in der Echtzeitkollaboration. Research in aircraft systems and their technological potential is the focus of the “Systems and Aircraft Technologies (SaAT)” research theme. Experts from different disciplines collaborate to target aircraft efﬁ ciency improvements, to reduce emissions, and to develop new aircraft design approaches. Important results for improved propul- sion-airframe integration, integrational concepts for hybrid propulsion systems as well as new approaches in real-time collaboration could be shown. real-time collaboration fulﬁ llment of the future european goals for aviation

52 systems & aircraft technologies Konzeptionelle Untersuchung eines Propulsive-Fuselage- Flugzeugentwurfs Das „Propulsive Fuselage“-Konzept stellt ein besonders vielversprechendes Konzept zur Verbes- serung der Flugzeugefﬁzienz dar, was im Wesentli- chen auf eine neuartige, synergistischere Antriebs- integration zurückzuführen ist, die bereits im Rahmen früherer Untersuchungen am Bauhaus Luftfahrt konzeptionell untersucht wurde. Als Ergebnis einer umfassenden Erkundung des Designraums erwies sich eine dreimotorige, auf einer konventionellen Flügel-Rumpf-Anordnung mit T-Leitwerk beruhende Konﬁguration als am besten geeignet (siehe Abb. 1). Das Haupt merkmal des Konzepts stellt ein um den hinteren Rumpf umlaufender „Fuselage Fan“ (FF) dar, der die Rumpfgrenzschicht einsaugt und somit der Kompensation des Impulsdeﬁzits im Nachlauf dient. Ein weiterer Schubanteil wird von unter den Flügeln installierten fortschrittlichen Getriebefan-Triebwer- ken bereitgestellt und trägt somit zur Erfüllung üblicher Redundanzanforderungen bei. Die axiale Positionierung des FF ergibt sich aus der aerodyna- mischen und strukturellen Integration des Leitwerks und der FF-Gondel mit dem Ziel, Widerstand zu minimieren und gleichzeitig adäquate Scheiben- bruch-Korridore zur Verfügung zu stellen. Das FF-Kerntriebwerk im Heck des Rumpfes liefert Wellenleistung über ein Planetengetriebe (siehe Abb. 2). Schlanke Streben im Einlauf dienen der Übertragung von strukturellen Lasten. Die Luft- versorgung des Kerntriebwerks wird durch einen Schwanenhals-Einlauf im FF-Nebenstromkanal realisiert. Obwohl das Leergewicht des Flugzeugs verglichen mit einem fortschrittlichen, konventionell ausgelegten zweimotorigen Flugzeug erhöht ist, ergibt sich für den Propulsive Fuselage infolge eines um bis zu 14 % reduzierten Kraftstoffverbrauchs ein annähernd neutrales maximales Abﬂuggewicht. -14 % Obwohl sich das Leergewicht des Flugzeugs erhöht, verbraucht es weniger Kraftstoff. Although the empty weight of the air- craft is increased, it consumes less fuel. Conceptual investigation of a propulsive fuselage aircraft layout As identiﬁed in previous investigations conducted by Bauhaus Luftfahrt, the Propulsive Fuselage concept constitutes a particularly promising concept for the enhancement of aircraft efﬁciency through a more synergistic propulsion system integration approach. Resulting from extensive design space exploration, a tri-engine advanced tube and wing aircraft layout with T-tail arrange- ment was identiﬁed as the most suitable conﬁguration (see Fig. 1). A key feature of the concept is the Fuselage Fan (FF) power plant encircling the aft fuselage section, which is primarily intended to ingest the fuselage boundary layer, and hence to serve the purpose of fuselage wake-ﬁlling. Residual thrust is supplied by two under-wing podded advanced geared turbofans, thereby fulﬁlling typical system redundancy requirements. The FF axial position- ing is determined by the aerodynamic and structural integration of the tail and the FF nacelle for low drag, and the requirement to provide appropriate engine disk burst corridors. The FF power plant arranged in the aft cone of the aircraft provides shaft power to the fan via a planetary reduction gear system (see Fig. 2). Slender struts positioned in the FF intake serve as load carrying structures. Air supply to the core engine is provided by a swan neck intake in the FF bypass duct. Despite an increased empty weight compared to an advanced conventional twin-engine aircraft, the substantially decreased fuel burn of up to 14% yields a close to neutral maximum take-off weight for the Propulsive Fuselage.

53 (Abb. 1) Verbesserte Efﬁ zienz Die dreimotorige Konﬁ guration erwies sich als am besten geeignet. (Fig. 1) Improved efﬁ ciency The three-engine conﬁ guration was found to be most suitable. Fuselage Fan - Single rotating fan design - Fan diameter approx. 4 m - Inlet duct height approx. 0.5 m - Fiber composite materials (Abb. 2) (Fig. 2) Structural integration Structural loads induced by the empennage are transferred through the nacelle into the fuselage Tapered fuselage - From 80 percent of the fuselage length onwards - Efﬁ cient air inﬂ ow for boundary layer ingestion Planetary gear system - Reduction ratio 5:1 - Driveshaft (gas turbine) - Four planetary wheels - Ring gear (fuselage fan) „S“-duct - Feeds gas turbine with air - Bypass ratio 18:1 - Similar to inlet duct design of modern turboprops Core engine (gas turbine) - High-speed low-pressure turbine - Overall pressure ratio 60:1 - No bleed air extraction

54 systems & aircraft technologies 18 % Verhältnis elek- trischer Energie zum Gesamt- energiebedarf Share of electric energy in the total energy mix -16 % Reduktion des Blockkraftstoffs gegenüber kon- ventionellem Antrieb Reduction of block fuel compared to conventional systems Flugzeugentwurfs- methoden für hybride Energieträger Angetrieben vom technischen Fortschritt der elektrischen Komponenten sowie deren Integration in fortschrittliche Antriebsarchitekturen können hybrid-elektrische Lösungen eine Antwort auf die zukünftigen Emissionsziele der Luftfahrt sein. Neben der technischen Systemintegration müssen hybrid-elektrische Flugzeugkonzepte für unter- schiedliche Marktsegmente auf deren Emissions- reduktionspotenziale, Energieefﬁzienzen und operative Kosten hin bewertet werden. Heutige Flugzeugentwurfsmethoden können die physikali- schen Eigenschaften und Limitierungen dieser unkonventionellen Energieträger nur bedingt ab- bilden. Dies erfordert eine Erweiterung der konven- tionellen Entwurfsmethoden und deren Auswir- kungen auf die Flugleistungen im Hinblick auf hybride Energieträger. Drei Hauptparameter beein- ﬂussen den Entwurf und die Leistungsfähigkeit von Flugzeugen mit hybriden Energiespeichern: die Integration der Batteriemasse und ihres Volumens in das Flugzeug, maximale Antriebsleistungen der elektrischen Motoren und das Leistungsverhalten der konventionellen Gasturbine sowie der elektri- schen Motoren in unterschiedlichen Flugphasen. Ferner werden die Flugzeugentwürfe durch den Ladezustand der Batterien limitiert. Um die Batterien vor irreversiblen Abnutzungen zu großer Entladung am Ende einer Flugmission zu schützen, müssen zusätzliche Batteriemassen iterativ berücksichtigt werden. Für die Anwendung der adaptierten Entwurfsmethoden wurde ein Mittel- streckenﬂugzeug mit einem hybriden Antriebs- system ausgestattet. Dabei wurden speziﬁsche Energiedichten der Batteriezellen von 1,5 kWh/kg und ein Verhältnis von elektrischer Energie zum Gesamtenergiebedarf von 18 % gewählt. Auf einer typischen 900nm-Mission konnte eine Reduktion des Blockkraftstoffs von bis zu 16 % gegenüber der Referenz mit konventionellem Antrieb erzielt werden. Methods for determining size and performance of hybrid energy aircraft Due to the progress made in electrical compo- nents technology and the resulting design of innovative integrated energy and power systems, hybrid-electric mobility could close the gap towards the fulﬁllment of the future goals for aviation. The prospects of hybrid-electric aircraft need to be evaluated for future market segments in terms of emissions reduction, vehicular efﬁciency, and operating economics. However, the integration of hybrid-electric systems at aircraft level disrupts traditional sizing and performance determination methods. As an extension to the conventional methods used for fuel-based aircraft, methods for sizing and performance for hybrid-electric aircraft were proposed to address the computation of uncon- ventional energy-power systems in existing traditional sizing and performance programs. Three additional design parameters need to be considered in the design of a fuel-battery hybrid aircraft: the total battery mass and volume which needs to be carried on board, the maximum power of the electric motor installed, and the power settings of the combustion engine and the electric motor during the different ﬂight segments. Moreover, one additional constraint is introduced by the state-of-charge (SOC) limitation of the battery. To protect the battery from any damage if the SOC is below a given limit at the end of the mission, the battery mass has to be increased iteratively. The methods were demonstrated by conducting a study on a hybrid-electric single- aisle retroﬁt aircraft which showed a potential block fuel burn reduction of up to 16 % against a conventional reference aircraft for a 900 nm off-design mission stage length assuming a battery-speciﬁc energy of 1.5 kWh/kg at cell level (using a mix of fuel energy to electrical energy of 82 % : 18 %).

55 Hybrid-elektrische Antriebssystem-Architektur Hybrid-electric propulsion system architecture CE PCEOffTake ConvSyst PropDevice PFuel PElecOffTake PBattery PMaxBattery PElec PMAD E MOTOR Battery ElecSyst PMaxCE PCE PMaxEM PEM PMaxConv PMaxElec PShaft Entwurfsmethoden für hybrid-elektrische Flugzeuge Sizing process for hybrid-electric aircraft Hybrid factor Power to weight Wing loading Payload Power settings Maximum power electric motor Sea-level- static power Energy-power systems Propulsive device map Wing reference area Drag polar Combustion engine performance map Combustion engine efﬁciency map Thrust tables Energy tables Conventional system Electrical system Battery model Maximum take-off weight Operating empty weight Fuel mass Battery mass and electrical system mass Flight performance Integrated mission performance: – Total fuel mass – Electrical power/energy required – SOC computation with battery model SOCend ≥ SOClimit Power ≤ Powerlimit Total fuel mass ≤ Fuel mass Performance constraints Aircraft sized

56 systems & aircraft technologies „Neue Wege“ der Flug- steuerungssysteme für Flugzeuge der Zukunft Im Jahr 2012 präsentierte das Bauhaus Luftfahrt seine Konzeptstudie für ein universell elektrisches Passagierﬂugzeug, den Ce-Liner. Ein Merkmal des Ce-Liners ist sein C-Flügel, der die aerodynamische Efﬁzienz des gesamten Fluzeugs verbessern soll. Der C-Flügel besteht aus drei verschiedenen Teilen: dem Hauptﬂügel zur Auftriebserzeugung, einem Seitenﬂügel, der den Hauptﬂügel mit dem oberen Flügel verbindet, und dem oberen Flügel. Der C-Wing dient der Reduzierung des induzierten Widerstandes. Der Ce-Liner besitzt kein Höhen- leitwerk. Dessen Steuerungsaufgabe übernimmt der obere Flügel des C-Flügels. Er verfügt über mehrere Freiheitsgrade, um seine aerodynamischen Eigen schaften zu ändern, damit die Steuerbarkeit und Kontrollierbarkeit des Ce-Liners gewährleistet ist. Die Freiheitsgrade des oberen Flügels müssen mit einem mechanischen System realisiert werden, um einerseits die strukturelle Integrität beizubehalten und andererseits die aerodynamische Auftriebs- ﬂäche bereitzustellen. Auch werden Aktuatoren benötigt, um die Position und die Form des oberen Flügels anzupassen. Ein erstes Konzept besteht aus einem aktiven System, das die Schränkung und die Wölbung des oberen Flügels ändert. Das System besteht aus einem optimierten Flügelkasten für den oberen Flügel, um die nötige Steiﬁgkeit für verschie- dene Lastfälle zu gewährleisten. Der vordere und hintere Teil bestehen aus einer Fachwerkstruktur und Aktuatoren, die in Spannweiten-Richtung mon- tiert sind. Die Proﬁlform des oberen Flügels wird durch eine ﬂexible Haut realisiert. Das Ziel der Untersuchung war, die aerodynamische Efﬁzienz, die Steuerbarkeit und die Beladbarkeit des Flug- zeugs einerseits zu erhöhen und andererseits das Flügelgewicht zu reduzieren. Eine erste Bewertung hat gezeigt, dass es mit diesem Flügeldesign möglich ist, das Ziel zu erreichen. “New ways“ of ﬂight control systems for future aircraft In 2012 Bauhaus Luftfahrt presented its ground- breaking concept study for a universally electric passenger aircraft, the Ce-Liner. One key feature of the Ce-Liner is its unusual C-wing layout that aims at optimizing the aerodynamic efﬁciency of the entire aircraft. The C-wing consists of three different parts: the main wing for lift generation, the side wing, which serves as connection of the Main-Wing with the upper part, and the top wing. The shape of the C-wing leads to a signiﬁcant drag reduction. Since the Ce-Liner is designed without horizontal empennage, the control task is assigned to the top wing, which has several degrees of freedom to change its aerodynamic properties, such as incidence angle or camber, to guarantee necessary control authority. However, these different degrees of freedom of the top wing have to be realized with a mechani- cal system comprised of components to maintain the structural integrity, elements to provide the aerodynamic lifting surface, and actuators to alter the position and/or the shape of the top wing. A ﬁrst concept presented by Bauhaus Luftfahrt introduces an active compliant system able to change the outer shape of the top wing, namely the camber and twist. The system consists of a topologically optimized structure in the center wingbox of the top wing to ensure the required stiffness for different loads. The forward and aft sections of the top wing are equipped with trusses and actuators, which are mounted in several spanwise sections, and a ﬂexible skin to form the outline of the wing. The objective of the investigation was to ﬁnd a way to increase the aerodynamic performance, the controllability, and loadability of the aircraft on the one hand and to reduce the wing weight on the other hand. A ﬁrst assessment showed that with this kind of wing layout it is possible to reach this objective. Der Flügel übernimmt die Steuerungsauf- gabe des Höhenleitwerks. The wing takes over the control task of the horizontal stabi- lizer.

57 Der Ce-Liner Der charakteristische C-Flügel reduziert den wirbelinduzierten Widerstand. The Ce-Liner The characteristic C-wing reduces the vortex-induced drag. Optimierte Aerodynamik Anpassung von Schränkung und Wölbung des Flügelproﬁls. Optimized aerodynamics Twist and camber adaption of the airfoil. 8% camber (max. low-speed setting) -0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 -0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 1% camber (neutral setting) EMC + MorphCore skin, bonded to stringers, spars, and leading edge Auxiliary spar (CFRP) Fixed leading edge as inner lining (CFRP) Electrostrictive inchworm actuator, 2-off per rib Articulated pin joints Three-dimensional optimized structure over entire span of TW Truss member (Al 7000 series) Plain ﬂap (CFRP) Articulated pin joints

58 systems & aircraft technologies Das Potenzial von Echtzeit-Kollaboration im Flugzeugdesign- Prozess Die efﬁziente Zusammenarbeit von Konstrukteuren und/oder Designern ist essenziell für die Entwick- lung von Produkten und Konzepten. Sie beinhaltet die Deﬁnition gemeinsamer Ziele für den Entwurfs- prozess, die Koordinierung der Entwurfsvorgänge und das Teilen einer Arbeitsumgebung. Diese integriert nicht nur alle Datensätze, sondern erstellt auch eine konsistente Struktur des Konzeptes oder Produktes. Heute sind Software-Lösungen erhält- lich, die die Zusammenarbeit durch das verteilte Bearbeiten von Dokumenten und Datenmodellen unterstützen. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen des kollaborativen Daten- und Informa- tionsmanagements erlaubt die sogenannte Echt- zeit-Kollaboration die Vermeidung von Konﬂikten aufgrund unterschiedlicher Informationsstände der Entwickler. Hierdurch werden Unstimmigkeiten zwischen den Beteiligten direkt offensichtlich. Eine kritische Frage ist das Potenzial von Echtzeit- Kollaboration aus der Sicht individueller Entwickler. Um diese zu adressieren, wurden typische Arbeits- situationen analysiert: beispielsweise Zusammen- arbeit in Arbeitstreffen, synchrone parallele Arbeit, Wiederaufnahme einer Arbeit nach Abwesenheiten und die Koordination verschiedener Simulations- zyklen. Aus den Ergebnissen wurden Anforderungen ermittelt, um Echtzeit-Kollaborationsfähigkeiten in existierende Entwicklungsprozesse zu implementie- ren und um Erweiterungen für existierende Werk- zeuge zur Nutzung ihrer Potenziale zu entwickeln. Echtzeit-Kollaboration hat das Potenzial, die Efﬁzienz bei der Arbeit von Entwicklern nicht nur im Team, sondern auch individuell zu verbessern. Letzteres wird sowohl durch intrinsische Motivation zum frühzeitigen und umfassenderen Teilen von Inhalten als auch durch die häuﬁgere und verbes- serte Zusammenarbeit mit anderen Konstrukteuren und/oder Designern im selben Kontext erzielt. The potential of real-time collaboration for the aircraft design process Efﬁcient collaboration amongst designers is essential for the development process of new concepts and products. This collaboration includes the establishment of a common goal for the design process, the coordination of design activities, and the sharing of a common work- space, which not only integrates all data sets but also establishes a consistent structure of a concept or product. Recently, software solutions that support collaboration by allowing distributed editing of documents and data models have become available. In contrast to conventional collaborative data management solutions, this so-called real-time collaboration capability allows designers to avoid information conﬂicts. Accordingly, disagreements amongst developers become apparent instantly. A critical question is the potential of real-time collaboration from an individual designer‘s perspective. In order to address this, typical situations of designers, such as collaborative meetings, synchronous distributed work, resumption after vacation, and coordination of different simulation cycle times, were analyzed. Results were used to elicit requirements to adopt real-time collaboration capabilities for existing design processes and to design extensions for existing tools in order to leverage their potential. Real-time collaboration has the potential to improve designers’ work efﬁciency not only collectively but also individually. The latter is achieved by providing intrinsic motivation towards sharing more content earlier, and to work more frequently with other designers within the same context. Die Zusammen- arbeit in Echtzeit vermeidet Kon- ﬂikte aufgrund unterschiedlicher Kenntnisstände der Entwickler. Real-time collaboration capabilities avoid information conﬂicts and disagreements amongst developers.

59 Simultaneous work with intelligent software Concurrency control by real-time synchronization of local versions. As there are practically no conﬂicts between local copies, users are likely to believe that they are working on the same resource. The central shared repository is an optional component. Zeitgleiches Arbeiten durch intelligente Software Steuerung der Nebenläuﬁgkeit durch Echtzeit- Synchronisation von lokalen Versionen. Da es praktisch keine Konﬂikte zwischen lokalen Versionen gibt, glauben die Nutzer, an der gleichen Datei zu arbeiten. Die zentrale Daten- und Informationsablage ist eine optionale Komponente. Synchronize Shared repository Synchronize S y n c h r o niz e Local copy Local copy Datenstruktur und Modellmanagement Semantische Ansätze und Technologien basierend auf Ontologien erlauben eine (semi-)automatisierte Integration von Datenmodellen unterschiedlicher Quellen im kollaborativen Entwurfsprozess. Data design and model management Semantic concepts and technologies based on ontologies enable (semi-) automation of model integration from differing sources in the collaborative design process. Ontology A Ontology B Matching Matching Reference ontology Consolidation Trafo Exchange Trafo Trafo Metamodel A Model A Trafo Metamodel B Model B

62 facts and ﬁgures Finanzen Finances In its ﬁscal year 2014, Bauhaus Luftfahrt could raise its revenues slightly by +22,000 euros (+0.5%). An increase of funded project revenues by +131,000 euros (+20.5%) up to 770,000 euros signiﬁcantly compensates a decrease in industry revenues by -109,000 euros to 1,658,000 euros. This growth is mainly due to new EU research projects funded by FP 7 and Horizon 2020 programs as well as to other new research projects emerging in cooperation with Ludwig Bölkow Campus GmbH and Munich Aerospace e.V. For the year 2015, Bauhaus Luftfahrt expects a change in the revenue structure. This change results from a decrease in industry projects whereas third-party-funded projects are expected to signiﬁcantly increase. In addition, less research work will be performed externally. In total, revenues are expected to decline slightly. Im Geschäftsjahr 2014 konnte das Bauhaus Luft- fahrt die Umsatzerlöse um + 22.000 EUR (+ 0,5%) leicht steigern. Der Rückgang der Erträge aus Aufträgen und Kooperationen mit den Industriepart- nern in Höhe von -109.000 EUR auf 1,66 Mio. EUR konnte durch die Zunahme bei den Drittmittelein- nahmen deutlich kompensiert werden. Erträge aus solchen Förderprojekten konnten um +131.000 EUR (+ 20,5%) auf 770.000 EUR gesteigert werden. Dieser Anstieg ist besonders auf neue Projekte innerhalb des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms und Horizon 2020 sowie neue Forschungsvorhaben, die aus der Zusammenarbeit der Ludwig Bölkow Campus GmbH und Munich Aerospace e.V. ent- standen sind, zurückzuführen. Für das Jahr 2015 erwartet das Bauhaus Luftfahrt eine Veränderung in der Zusammensetzung der Umsatzerlöse. Diese resultiert aus einem Rückgang bei den Industrieprojekten zugunsten eines weite- ren deutlichen Anstiegs der Drittmitteleinnahmen aus Förderprojekten. Zudem entfällt ein großer Teil der bisher fremdbezogenen Forschungsleistungen. In Summe wird mit leicht rückläuﬁgen Umsatz- erlösen gerechnet. 5,000,000 4,500,000 4,000,000 3,500,000 3,000,000 2,500,000 2,000,000 1,500,000 1,000,000 500,000 – 2011 2012 2013 2014 Forschungsaufträge Industrie Industry research contracts Drittmittel-Förderprojekte (national/EU) Third-party-funded projects (national/EU) Mitgliedsbeiträge Membership fees Zuschüsse Freistaat Bayern/Spenden Grants from the Free State of Bavaria / donations

63 Personal Personnel Die stabile ﬁnanzielle Entwicklung ermöglichte es dem Bauhaus Luftfahrt, die Zahl der beschäftigten Wissenschaftler im Jahr 2014 konstant zu halten. Zum Jahresende waren 28 Wissenschaftler, davon 15 mit abgeschlossener Promotion, beschäftigt. Der Anteil der Wissenschaftlerinnen blieb mit 21 Prozent weiterhin stabil. Im Jahresverlauf waren knapp 30 Studenten aus 7 Nationen als wissenschaftliche Hilfskräfte oder zur Erstellung ihrer Semester-, Bachelor-, Master- oder Diplomarbeit beim Bauhaus Luftfahrt tätig. Zudem konnten wie geplant zwei weitere Stipendiaten für das Promotionsstipendien- Programm von Munich Aerospace gewonnen werden. Damit wurde das Bauhaus Luftfahrt auch in 2014 seinem Ruf als eine international ausgerich- tete Ideenschmiede mit einem hochqualiﬁzierten, interdisziplinär aufgestellten Team gerecht. Für das Jahr 2015 plant das Bauhaus Luftfahrt, selektiv wissenschaftliche Nachwuchskräfte und Studenten zu gewinnen. The solid ﬁnancial development allowed Bauhaus Luftfahrt to maintain the number of employed scientists in 2014. By the end of the year, 28 scientists were employed, 15 of them holding a doctorate degree. The percentage of female scientists remained stable (21%). During the year, nearly 30 students from seven nations were employed as student research assistants or completed their term thesis papers or bachelor, master’s, or diploma theses in cooperation with Bauhaus Luftfahrt. Moreover, Bauhaus Luftfahrt acquired two scholarship holders for the Munich Aerospace doctorate scholarship program. Thus, Bauhaus Luftfahrt did justice to its reputation as an internationally oriented think tank in the year 2014. For the year 2015, Bauhaus Luftfahrt is planning to selectively acquire junior scientists and students. Executives Scientists Administration Students Munich Aerospace scholarship holders Mitarbeiter (am Jahresende) Employees (end of the year) 2 26 10 8 1 2012 1 29 13 14 1 2013 2 28 14 10 3 2014

64 facts and ﬁgures Zeitschriftenaufsätze Journal articles 01.11.2014 01.09.2014 26.08.2014 26.08.2014 26.08.2014 26.08.2014 01.03.2014 24.01.2014 International Journal of Knowledge-Based and Intelligent Engineering Systems | Vol. 18, S. 191 – 200; DOI 10.3233/KES-140300 Managing Complex Socio-technical Systems: A Proactive approach to Airport Security Autoren/authors: M. Cole, M. Maurer CEAS Aeronautical Journal | DOI: a10.1007/s13272-014-0130-3 Parametric Design Studies for Propulsive Fuselage Aircraft Concepts Autoren/authors: A. Seitz, C. Gologan Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/AEAT-05-2014-0062 Integrated Fuel-Battery Hybrid for a Narrow-Body Sized Transport Aircraft Autoren/authors: C. Pornet, S. Kaiser, A. T. Isikveren, M. Hornung Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/ AEAT-05-2014-0075 Cost-Based Flight Technique Optimization for Hybrid Energy Aircraft Autoren/authors: C. Pornet, S. Kaiser, C. Gologan Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/AEAT-06-2014-0079 Conceptual Investigation of a Propulsive Fuselage Aircraft Layout Autoren/authors: A. Seitz, J. Bijewitz, S. Kaiser, G. Wortmann Aircraft Engineering and Aerospace Technology Journal | DOI: 10.1108/AEAT-08-2014-0122 Pre-design Strategies and Sizing Techniques for Dual-Energy Aircraft Autoren/authors: A. T. Isikveren, S. Kaiser, C. Pornet, P.C. Vratny Journal of Air Transport Management | Vol. 35, S. 12 – 18 Towards proactive airport security management: Supporting decision making through systematic threat scenario assessment Autor/author: M. Cole CEAS Aeronautical Journal | DOI: 10.1007/s13272-013-0096-6 Optimum number of engines for transport aircraft employing electrically powered distributed propulsion Autoren/authors: H.-J. Steiner, P. Vratny, C. Gologan, K. Wieczorek, A. T. Isikveren, M. Hornung 21.01.2014 Journal of Aircraft | angenommen zur Veröffentlichung, DOI 10.25141.C032716 Methodology for Sizing and Performance Assessment of Hybrid Energy Aircraft Autoren/authors: C. Pornet, C. Gologan, P. Vratny, A. Seitz, O. Schmitz, A. T. Isikveren, M. Hornung

65 Konferenzbeiträge Conference contributions 04.11.2014 28.10.2014 25.09.2014 23.09.2014 16.09.2014 Einladungsvortrag auf dem First Annual Workshop des Italian Sustainable Aviation Fuel Forum | Rom State of the art and future perspectives of solar–thermochemical fuel production Autoren/authors: V. Batteiger, C. Falter, A. Sizmann 4th EASN Association International Workshop on Flight Physics and Aircraft Design | Aachen Multi-disciplinary Design Investigations of Propulsive Fuselage Aircraft Concepts Autoren/authors: J. Bijewitz, A. Seitz, M. Hornung Workshop on Managing Innovation in Air Transport | Istanbul Drivers of hub airport competition Autor/author: A. Paul Knowledge-Based Decision Making in Complex Environments: Methodological Aspects of Proactive Airport Security Management Autor/author: M. Cole Materials Science and Engineering | Darmstadt Highlight Lecture: Pathways Towards Sustainable Lightweight Materials Beyond Conventional Carbon Fibers Autoren/authors: O. Boegler, L. Lorenz, A. Roth, D. Empl, A. Sizmann 63. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress | Augsburg Impact of Short-to-Medium Haul Aircraft Block Time Changes on Airline Yields Autoren/authors: K. O. Plötner, M. Schmidt, T. Röhm, M. Hornung Architectural Comparison of Advanced Ultra-High Bypass Ratio Turbofans for Medium to Long-Range Application Autoren/authors: J. Bijewitz, A. Seitz, M. Hornung High-Bandwidth Aeronautical Telecommunication Options Autoren/authors: K.-D. Büchter, A. Sizmann Potential of Sustainable Materials in Wing Structural Design Autoren/authors: O. Boegler, U. Kling, D. Empl, A. T. Isikveren Essential Raw Materials for the Electriﬁcation of Aircraft Autoren/authors: D. Empl, L. Lorenz, C. Jeßberger, K. O. Plötner Relevance of Cosmic Radiation Exposure for Hypersonic Flight Autoren/authors: L. Koops, A. Sizmann Implications and potential and potential of real-time collaboration for the design process Autoren/authors: M. Glas, M. Schramme, S. Krusche 09.09.2014 ICAO Conference: Fuelling Aviation with Green Technology | Montreal Solar Fuels – A Sustainable Drop-In Solution for the Future of Aviation Autoren/authors: C. Falter, V. Batteiger, A. Sizmann

66 facts and ﬁgures 07.09.2014 04.09.2014 22.07.2014 17.07.2014 28.04.2014 04.04.2014 29th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS) | St. Petersburg Proﬁt-Based Network Level Evaluation of Aircraft Block Times Autoren/authors: M. Schmidt, K. O. Plötner, A. Seitz, A. T. Isikveren, M. Hornung Quasi-Analytical Aerodynamic Methods for Propulsive Fuselage Concepts Autoren/authors: S. Kaiser, R. Grenon, J. Bijewitz, A. Prendinger, O. Atinault, A. T. Isikveren, M. Hornung Progress Towards Adaptive Aircraft Engine Nacelles Autoren/authors: L. Da Rocha-Schmidt, A. Hermanutz, H. Baier, A. Seitz, J. Bijewitz, A. T. Isikveren, F. Scarpa, G. Allegri, C. Remillat, E. Feuilloley, F. Majic, C. O´Reilly, G. Efraimsson Recent Advances in Airframe-Propulsion Concepts with Distributed Propulsion Autoren/authors: A. T. Isikveren, A. Seitz, J. Bijewitz, M. Hornung, A. Mirzoyan, A. Isyanov, J.-L. Godard, S. Stückl, J. van Toor Investigation of Universally Electric Propulsion Systems for Transport Aircraft Autoren/authors: P. C. Vratny, P. Forsbach, A. Seitz, M. Hornung Einladungsvortrag auf den Green Aviation Days | Kopenhagen Renewable jet fuels: long-term availability perspectives Autoren/authors: V. Batteiger, C. Falter, A. Sizmann, M. Hornung Applied Aerodynamics Conference 2014 | Bristol Adaptive C-Wing Flight Controls for a Universally-Electric Aircraft Autoren/authors: U. Kling, A. T. Isikveren, R. M. Ajaj, M. I. Friswell ATRS World Conference 2014 | Bordeaux Performance Indicators to Assess Intermodal Concepts Autoren/authors: M. Urban, M. Cole, P. Langfermann, A. Paul Implications of Aircraft Concepts Using Alternative Energy on Ground Operation Autoren/authors: M. Schmidt, M. Cole, A. Paul, K. O. Plötner Benchmarking air-rail connections at European airports Autoren/authors: P. Langfermann, P. Suau-Sanchez, A. Sharp Munich Aerospace Spring School | Frauenchiemsee Airborne Optical Networking Autoren/authors: K.-D. Büchter, A. Sizmann GARS Workshop ”Air Transport and Climate Change” | Worms Future Transport Aircraft Ultra-Low Emissions Technology Options Autoren/authors: A. T. Isikveren, M. Schmidt

68 facts and ﬁgures Studienarbeiten Diploma or bachelor theses and term papers 18.12.2014 23.09.2014 15.06.2014 31.05.2014 31.03.2014 07.02.2014 Bachelorarbeit an der Technischen Universität | München Bewertung des Potenzials von Echtzeitkollaboration im modellbasierten Systementwurf Autor/author: M. Schramme Bachelorarbeit an der Hochschule | Augsburg Conceptual Investigation of Hybrid-Electric Regional Aircraft Engines Autor/author: A. Kalichmanow Diplomarbeit an der Technischen Universität | München Quasi-Analytical Aerodynamic Methods for Propulsive Fuselage Concepts Autor/author: A. Prendinger Diplomarbeit an der Technischen Universität | München Engineering Concept Study of an Innovative Sideward Retractable Aircraft Seat Autor/author: M. Götz Masterarbeit an der Technischen Universität | München Concept Development for an Improved Turnaround Process Autor/author: P. Nguyen Masterarbeit an der Technischen Universität | München Network optimization of hub-and-spoke airlines and implications for future route development Autor/author: C. Soyk

69 Patente Patents EP 1964774 A2 Europäisches Patentamt | München Fluggerät mit rotierenden Zylindern zur Erzeugung von Auftrieb und/oder Vortrieb Erﬁnder/inventor: J. Seifert DE 102007009951 B3 Deutsches Patent- und Markenamt | München Fluggerät mit rotierenden Zylindern zur Erzeugung von Auftrieb und/oder Vortrieb Erﬁnder/inventor: J. Seifert DE 102008022452 A1 Deutsches Patent- und Markenamt | München Flugzeug mit aktiv steuerbaren Hilfsﬂügeln Erﬁnder/inventor: J. Wittmann DE 102008024463 B4 Deutsches Patent- und Markenamt | München Flugzeugantriebssystem Erﬁnder/inventor: A. Seitz DE 102012015104.7 Deutsches Patent- und Markenamt | München Fahrzeugtriebwerk, Fahrzeug mit diesem Fahrzeugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb dieses Fahrzeugtriebwerkes Erﬁnder/inventor: 0. Schmitz

70 facts and ﬁgures Medienberichterstattung Media coverage Expertenvorträge (exkl. Konferenzen) Expert talks (excl. conferences) Pressemitteilungen des Bauhaus Luftfahrt Press releases issued by Bauhaus Luftfahrt Medienberichte über das Bauhaus Luftfahrt Media reports on Bauhaus Luftfahrt Printmedien Print media Online-Medien Online media Audio-visuelle Medien Audio-visual media Nationale Expertenvorträge (exkl. Konferenzen) National expert talks (excl. conferences) Internationale Expertenvorträge (exkl. Konferenzen) International expert talks (excl. conferences) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 2 4 6 8 10 12 2012 2013 2014 2012 2013 2014 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Impressum Imprint Bauhaus Luftfahrt Jahrbuch 2014 Herausgeber /Publisher Bauhaus Luftfahrt e. V. Willy-Messerschmitt-Str. 1, 85521 Ottobrunn www.bauhaus-luftfahrt.net Bildnachweise /Picture credits S. 6: Airbus Group, S. 10/12: Jan Greune, S. 16: iStockphoto (Thomas Vogel), S. 18: iStockphoto (Dell640), S. 19: Fotolia (iuhrlqe), S. 20/21: iStockphoto (Cesair/Sablin/Silkwayrain), S. 22: Getty Images (Michał Krakowiak), S. 23: Airbus/iStockphoto (GlobalStock/Josef Friedhuber/Kamaga/Lev Mel/MlennyPeople- Images), S. 24: iStockphoto (Wragg), S. 26: iStockphoto (Ollo), S. 29: iStockphoto (Narvikk)/Shotshop (mmedp), S. 30/31: DLR (Ernsting)/Getty Images (Jenna Wagner)/iStockphoto (Mario Gut/KTSimage)/ Shutterstock (Lebendkulturen.de), S. 32: Bauhaus Luftfahrt e.V., S. 33: Solar-Jet, S. 35: Goode Homolosine Projection, S. 36: Shutterstock (Toa55), S. 38: iStockphoto (A330Pilot), S. 39: Fotolia (Frank), S. 41: Getty Images (John Wildgoose), S. 46: Getty Images (Studio-Pro), S. 47: Shutterstock (Kacmerka/Sunsinger), S. 48: Bauhaus Luftfahrt e.V., S. 50/51: Bauhaus Luftfahrt e.V./iStockphoto (Bluebay2014), S. 58: Fotolia (Goodluz) Redaktion /Editor Sven Brunsmann Autoren /Authors Dr. Valentin Batteiger Julian Bijewitz Oliver Boegler Mara Cole Dr. Doris Empl Christian Endres Christoph Falter Dr. Martin Glas Dr. Askin T. Isikveren Dr. Christoph Jeßberger Sascha Kaiser Alexander Kalichmonow Ulrich Kling Dr. Lily Koops Dr. Holger Kuhn Annika Paul Dr. Kay Plötner Clément Pornet Florian Riegel Dr. Thomas Röhm Dr. Arne Roth Dr. Arne Seitz Dr. Andreas Sizmann Marcia Urban Patrick Vratny Dr. Sven Ziemer Konzept, Layout, Graﬁken /Concept, layout, graphics ABW Agentur für digitales Marketing GmbH, München www.abw.de Lektorat /Proofreading Deutsches Lektorat: ABW Agentur für digitales Marketing GmbH Englisches Lektorat: Verbalis, München Druck /Print Kessler Druck + Medien GmbH & Co. KG, Bobingen Auﬂage /Circulation 400 Exemplare/400 copies Aus Gründen der Lesefreund- lichkeit verzichten wir auf die explizite Nennung der weiblichen Form. Wenn zum Beispiel von Mitarbeitern die Rede ist, sind selbstverständlich auch die Mitarbeiterinnen gemeint.