Fortschrittliche Materialien treiben die Zukunft der Niedrigluftraumwirtschaft voran: Leichtbau, Leistung und Fertigung der Zukunft

Im Jahr 2026 tritt die Niedrigluftraumwirtschaft, angetrieben durch unterstützende politische Maßnahmen, in eine Meilensteinphase ein und positioniert sich als neue strategische Säulenindustrie.


Hinter dieser Markttransformation im Umfang von Billionen Yuan steht ein grundlegender Faktor, der die Leistungsgrenzen und den kommerziellen Erfolg von Flugzeugen der nächsten Generation bestimmt — fortschrittliche Materialien. Branchenanalysen zufolge machen fortschrittliche Materialien derzeit etwa 30 %–50 % der Materialkosten von Flugzeugen aus. Da die Niedrigluftraumwirtschaft über die Marktgröße von 1 Billion RMB hinaus wächst, wird erwartet, dass die Nachfrage nach fortschrittlichen Materialien 500 Milliarden RMB übersteigt und bedeutende Chancen für Hochleistungsverbundwerkstoffe schafft.

1. Leichtbau: Ein Wettbewerb, der in jedem Gramm gemessen wird

Bei Niedrigluftraumflugzeugen ist das Gewicht der strengste „Buchhalter“. Im Gegensatz zu herkömmlichen treibstoffbetriebenen Flugzeugen sind elektrische Niedrigluftraumflugzeuge auf Batterien zur Energieversorgung angewiesen.

Jedes zusätzliche Kilogramm bedeutet eine geringere Flugreichweite und eine niedrigere Nutzlastkapazität. In der Branche wird häufig das Prinzip genannt, dass „jedes eingesparte Kilogramm die Reichweite um 10 Kilometer erhöhen kann“. Daher kann jede Gewichtsreduzierung am Rumpf, an den Flügeln und an den Rotoren zu längeren Flugstrecken, höherer Nutzlastkapazität oder größeren Sicherheitsreserven führen.


Kohlenstofffaserverbundwerkstoffegelten als die ultimative Lösung für diese Herausforderung. Mit einer Dichte von nur etwa einem Viertel derjenigen von Stahl und gleichzeitig einer mehr als neunmal höheren Zugfestigkeit können Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe das Flugzeuggewicht bei Ersatz herkömmlicher Metallmaterialien erheblich reduzieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumlegierungen können Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe eine Reduzierung des Strukturgewichts um 20 %–40 % erreichen. Dank ihrer herausragenden Kombination aus geringem Gewicht, hoher Festigkeit, hoher Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit sind Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe zu einer idealen Materialwahl für eVTOL-Strukturen geworden und werden häufig als „schwarzes Gold“ bezeichnet.


Bei eVTOL (elektrischen Senkrechtstart- und -landeflugzeugen) werden Verbundwerkstoffe hauptsächlich in Strukturkomponenten und Antriebssystemen eingesetzt und machen etwa 75 %–80 % der gesamten Flugzeugstruktur aus. Verbundwerkstoffe stellen mehr als 70 % der Strukturzusammensetzung eines eVTOL dar, wobei Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe etwa 90 % der eingesetzten Verbundwerkstoffe ausmachen. Sie werden umfassend in primären und sekundären lasttragenden Strukturen sowie Funktionskomponenten eingesetzt, darunter Rümpfe, Rotoren, Flügel, Batteriegehäuse, Antriebsblätter, Sitze und verschiedene Halterungen.


Abhängig von Flugzeuggröße und Nutzlastanforderungen kann ein einzelnes Passagier-eVTOL 100–400 kg Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe benötigen. Branchenprognosen zufolge wird der Kohlenstofffaserbedarf des eVTOL-Sektors allein zwischen 2024 und 2030 von 500 Tonnen auf 11.700 Tonnen steigen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von etwa 69 % entspricht. Der Markt soll innerhalb von sechs Jahren um das 22,5-Fache wachsen.


Ein Fracht-Drohnenmodell hat durch ein vollständig aus Kohlenstofffaser bestehendes Rumpfdesign eine Gewichtsreduzierung von 40 % erreicht und seine Flugreichweite auf 280 km verlängert. Der XPeng Voyager X2 verwendet im gesamten Luftfahrzeug Kohlenstofffasermaterialien, um ein Gleichgewicht zwischen Leichtbau und struktureller Sicherheit zu erreichen, während AutoFlight V2000CG ebenfalls hochfeste Kohlenstofffaserverbundtechnologien in seiner Kernstruktur einsetzt.

Mit Kohlenstofffaser verstärktes Nylon 12

2. Schaumkernmaterialien: Das „unsichtbare Skelett“ im Inneren von Sandwichstrukturen

Neben dem Kohlenstofffaserverbund-„Skelett“ von Niedrigluftraumflugzeugen dienen Schaumkernmaterialien als unverzichtbare „unsichtbare Stütze“ innerhalb von Sandwichstrukturen. Ihr Kernwert liegt darin, Verbundwerkstoffdeckschichten eine extrem hohe spezifische Steifigkeit und Knickfestigkeit bei gleichzeitig ultraniedrigem Gewicht zu verleihen und so eine Struktureffizienz zu erreichen, bei der „1+1>2“ gilt.


Derzeit folgen die in Niedrigluftraumflugzeugen eingesetzten Schaumkernmaterialien hauptsächlich einer dualen Materiallandschaft, die von PMI-Schaum und PVC-Schaum dominiert wird, wobei jedes Material unterschiedliche Leistungs- und Kostenanforderungen erfüllt.


PMI-Schaum (Polymethacrylimid-Schaum) ist ein wichtiges Kernmaterial, das entwickelt wurde, um die kombinierten Anforderungen an extremen Leichtbau, strukturelle Steifigkeit, Wärmebeständigkeit und Flammschutzleistung zu erfüllen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Herstellung großflächiger integrierter Sandwichstrukturen wie Flügel, Rumpfabschnitte und Rotorblätter zu ermöglichen. Dank seiner geschlossenzelligen Mikrostruktur und inhärenten thermischen Stabilität bietet PMI-Schaum eine passive Sicherheitsbarriere, die das Eindringen von Wärme begrenzt und gleichzeitig die strukturelle Integrität unter Hochtemperaturbedingungen aufrechterhält.


Im eVTOL-Sektor sind PMI-Schaumkernmaterialien zur dominierenden Wahl für Hochleistungsanwendungen geworden. Der von Evonik entwickelte ROHACELL PMI-Schaum, bekannt für seine ultraleichten Eigenschaften und hohe mechanische Festigkeit, wurde bereits für die Konstruktion kritischer eVTOL-Strukturkomponenten eingesetzt. Branchenprognosen zufolge kann ein einzelnes eVTOL-Flugzeug bis zu 50 kg PMI-Schaumkernmaterialien benötigen. Der weltweite eVTOL-PMI-Schaummarkt erreichte 2025 einen Umsatz von etwa 250 Millionen USD und soll bis 2032 auf 707 Millionen USD wachsen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 16,0 % entspricht.


PVC-Schaumkernmaterialien hingegen haben sich aufgrund ihrer Kostenvorteile bei Anwendungen in Starrflügel-UAVs weit verbreitet. Struktureller PVC-Schaum zeichnet sich durch einen hohen Anteil geschlossener Zellen, hervorragende mechanische Eigenschaften, Temperaturbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit aus. Im eVTOL-Bereich werden PVC-Schaumkerne hauptsächlich in nicht lasttragenden Strukturen wie Frachträumen von Frachtflugzeugmodellen eingesetzt.


Darüber hinaus werden auch Materialien wie PET-Schaum und Balsaholzkerne in bestimmten Anwendungen genutzt und bilden gemeinsam ein diversifiziertes Kernmaterialsystem für Sandwichstrukturen in Niedrigluftraumflugzeugen.

3. Metallische Materialien: Vom „Fundament“ zur „kritischen Strukturstütze“

Obwohl Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe einen immer größeren Anteil an Anwendungen in Niedrigluftraumflugzeugen gewinnen, sind metallische Materialien keineswegs ersetzt. Stattdessen spielen sie weiterhin unverzichtbare Rollen in bestimmten Bereichen, in denen Festigkeit, Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit entscheidend sind. Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Magnesiumlegierungen und Aluminium-Lithium-Legierungen bilden gemeinsam ein umfassendes System metallischer Materialien, das Leichtbau, hohe Leistung und strukturelle Sicherheit für Niedrigluftraumflugzeuge ermöglicht.

Aluminiumlegierungen: Die Grundmaterialien von Niedrigluftraumflugzeugen

Mit Vorteilen wie geringer Dichte (etwa 2,7 g/cm³), hervorragender Korrosionsbeständigkeit und guter Herstellbarkeit bleiben Aluminiumlegierungen zu den am häufigsten verwendeten Strukturmaterialien.

Mit Vorteilen wie geringer Dichte (etwa 2,7 g/cm³), hervorragender Korrosionsbeständigkeit und guter Herstellbarkeit bleiben Aluminiumlegierungen zu den am häufigsten verwendeten Strukturmaterialien in Niedrigluftraumflugzeugen. Im eVTOL-Sektor machen Luftfahrt-Aluminiumlegierungen mehr als 60 % des Strukturgewichts des Rumpfes aus, wobei der globale Markt 2026 etwa 1,95 Milliarden RMB erreicht. Hochfeste Aluminiumlegierungen werden weit verbreitet in Bereichen mit konzentrierten Lasten eingesetzt, darunter Flügelverbindungen, Heckanschlüsse, Fahrwerke und Rotorstrukturen.


Nach Angaben der China Nonferrous Metals Industry Association stieg die Aluminiumnachfrage aus dem UAV-Sektor im Jahr 2025 im Jahresvergleich um 40 %. Das von GAC Group entwickelte fliegende Auto GOVY AirCab verwendet einen Rahmen aus Luftfahrt-Aluminiumlegierung. Neben Flugzeugstrukturen werden Aluminiumlegierungen auch häufig beim Bau leichter Start- und Landebahnen sowie intelligenter Kontrolltürme für Niedrigluftraum-Start- und -Landeanlagen eingesetzt.



Titanlegierungen dienen als die „Gelenke und kritischen Komponenten“ von Flugzeugen.

Dank ihres hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, ihrer Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit werden Titanlegierungen häufig in wichtigen lasttragenden Komponenten wie Flugzeugtriebwerken und Fahrwerken eingesetzt und machen etwa 15 %–20 % des Strukturgewichts von eVTOL-Fluggeräten aus. Die neuesten Blatt-Scheiben-Konstruktionen aus zwei Titanlegierungen haben die Effizienz des Antriebssystems um 15 %–20 % verbessert und gleichzeitig die Ermüdungslebensdauer um 40 % verlängert.


Magnesiumlegierungen sind der „verborgene Champion“ im Leichtbauwettbewerb.

Mit einer Dichte, die nur etwa zwei Drittel derjenigen von Aluminiumlegierungen beträgt, bieten Magnesiumlegierungen außergewöhnliche Leichtbauvorteile. Durch eine deutliche Reduzierung des Flugzeuggewichts können Magnesiumlegierungen die Reichweite und Nutzlastkapazität verbessern und ihre Verbreitung in der Tiefflugökonomie beschleunigen.


Bei eVTOL-Anwendungen werden Komponenten wie integrierte Ausleger, Batteriegehäuse und Motorgehäuse schrittweise von Aluminium auf großformatige Druckgussstrukturen aus Magnesiumlegierungen umgestellt, wodurch das Gesamtgewicht des Flugzeugs potenziell um mehr als 30 % reduziert werden kann. Magnesium-Lithium-Legierungen mit einer Dichte von etwa der Hälfte derjenigen von Aluminiumlegierungen entwickeln sich zu einer entscheidenden Lösung für hochwertige Fluggeräte, die sowohl eine höhere Ausdauer als auch eine größere Nutzlastkapazität anstreben, insbesondere da die Anforderungen an den zukünftigen Leichtbau weiter steigen.


Aluminium-Lithium-Legierungen stellen eine fortschrittliche Richtung zur Erreichung sowohl hoher Festigkeit als auch geringem Gewicht dar.

Vorwiegend in wichtigen lasttragenden Strukturen wie Flügelholmen und Rumpfrahmen eingesetzt, können Aluminium-Lithium-Legierungen das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumlegierungen um etwa 8 %–10 % reduzieren und gleichzeitig die strukturelle Festigkeit erhalten.


Mit der Beschleunigung der Kommerzialisierung und Massenproduktion von eVTOL-Fluggeräten wird erwartet, dass die Nachfrage nach Aluminiumlegierungen in Luft- und Raumfahrtqualität, Titanlegierungen und nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen in der zweiten Hälfte des Jahres 2026 sowohl mengenmäßig als auch wertmäßig gleichzeitig wachsen wird.

4. Spezielle technische Kunststoffe und Aramidmaterialien: Die unverzichtbaren „unterstützenden Rollen“

Spezielle technische Kunststoffe spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung von Fluggeräten für niedrige Flughöhen. Hochleistungsnylon, flammhemmende Polyestermaterialien und duroplastische Verbundwerkstoffe haben bereits Anwendungen in der Massenproduktion von Verbraucherdrohnen, landwirtschaftlichen Drohnen und anderen kommerziellen Szenarien erreicht.


Polyetheretherketon (PEEK)-Materialien haben aufgrund ihrer herausragenden Kombination aus geringem Gewicht, Hochtemperaturbeständigkeit, Flammhemmung, Korrosionsbeständigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erlangt. PEEK wird in verschiedenen Flugzeugkomponenten eingesetzt, darunter Radabdeckungen, Verkleidungen, Sitzrahmen, Laufräder von Umweltkontrollsystemen und Flügelbefestigungselemente. In UAV-Rahmen und Strukturkomponenten von Fluggeräten zeigt PEEK erhebliche Vorteile als Metallersatzmaterial.


Thermoplastische Verbundwerkstoffe auf Basis von modifiziertem Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK) und anderen Hochleistungspolymeren finden zunehmend Verwendung in lasttragenden Komponenten und strukturellen Verbindungsteilen, angetrieben durch die Nachfrage nach leichten, integrierten und kosteneffizienten Fertigungslösungen.


Aramidfaserverbundwerkstoffe bieten eine hervorragende Zähigkeit und Schlagfestigkeit und eignen sich daher für Anwendungen wie sekundäre lasttragende Strukturen in Hubschraubern und Flügelhäuten von UAVs. Aramidpapier-Wabenkernstrukturen und Sandwichstrukturen bieten eine Kombination aus ultraleichtem Design, hoher Festigkeit und Schlagfestigkeit und werden weit verbreitet in Flugzeuginnenräumen, Radomen und Strukturkomponenten eingesetzt.


Durch die Verwendung von Wabenverbundstrukturen können Flugzeughersteller eine lokale Gewichtsreduzierung von etwa 20 % erreichen und gleichzeitig die Ermüdungsbeständigkeit verbessern sowie die Lebensdauer verlängern.

Mit Kohlenstofffaser verstärktes PEEK