Konstruktion: Leises Überschallflugzeug von NASA und Lockheed Martin

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Der kommerzielle Überschallflug gewinnt an Gestalt. Die US-Raumfahrtbehörde NASA will mit Lockheed Martin Skunk Works den „Low-Boom Flight Demonstrator“ entwickeln, bauen und testen, ein experimentelles Flugzeug, das Passagieren Flugreisen mit Überschallgeschwindigkeit ermöglichen soll.

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Der kommerzielle Überschallflug gewinnt an Gestalt. Die US-Raumfahrtbehörde NASA will mit Lockheed Martin Skunk Works den „Low-Boom Flight Demonstrator“ entwickeln, bauen und testen, ein experimentelles Flugzeug, das Passagieren Flugreisen mit Überschallgeschwindigkeit ermöglichen soll.

In Zusammenarbeit mit der NASA will Lockheed Martin eines der hartnäckigsten Probleme des Fliegens mit Überschall angehen – den Knall. Lockheed Martin Skunk Works will dazu ein experimentelles Flugzeug, X-Plane, bauen, das auf ein vorläufiges, im Rahmen des NASA-Programms Quiet Supersonic Technology (QueSST) entwickeltes Design zurückgreift. Es soll Ende 2021 dem NASA-eigenen Armstrong Flight Research Center in Kalifornien zur Verfügung stehen.

Das X-Plane soll in einer Höhe von rund 16‘700 Metern und mit einer Geschwindigkeit von 1,42 Mach verkehren (Spitze 1,5 Mach oder 990 mph). Anstelle eines Überschallknalls würde man lediglich die Lautstärke einer sich schließenden Autotür wahrnehmen, so die Entwickler, 75 Perceived Level Decibel (PLdB) und damit kaum hörbar für die Menschen am Boden. Der vorläufige Entwurf von Lockheed Martin zeigt ein vergleichsweise kleines Flugzeug, das 29 Meter misst und eine Spannweite von etwa 9 Metern erreicht. Passagierplätze sind nicht vorgesehen. Voll aufgetankt liegt das Startgewicht bei etwa 14‘600 Kilo. Als Antrieb kommt ein einzelnes General Electric F41-Triebwerk zum Einsatz, wie auch schon in den F/A-18E/F-Kampfflugzeugen.

Jim Less wird einer der ersten NASA-Piloten sein, der X-Plane fliegen wird, nachdem die Piloten von Lockheed Martin erste Testflüge vollendet haben, um die Sicherheit des Entwurfs zu gewährleisten.

Die aktuellen Regulierungen fußen auf der Fluggeschwindigkeit und verbieten den kommerziellen Überschallflug über Land. Mit dem Low-Boom Flight Demonstrator will die NASA Daten dazu sammeln, inwiefern eine leise Überschalltechnologie tatsächlich von der Bevölkerung akzeptiert wird. Sie lässt das Flugzeug einige Städte überfliegen, die noch ausgewählt werden.

Ein vollständiger Überblick der Reaktionen aus den Gemeinden soll im Jahr 2015 an die Federal Aviation Administration und die International Civil Aviation Organization (ICAO) gehen. Basierend auf den wahrgenommenen Geräuschpegeln, so die Erwartung, sollen diese Organisationen neue Regeln entwickeln, um kommerzielle Überschallflüge über Land genehmigen zu können.

Einzigartige Form

Das Geheimnis des leisen Überwindens der Schallmauer liegt in der einzigartigen Form des Flugzeugrumpfs, der die Stoßwellen generiert. Stoßwellen im konventionellen Flugzeugdesign verdichten sich kegelförmig an Flugzeugnase und Flugzeugheck und führen zu zwei getrennt wahrnehmbaren Überschallknallen.

Aber die neuentwickelte Form sendet diese Stoßwellen vom Flugzeug in einer Weise weg, die sie davon abhält, wieder zusammenzukommen und zwei laute Donnerschläge auszulösen. Vielmehr erreichen die viel schwächeren Stoßwellen noch getrennt den Boden, was als eine schnelle Serie leichter Schläge wahrzunehmen ist.

Diese Ideen wurden erstmals in den 1960er Jahren in Theorien gegossen und seitdem unter anderem von der NASA getestet. So hat man 2003 bis 2004 einen F-5E Tiger-Kampfjet mit einer ungewöhnlich gestalteten Nase getestet und dabei zeigen können, dass sich Theorien in der Praxis bewähren. Tests im Windtunnel, Simulationen und Flüge unterstützen das neue Design zusätzlich.

Das Programm gliedert sich in drei Phasen, und der vorläufige Plan sieht wie folgt aus:

  • 2019: Design-Review. Konstruktion und Montage, wenn erfolgreich
  • 2021: Bau des Flugzeugs bei Lockheed Martin Skunk Works in Palmdale, anschließend eine Serie von Testflügen, um den Sicherheits- und internen Leistungsanforderungen zu entsprechen. Dann wird das Flugzeug offiziell an die NASA überstellt. Phase 1 ist damit abgeschlossen.
  • 2022: In Phase 2 wird die NASA das X-plane im Überschall-Testgelände über Edwards im Hinblick darauf erproben, ob die Überschalltechnologie so funktioniert wie gedacht, ob sie robust ist und sicher genug für den nationalen Luftraum.
  • 2022 bis 2025: Phase 3 beginnt mit den ersten Testflügen über bewohntem Gebiet, das heißt vier bis sechs Städten in den USA.

Video Low-Boom Flight Demonstration: https://youtu.be/DPd0OHrmCBc

Bild oben: Die NASA beauftragt Lockheed Martin Aeronautics Company in Palmdale mit Entwicklung, Bau und Test eines Überschallflugzeugs. Credits: NASA
 

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