Flugzeuge helfen der NASA bei der Entwicklung von Hyperschallflugtechnologie

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Der Kampfjet YF-12 war für die NASA-Ingenieure von entscheidender Bedeutung, um das Problem des Triebwerksabwürgens und der starken Vibrationen bei Flügen mit Überschallgeschwindigkeit zu überwinden.

Der Kampfjet YF-12 kann dreimal schneller fliegen als der Schall. Foto: Wikipedia — Der Kampfjet YF-12 kann dreimal schneller fliegen als der Schall. Foto: *Wikipedia*

Laut Interesting Engineering nutzte das Lewis Research Center der NASA in Cleveland den Kampfjet YF-12, um Überschallflugtechnologie zu entwickeln. Das Zentrum, seit den 1940er Jahren führend in der Forschung zu Flugantrieben, versuchte, die Technologie für längere und schnellere Überschallflüge zu verbessern.

Die raketengetriebene Bell X-1 schrieb im Oktober 1947 Geschichte, als sie als erstes Flugzeug schneller als der Schall flog und damit den Weg zum Überschallflug ebnete. Der Bell X-1 folgten viele Militärflugzeuge , doch keines kam an Lockheed Martins Blackbird heran. Elegante Tarnkappenflugzeuge wie die A-12, der Abfangjäger YF-12 und das Aufklärungsflugzeug SR-71 waren die ersten, die über längere Zeiträume Überschallgeschwindigkeit flogen. Sie konnten in Höhen von über 24.000 Metern mit der dreifachen Schallgeschwindigkeit fliegen. Die Weiterentwicklung dieser Technologie für große Transportflugzeuge ist jedoch eine Herausforderung, vor allem, weil weitere Daten benötigt werden, um die Funktionsweise der Antriebssysteme im Überschallflug zu erforschen.

Um unentdeckte Probleme bei der Konstruktion und Erprobung der Blackbird zu beheben und eine Schlüsseltechnologie namens Überschall-Kompressionsmischeinlass weiterzuentwickeln, lieh das Militär zwei 1969 außer Dienst gestellte YF-12 an das Dryden (heute Armstrong) Flight Research Center der NASA als Teil eines gemeinsamen Projekts von NASA und USAF, um Daten von YF-12-Flügen mit Windkanaldaten der NASA-Forschungszentren Ames, Langley und Lewis zu vergleichen.

Das Lewis-Team erforscht seit Anfang der 1950er Jahre Überschalleinlässe in Windkanälen und testet Überschalldüsen am Abfangjäger Delta Dart. Im neuen Projekt ist Lewis für die Prüfung des Originaleinlasses der YF-12 in einem 10 x 10 großen Überschallwindkanal und die Analyse des Pratt & Whitney J58-Triebwerks mit 144.567 Newton Schub im Propulsion Systems Laboratory (PSL) verantwortlich.

Durch die Mischkompression kann das Triebwerk bei niedrigen Geschwindigkeiten als Turbofan und bei hohen Geschwindigkeiten als Staustrahltriebwerk betrieben werden. Dies ist zwar sehr effizient, aber anfällig für Turbulenzen, die häufig zu sogenannten „Unstarts“ führen. Unstarts sind plötzliche Änderungen des Luftstroms, die einen enormen Luftwiderstand erzeugen, der zum Abwürgen des Triebwerks oder zu heftigen Erschütterungen des Flugzeugs führen kann.

Im November 1971 testeten Forscher bei Lewis einen Einlass der abgestürzten SR-71 in einem 10 x 10 Zoll großen Windkanal. Im darauffolgenden Jahr sammelten sie im Windkanal aerodynamische Daten unter verschiedenen Bedingungen. Sie testeten auch ein neues Einlass-Kontrollsystem, das von den Lewis-Ingenieuren Bobby Sanders und Glenn Mitchell entwickelt wurde und mehrere mechanische Ventile verwendete, um ein Nichtstarten zu verhindern. Es war das erste Mal, dass das System in Originalgröße getestet wurde. Das Team testete auch die Wechselwirkungen zwischen Flugzeugzelle, Einlässen, Triebwerken und Kontrollsystemen unter normalen und turbulenten Bedingungen.

Im Sommer 1973 wurde in der zweiten PSL-Druckkammer in Lewis erstmals ein J-58-Triebwerk in Originalgröße getestet. Im darauffolgenden Jahr sammelten die Forscher Daten unter normalen und variablen Bedingungen. Bei den PSL-Tests wurden auch die Triebwerksabgase gemessen, um die Emissionen in großen Höhen bei Überschallflügen zu ermitteln.

Das YF-12-Programm zeigte zudem, dass sich mithilfe von Kleinmodellen Überschalleinlässe in Originalgröße konstruieren lassen. Flugdaten wurden genutzt, um die Auswirkungen von Kleinmodellen und Tunneln auf die Daten besser zu verstehen. Vor allem führte das Lewis-Programm zur Entwicklung eines digitalen Steuerungssystems, das die Reaktion von Überschalleinlässen auf Strömungsstörungen verbesserte und Triebwerksneustarts praktisch überflüssig machte. Viele Ideen aus dem Programm flossen in die Konstruktion der SR-71 Anfang der 1980er Jahre ein und trugen über mehrere Jahrzehnte hinweg zu den Bemühungen der NASA um Überschall-Passagierflugzeuge bei.

Das YF-12-Programm endete 1979, als die NASA ihren Fokus auf andere Luftfahrtprioritäten verlagerte. Zu diesem Zeitpunkt hatten YF-12-Flugzeuge bereits fast 300 Forschungsflüge absolviert und ein Jahr lang Bodentests im Windkanal der NASA absolviert.

An Khang (Laut Interesting Engineering )

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