Schallgeschwindigkeit - Supersonic

Schallgeschwindigkeit – Die Anfänge

Arnold Fischer
25.09.2018
4 Minuten

Spätestens seit den 1930er Jahren träumen die Menschen von Überschallflugzeugen für schnelles Reisen. Bis heute. Um 1943 erreichten die fortschrittlichsten Flugzeuge mit Kolbenmotoren bis zu 850 km/h in 6.000 Metern Höhe, was einer Machzahl von 0,75 entsprach.

Bei bestimmten Flugmanövern, etwa im Sturzflug, konnten diese Werte erheblich überschritten werden und sich der Schallgeschwindigkeit nähern. Das führte allerdings zu Auswirkungen wie Rütteln, Blockaden, Stabilitätsänderungen und Schäden an den Propellern. All das war neu und zunächst unerklärbar. Mach 1, also die 1-fache Schallgeschwindigkeit war das Ziel. Versuche, die sensible Zone zwischen Mach 0,8 und 1,2 im Windkanal zu erforschen, schlugen fehl. Die erzeugten Stoß- und Expansionswellen brachen sich an den Wänden und „verstopften“ den Kanal.

Schallgeschwindigkeit – ein Projektil als Flugzeug

Die Lösungen waren so einfach wie bestechend: Kraft und Form. Für die Kraft war der Raketenantrieb ohne Propeller alternativlos. Für eine möglichst effektive Aerodynamik wurde das Projektil eines tausendfach verwendeten Kaliber-50 BMG (Browing Machine Gun) Geschosses nachempfunden. Es galt als besonders flugstabil im ballistischen Überschallflug. Nach dem offiziellen Erreichen der Schallmauer im Jahr 1947 – mit der Bell X-1 „Glamorous Glennis“ durch Chuck Yeager – war der “Run“ auf den maximalen Speed eröffnet. Die russischen Versuche dieser Zeit beschränkten sich noch auf den Windkanal. Und die USA wollten das Rennen mit aller Macht gewinnen. Schließlich war die Schallgeschwindigkeit, neben den beginnenden Planungen für die Raumfahrt, eine der wegweisenden Visionen der Zeit. Allerdings ist es ein großer Unterschied, ob Testpiloten und Raumfahrer unter höchsten körperlichen Belastungen und maximalen Gefahren Raketen im Druckanzug steuern oder ein Flugkapitän im feinen Dress Passagiere fliegt, während sie mit Häppchen und Champagner versorgt werden. Es handelte sich um eines der legendärsten Zeitalter der Luftfahrt (siehe auch dieser Bericht über Chuck Yeager) und das Rennen war noch lange nicht vorbei.

Treibstoff, Material und Form. Eine Herausforderung.

Dass Flugzeuge grundsätzlich in den Überschallbereich vorstoßen konnten, galt also erst einmal als gesichert, aber viele Fragen waren noch nicht beantwortet. Zum Beispiel, ob auch mehrfache Schallgeschwindigkeit möglich ist und wie groß Überschallflugzeuge sein durften, denn schließlich hatten sie einen immensen Treibstoffbedarf. Die X-1 flog jeweils nur wenige Minuten und musste bis auf einen einzigen Selbststart im Jahr 1949 niemals selbst in die Luft kommen. Sie wurde in großer Höhe von einer Boeing B-29 oder B-50 „ausgeklinkt“.

Auch der Treibstoff war nicht gerade das, was man für eine sichere Reise von A nach B verwenden möchte. Das sehr explosive Alkohol-Sauerstoff-Gemisch wurde von unter Hochdruck stehendem Stickstoff in die Brennkammern geleitet und dort entzündet.

Ein weiterer Punkt waren die Werkstoffe. Welche Metall-Legierungen waren in der Lage, maximale Stabilität bei möglichst geringem Gewicht zu vereinen, während sie der Reibungshitze über Mach 1 trotzten?

Die Herausforderungen lagen also auf der Hand: Leistungsfähige Triebwerke, betrieben mit „normalem Treibstoff“ mussten konstruiert werden, Technik und Materialien mussten ihre Herausforderungen verlieren und die Aerodynamik völlig neu konzipiert werden, denn eine Projektil-Form ist denkbar ungeeignet für Passagierflugzeuge.

Aus 1 Mach 2

Doch die Vision wurde greifbarer. Bereits 1955 hatten Wissenschaftler des englischen Royal Aircraft Establishment Farnborough den Überschall-Passagierflug als machbar eingeschätzt. Schon bevor über der kalifornischen Wüste ein Rekord nach dem anderen aufgestellt wurde (die North American X-15 flog 1966 unglaubliche 7.274 km/h in 59.000 Metern Höhe), gingen die Konstrukteure zurück ans Reißbrett und planten, die Supersonic-Idee passagiertauglich zu machen. Materialtests wurden durchgeführt, Triebwerke konstruiert, Designs entwickelt.

Im Jahr 1959 empfahl das eigens gegründete Supersonic Transport Aircraft Committee (STAC) aus über 200 Auslegungen zwei mögliche Formen, wobei nur eine davon für Mach 2 tauglich war. Und genau das war es, was die Konstrukteure wollten: die Königsdisziplin. Statt sich mit Mach 1 aufzuhalten, wollten sie mit Mach 2 die doppelte Schallgeschwindigkeit erreichen. Ein Traum für jeden Flugzeugingenieur. 1959 wurde in Frankreich ein Pflichtenheft fixiert. Die Eckpunkte: 60 bis 80 Passagiere, 3.500 Kilometer und Geschwindigkeit über Mach 1. Im gleichen Jahr begann die Zusammenarbeit mit Großbritannien. Der französische Präsident Charles de Gaulle persönlich bestand auf den letzten Buchstaben „e“ im Namen: Die Concorde war geboren.

Titelbild Pixabay © skeeze

von Arnold Fischer

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