Flugzeug hilft der NASA bei der Entwicklung von Hyperschall-Flugtechnologie

Der Kampfjet YF-12 trug maßgeblich dazu bei, dass die NASA-Ingenieure das Problem des Triebwerksabwürgens und der starken Vibrationen bei Flügen mit Überschallgeschwindigkeit überwinden konnten.

Der Kampfjet YF-12 kann mit dreifacher Schallgeschwindigkeit fliegen. Foto: Wikipedia

Laut Interesting Engineering hat das Lewis Research Center der NASA in Cleveland den Kampfjet YF-12 zur Entwicklung einer Hyperschallflugtechnologie eingesetzt. Dieses Zentrum ist seit den 1940er Jahren führend in der Forschung zu Flugantrieben und strebt danach, 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. Viele Militärflugzeuge nach der Bell X-1 erreichten Überschallgeschwindigkeit, aber keines konnte mit der Blackbird-Serie von Lockheed Martin mithalten. Elegante Tarnkappenflugzeuge wie die A-12, der Abfangjäger YF-12 und das Aufklärungsflugzeug SR-71 waren die ersten, die über längere Zeiträume mit Überschallgeschwindigkeit fliegen konnten. In Höhen über 24.384 m können sie dreimal schneller als der Schall fliegen. Allerdings ist die Verbesserung der Technologie für große Transportflugzeuge eine Herausforderung, vor allem weil mehr Daten benötigt werden, um zu verstehen, wie das Antriebssystem während des Überschallflugs funktioniert.

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 NASA-USAF-Projekts, um Daten von YF-12-Flügen mit Windkanaldaten der NASA-Forschungszentren Ames, Langley und Lewis zu vergleichen.

Das Lewis-Team hatte seit Anfang der 1950er Jahre Überschalleinlässe in Windkanälen erforscht und Überschalldüsen an Delta-Dart-Abfangjägern getestet. Im neuen Projekt war Lewis für die Prüfung des Ansaugtrakts des YF-12 in Originalgröße in einem 10 x 10 großen Überschall-Windkanal und für die Analyse des Pratt & Whitney J58-Triebwerks mit 144.567 Newton Schub im Propulsion Systems Laboratory (PSL) verantwortlich.

Durch die gemischte Kompression kann das Triebwerk bei niedrigen Geschwindigkeiten als Turbofan und bei hohen Geschwindigkeiten als Staustrahltriebwerk betrieben werden. Dies ist zwar sehr effizient, jedoch anfällig für Strömungsturbulenzen, die häufig zu einem Zustand führen, der als „Nichtstarten“ bezeichnet wird. Ein Unstart ist eine plötzliche Änderung des Luftstroms, die einen enormen Luftwiderstand erzeugt, der zum Abwürgen eines Motors oder zu heftigen Erschütterungen des Flugzeugs führen kann.

Lewis-Forscher untersuchen im November 1971 in einem 10 x 10 großen Windkanal einen Einlass einer abgestürzten SR-71. Im folgenden Jahr sammelten sie in einem Windkanal unter verschiedenen Bedingungen aerodynamische Daten. Sie testeten außerdem ein neues Ansaugkontrollsystem der Lewis-Ingenieure Bobby Sanders und Glenn Mitchell, das mehrere mechanische Ventile verwendet, um Startschwierigkeiten zu verhindern. Es war das erste Mal, dass das System auf Hardware in voller Größe getestet wurde. Das Team testete außerdem die Wechselwirkungen zwischen Flugzeugzelle, Einlass, Motor und Steuerungssystemen unter normalen und turbulenten Bedingungen.

Im Sommer 1973 wurde als erstes Hardwareteil ein J-58-Motor in Originalgröße in der zweiten PSL-Druckkammer in Lewis getestet. Im folgenden Jahr sammelten die Forscher Daten unter normalen und variablen Bedingungen. Bei den PSL-Tests wurden auch die Triebwerksemissionen gemessen, um die Emissionen in großen Höhen bei Überschallflügen einzuschätzen.

Das YF-12-Programm hat auch gezeigt, dass kleine Modelle zum Entwurf von Überschalleinlässen in Originalgröße verwendet werden können. Um die Auswirkungen des Kleinmodells und des Tunnels auf die Daten besser zu verstehen, wurden Flugdaten verwendet. Am wichtigsten war jedoch, dass das Lewis-Programm zur Entwicklung eines digitalen Steuerungssystems führte, das die Reaktion des Überschalleinlasses auf Strömungsstörungen verbesserte und so einen Motorneustart praktisch überflüssig machte. Viele der Ideen des Programms wurden Anfang der 1980er Jahre beim Entwurf des Flugzeugs SR-71 angewendet und trugen über mehrere Jahrzehnte hinweg zu den Bemühungen der NASA bei, ein Überschall-Passagierflugzeug zu entwickeln.

Das YF-12-Programm endete 1979, als die NASA ihren Schwerpunkt auf andere Prioritäten in der Luftfahrt verlagerte. Während dieser Zeit absolvierten YF-12-Raketen fast 300 Forschungsflüge und schlossen damit ein Jahr lang Bodentests im Windkanal der NASA ab.

An Khang (laut Interesting Engineering )

Quellenlink: https://vnexpress.net/may-bay-giup-nasa-phat-trien-cong-nghe-bay-sieu-thanh-4714828.html