Die NASA schafft ein leises Überschallflugzeug mit einem sanften Klangboom

Ein Beispiel für die geplante Low Boom-Flugdemonstration, wie sie letzte Woche im Preliminary Design Review vorgestellt wurde. Abbildung: NASA / Lockheed Martin

Die NASA glaubt, einen wichtigen Meilenstein bei der Schaffung eines leisen Überschall-Passagierflugzeugs erreicht zu haben. Letzte Woche wurde die Phase der vorläufigen Entwurfsprüfung für das Flugzeug mit dem Codenamen Quiet Supersonic Transport oder QueSST abgeschlossen.

QueSST ist der erste Schritt in der Entwicklung des LBFD-Experimentalflugzeugs (Low Boom Flight Demonstration), das Teil des experimentellen Entwicklungsprogramms für die X-Ebene ist.

Am 23. Juni 2017 kam eine Expertengruppe aus verschiedenen Abteilungen der NASA sowie der Lockheed Martin Corporation zu dem Schluss, dass das QueSST-Design die Anforderungen einer vorläufigen Entwurfsprüfung und die Aufgaben dieser innovativen Flugzeuge erfüllen konnte. Seine Hauptaufgabe besteht darin, mit Überschallgeschwindigkeit zu fliegen, aber gleichzeitig einen sanften Klangschlag zu erzeugen, anstatt eine zerstörerische Stoßwelle , die normalerweise mit Überschalltransport verbunden ist.

Seit Jahrzehnten wird versucht, ein Überschall-Passagierflugzeug in Betrieb zu nehmen. Die sowjetische Tu-144 erwies sich als äußerst unzuverlässiges Schiff und wurde außer Dienst gestellt. Die britisch-französische Concord ist neben der Tu-144 das zweite im kommerziellen Betrieb befindliche Überschall-Passagierflugzeug. Aber es gab noch ein anderes Problem - zu hoher Treibstoffverbrauch und extrem lauter Lärm, über den sich Bewohner dicht besiedelter Gebiete beschwerten, über die das Flugzeug flog. Selbst bei Geschwindigkeiten, die unter der Schallgeschwindigkeit lagen, verursachte er viel mehr Geräusche als ein herkömmliches Verkehrsflugzeug.

Das ohrenbetäubende Geräusch der Stoßwelle begleitet die Bewegung eines Körpers mit einer Geschwindigkeit von mehr als Mach 1, dh mehr als der Schallgeschwindigkeit in einer bestimmten Umgebung. Der Stoßwellenausbreitungsbereich eines Überschallflugzeugs ist durch den Mach-Kegel begrenzt .



Der Mach-Kegel entsteht, wenn sich der Körper schneller bewegt als die Wellen, die er erzeugt. Am häufigsten sprechen sie von einer Schallschockwelle aus einem Flugzeug, das mit einer Geschwindigkeit von mehr als Mach 1 fliegt, dh mehr als der Schallgeschwindigkeit in einer bestimmten Umgebung. Die Ausbreitung einer Schallschockwelle ist ein adiabatischer Prozess. Dies bedeutet, dass in der Luft Druck, Dichte, Temperatur und Luftgeschwindigkeit sprunghaft ansteigen. Schall an sich bedeutet Schwankungen der Dichte, Geschwindigkeit und des Drucks eines Mediums. Der adiabatische Prozess bei Überschallgeschwindigkeit wird von einer Stoßwelle begleitet, die in einiger Entfernung von der Energiequelle zu einer Schallwelle degeneriert und deren Ausbreitungsgeschwindigkeit sich der Schallgeschwindigkeit nähert.

Wer das ohrenbetäubende Geräusch einer Schockwelle gehört hat, wird es nie wieder hören wollen. Aufgrund seiner zerstörerischen Natur ist der Umfang der Überschall-Zivilluftfahrt begrenzt. Aber QueSST wird einen so leisen Klang haben, dass es der Zivilbevölkerung nicht viel Unbehagen bereiten wird, versprechen die Ingenieure. Und so könnte die LBFD zu einem zivilen Überschallflugzeug werden, das solche Flüge zulassen würde.

In Zukunft plant die NASA, Flugtests durchzuführen, indem LBFDs über Städten gestartet und Daten gesammelt werden, die die Aufsichtsbehörden benötigen, um letztendlich Überschall-Passagierflugzeuge über Wohngebieten in den USA und auf der ganzen Welt zuzulassen.

Der Projektmanager für die Entwicklung der kommerziellen Überschalltechnologie, Peter Coen, erklärt in diesem Video : „Die Idee war, ein Flugzeug so zu entwickeln, dass die Stoßwellen während des Überschallfluges so positioniert sind, dass sich keine ohrenbetäubende Stoßwelle bildet. Sie werden nur einen allmählichen Druckanstieg spüren, der ein leises Geräusch erzeugt. "


Seit Februar 2016 arbeiten die NASA-Ingenieure mit der Lockheed Martin Corporation, einem der führenden Auftragnehmer der Luft- und Raumfahrtbehörde, zusammen, um das vorläufige Design von QueSST zu erstellen. Im Mai 2017 schloss das Modell im QueSST-Maßstab Tests in einem 2,4 × 1,8 m langen Luft- und Raumfahrtrohr im NASA Research Center ab. John Glenn in Cleveland.

Natürlich ist die Schaffung eines echten Flugzeugs noch sehr weit entfernt, aber innovative Projekte wie dieses sind eine systematische Bewegung von einer Schlüsselstufe zur nächsten. Mit der Genehmigung des vorläufigen Entwurfs hat die NASA einen weiteren wichtigen Schritt auf diesem Weg getan.

Jetzt kann die NASA eine Ausschreibung starten, bei der Auftragnehmern angeboten wird, eine bemannte Version des X-Flugzeugs mit einem Motor zu bauen. Die Ausschreibung wird noch in diesem Jahr stattfinden und der Vertrag soll Anfang 2018 unterzeichnet werden. Der Wettbewerb ist vollständig offen und das vorläufige QueSST-Design sowie alle technischen Spezifikationen werden jedem qualifizierten Teilnehmer mitgeteilt, der einen Antrag einreicht. Wenn alles gut geht, können die ersten Flugtests des LBFD X-Flugzeugs im Jahr 2021 beginnen.

In der Zwischenzeit wird die NASA in den nächsten Monaten zusammen mit Lockheed Martin die endgültige Version der vorläufigen Konstruktionsdokumentation fertigstellen. Es wird die Ergebnisse statischer Tests der Lufteinlassleistung (statische Einlassleistung) und die Ergebnisse früherer Tests im Niedriggeschwindigkeits-Windkanal des Langley Research Center in Hampton enthalten.