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Überschalljets

Vor diesen Herausforderungen stehen die Concorde-Erben

15 Jahre nach dem Ende der Concorde soll es bald wieder überschallschnelle Linienflüge geben. Doch Aerion, Boom und Co. stehen weiterhin vor großen Herausforderungen.

Doppelte Schallgeschwindigkeit erleben und dabei nicht auf einem Schleudersitz Platz nehmen, sondern in der ersten Klasse Champagner trinken? Bis vor 15 Jahren war genau das mit der Concorde noch möglich. Horrende Spritkosten, hoher Wartungsaufwand und komplizierte Überschalltechnik ließen das Flugzeug im Vergleich zu den sparsameren Unterschallkollegen im knallharten Wettbewerb aber chancenlos.

Nur durch Subventionen konnten Air France und British Airways es sich überhaupt erlauben, den Prestigeflieger zu betreiben. Durch den sehr teuren Betrieb schien nach der Außerdienststellung das Thema Überschalllinienflüge für Flugzeugbauer und Airlines wieder abgehakt, mit dem letzten Flug der Concorde am 24. Oktober 2003 endete vorerst auch die zivile Überschallära.

Ingenieure arbeiten mit Hochdruck an Prototypen

Doch die Idee der Linienflüge jenseits der Schallmauer erlebt zurzeit eine Renaissance. Die Überschallkonzepte der Startups Boom und Aerion sind mittlerweile mehr als nur schick aussehende Computergrafiken. Mit hohen Investitionen im Rücken tüfteln die Ingenieure derzeit mit Hochdruck daran, in den nächsten Jahren ihre Prototypen in die Luft zu bekommen. Auch die US-Luft- und Raumfahrtbehörde Nasa lässt derzeit einen Versuchsflieger bauen, der ohne den berüchtigten Überschallknall auskommen soll.

Doch wie kommt es dazu, dass trotz des wirtschaftlichen Scheiterns der Concorde Überschall wieder in Mode kommen könnte? Trotz immer leichteren Materialen, effizienteren Triebwerken, ausgereifteren Bauweisen und hochleistungsfähigen Berechnungsmethoden bleiben die technischen Hürden für ein Passagierflugzeug, das schneller als der Schall reisen kann, noch heute hoch. aeroTELEGRAPH erklärt, vor welchen Herausforderungen die Erben der Concorde stehen:

Neue Regeln
Der Name mag zwar symbolisch klingen, doch für Piloten und Ingenieure hat der Begriff Schallmauer eine ziemlich reale Bedeutung. Um sie zu durchbrechen, reicht es nicht nur, entsprechend starke Triebwerke zu haben und die Schubhebel nach vorne zu drücken. Nähert sich der Zeiger des Geschwindigkeitsmessers dem Überschallbereich, ändert sich für das Flugzeug die komplette Aerodynamik. Und das kann problematisch werden. Während Auftriebskräfte und Druckverhältnisse im Unterschall noch bestens funktionieren, scheint es, als ob beim Überschallflug komplett neue Regeln gelten würden. Ein Flugzeug so auszulegen, dass es in beiden Bereich zurechtkommt, ist sehr schwierig.

Planung mit Kompromissen
Im Falle der Concorde behalfen sich die Entwickler mit einem großen Deltaflügel. Bei Mach 2 funktioniert diese Bauweise sehr gut, doch je langsamer ein Deltaflügler wird, desto schräger muss er sich gegen den Luftstrom stellen, um genug Auftrieb erzeugen zu können. Der Concorde bescherte dies nicht nur die berühmte Klappnase, die den Piloten bei langsamen Geschwindigkeiten wieder Sicht nach vorne gab, auch der Luftwiderstand erhöhte sich bedeutend. Auch bei einem Airbus A320 oder einer Boeing 737 gelingt es den Entwicklern nicht, dass die Flügel beim Landeanflug genauso effizient arbeiten wie im Reiseflug. Bei der Concorde war der Unterschied im Kerosinverbrauch jedoch so enorm, dass die Piloten bei unerwarteten Warteschleifen ihre Tankanzeige sehr genau im Blick haben mussten.

Die Wahl der Triebwerke
Wer ein überschallschnelles Flugzeug bauen möchte, muss auch bei der Wahl der Triebwerke Kompromisse machen. Denn genau wie bei den Tragflächen gibt es auch hier keine Lösung, die mit allen Geschwindigkeiten gut zurechtkommt. Heutige Passagierflieger heben beinahe ausschließlich mit Turbofan-Triebwerken ab. Diese führen innerhalb ihrer Gondel einen kleinen Luftstrom durch das Kerntriebwerk, der Großteil geht jedoch drum herum. Je größer dieses Verhältnis ist, desto sparsamer funktioniert so ein Turbo-Fan. Während dieser Nebenstrom es den Triebwerksherstellern so einfach machte, ihre Antriebe über die Jahrzehnte weniger durstig zu machen, machte genau dieses Prinzip das Durchbrechen der Schallmauer jedoch problematisch.

Denn während ein Turbofan viel Luft langsam nach hinten abstößt, ist es für den Überschallflug besser, wenig Luft sehr schnell zu beschleunigen. Der kerosinsparende Nebenstrom steht hier eher im Wege. Aus diesem Grund statteten die Entwickler der Concorde ihr Flugzeug mit einem Militärjet-Triebwerk aus, dass die Luft komplett durch das Kerntriebwerk jagte. So konnte die Concorde zwar Mach 2 erreichen und auch halten, war aber auch sehr laut und hatte unterhalb der Schallmauer – ganz analog zu ihren Flügeln – das Nachsehen in puncto effizientes Fliegen.

Der berühmte Knall
Das wohl bekannteste Problem der Concorde war ihr berüchtigter Überschallknall. Denn ein Flugzeug zieht beim Überschallflug seine zusammengestauten Schallwellen hinter sich her. Wer von diesem Kegel überflogen wird, erlebt den berühmten Knall. Dieser ist so laut, dass die Flugrouten der Concorde bei Überschallgeschwindigkeit nur über unbewohntem Gebiet verlaufen durften. Flexibel bei der Einsatzplanung war der Deltaflügler somit nicht. Einzig allein bei Strecken, die sich zum Großteil über das Meer verliefen, konnte die Concorde ihren Geschwindigkeitsvorteil wirklich ausspielen.

Computer sei Dank
Jeder Physiker weiß ganz genau: Naturgesetze ändern sich nie. Auch die Entwickler bei Aerion und Boom stehen heute vor denselben Problemen wie damals die Ingenieure bei BAC und Aerospatiale. Doch nicht nur neue Erkenntnisse aus der Forschung machen beide Startups zuversichtlich, es diesmal besser zu machen. Auch die hohe Rechenleistung heutiger Computer soll helfen, die Concorde-Nachfolger effizienter zu gestalten. Unter- und Überschallgeschwindigkeiten, die sich bisher eigentlich im Weg standen, können so durch komplexere Luftströmungen besser in einem Flieger vereint werden. Mit ausgefeilten Flugsteuerungssystemen sorgen Computer dabei auch außerhalb der Ingenieurbüros dafür, dass das Handling für die Piloten nicht zu anspruchsvoll wird.

Kampfjets machen es vor
Auch bei der Triebwerksproblematik stehen die Zeichen auf Besserung. Waren zu Zeiten der Concorde die Kerosin-gierigen Turbojet-Triebwerke der einzige Schlüssel zu Geschwindigkeiten jenseits von Mach 1, haben heute auch Turbofan-Triebwerke Einzug in den Überschallbereich gehalten. Moderne Kampfflugzeuge wie die F-18 Super Hornet oder der Eurofighter Typhoon sind genau wie Verkehrsflugzeuge mit den sparsameren Turbofan-Triebwerken unterwegs. Auch hier machten Forschung und Computersteuerung den Fortschritt möglich. Das ausschlaggebende Nebenstromverhältnis ist zwar bei Weitem nicht so hoch, Einsparungen gibt es trotzdem.

Wie eine Autotür
Nicht nur bei Boom und Aerion wird fleißig am Comeback der Überschallflieger gearbeitet. Auch bei der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde Nasa machen sich die Forscher seit längerem Gedanken darüber, wie überschallschnelle Linienflüge wieder salonfähig werden könnten. Mit dem Versuchsträger X-59 hat es sich die Behörde insbesondere auf die Fahnen geschrieben, das Problem mit dem Überschallknall in den Begriff zu bekommen. Eine sehr lang gezogene Nase soll dafür sorgen, dass der Jet im Überschallflug deutlich leiser als seine Artgenossen sein wird. Nicht lauter als eine Autotür, welche zugeschlagen wird, soll das Flugzeug laut Hersteller Lockheed-Martin sein. Zur Serienreife soll die einsitzige X-59 nie gelangen, laut Nasa könnten die Erkenntnisse aber durchaus wertvoll für zukünftige Konzepte werden.



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