Wie das Überschallflugzeug der NASA ohrenbetäubende Knalle eliminiert

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Das extrem lange Bugdesign der USA und die Neupositionierung der Triebwerke tragen dazu bei, dass das Überschallflugzeug X-59 leiser arbeitet und nur 75 Dezibel Überschallknall erzeugt, statt 105 Dezibel wie die Concorde.

Simulation eines X-59-Fluges über Land. Foto: NASA — Simulation eines X-59-Fluges über Land. Foto: *NASA*

Der Überschallknall ist einer der Gründe, warum heute keine Überschall-Passagierflugzeuge mehr fliegen, und einer der Faktoren, die den Erfolg der Concorde, die ihren letzten Flug 2003 absolvierte, begrenzten. Überschallflugzeuge durften über Land oder in Küstennähe nur mit Unterschallgeschwindigkeit fliegen. Laut CNN beschränken internationale Vorschriften die Geschwindigkeit von Verkehrsflugzeugen über Land noch immer auf Unterschall, um die Auswirkungen von Überschallknallen auf Wohngebiete zu vermeiden.

Nun versucht die NASA, das zu ändern, indem sie den Knall in einen sanften Schlag verwandelt und so den Weg für eine leisere nächste Generation von Überschallflugzeugen ebnet. Die Agentur betreibt ein Programm namens Quest. Das Ergebnis jahrzehntelanger Forschung ist ein neues Hyperschallflugzeug namens X-59, das am 12. Januar Premiere feierte.

Die X-59 ist das neueste Modell einer Reihe experimenteller Flugzeuge, zu denen auch die X-1 (die 1947 als erstes bemanntes Flugzeug die Schallgeschwindigkeit überschritt) und die X-15 (die 1967 mit Mach 6,7 bzw. 8400 km/h den Rekord für den schnellsten bemannten Flug aufstellte) gehören. Das neue Flugzeug wurde im Rahmen eines 247,5 Millionen Dollar schweren Vertrags mit der NASA von Lockheed Martins Skunk Works in Palmdale, Kalifornien, entwickelt und gebaut. Nach Verlassen des Hangars wird die X-59 zur Vorbereitung auf ihren Erstflug integrierten Systemtests, Triebwerksbetriebsprüfungen und Start- und Landebahntests unterzogen. Ihr Erstflug wird noch in diesem Jahr erwartet.

„Die X-59 wird deutlich leiser sein als die Concorde oder jedes andere heute existierende Überschallflugzeug“, sagte Craig Nickol, Berater am NASA-Hauptquartier. „Das Flugzeug ist extrem lang und schmal. Es ist fast 30 Meter lang, hat aber eine Flügelspannweite von nur etwa 8,5 Metern. Die Nase ist ein markantes Merkmal dieses Flugzeugs und nimmt etwa ein Drittel seiner Länge ein.“

Die spezielle Form trägt maßgeblich dazu bei, dass das Flugzeug bei Überschallgeschwindigkeit deutlich leiser wird. Fliegt ein Flugzeug mit Unterschallgeschwindigkeit, können sich die von ihm erzeugten Schallwellen in alle Richtungen ausbreiten. Bei Überschallgeschwindigkeit hingegen strahlt das Flugzeug selbst Schall aus, und die Schallwellen werden komprimiert und zu Stoßwellen kombiniert, die an der Nase entstehen und am Heck enden. Erreichen diese hochkomprimierten Stoßwellen das menschliche Ohr, erzeugen sie einen Überschallknall. Dieser entsteht nicht, sobald das Flugzeug die Schallmauer durchbricht. Vielmehr handelt es sich um einen kontinuierlichen Effekt, der von jedem im Kegel unterhalb des Flugzeugs hörbar ist, solange das Fahrzeug die Schallgrenze durchbricht.

Die Form der X-59 ist so konzipiert, dass Schallwellen nicht miteinander verschmelzen. Sie breiten sich aus, unterstützt durch aerodynamische Oberflächen an wichtigen Stellen. Das einzelne Triebwerk befindet sich zudem oben und nicht unten auf dem Flugzeug, um den Querschnitt glatt zu halten und zu verhindern, dass Stoßwellen den Boden erreichen. Laut NASA erzeugt die X-59 daher bei Überschallgeschwindigkeit nur 75 Dezibel Schall, verglichen mit 105 Dezibel bei der Concorde.

„Das bedeutet, es könnte sich wie ein entfernter Donner am Horizont anhören oder wie jemand, der um die Ecke eine Autotür zuschlägt“, sagte Nickol. „Vielleicht hören die Leute eine Explosion gar nicht. Wenn doch, würden sie wahrscheinlich nicht erschrecken, weil das Geräusch so leise und diffus ist, dass es überhaupt nicht laut ist.“

Die X-59 soll Mach 1,4 oder 1450 Kilometer pro Stunde erreichen. Zuvor führt das Quesst-Team eine Reihe von Testflügen in der Skunk Works-Anlage durch, bevor das Flugzeug zum Armstrong Flight Research Center der NASA in Edwards, Kalifornien, gebracht wird, wo es eingesetzt wird. Der Kern des Programms beginnt Ende 2024 mit einer Reihe von Testflügen über mehr als einem Dutzend Wohngebieten in den Vereinigten Staaten, die aufgrund ihrer unterschiedlichen geografischen und atmosphärischen Bedingungen ausgewählt wurden.

Nachdem die X-59 ausgewählte Gebiete überflogen hat, wird die NASA die Bevölkerung vor Ort befragen, um zu sehen, wie sie auf den Lärm reagiert. Ziel ist es, zu bestätigen, dass der 75-Dezibel-Überschallknall akzeptabel ist. Die gesammelten Daten werden an die Federal Aviation Administration (FAA) und internationale Regulierungsbehörden weitergegeben. Die NASA geht davon aus, dass die Regeländerung den Weg für eine neue Generation von Überschallflugzeugen ebnen wird, die bisher nicht zugelassene Strecken wie beispielsweise die Strecke New York–Los Angeles bedienen und so die Flugzeiten halbieren können.

An Khang (laut CNN )

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