Wie NASAs Überschallflugzeug ohrenbetäubende Knalle vermeidet

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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 im Einsatz sind, und einer der Faktoren, die den Erfolg der Concorde, die ihren letzten Flug im Jahr 2003 absolvierte, begrenzten. Das Überschallflugzeug konnte beim Fliegen über Land oder in Küstennähe nur mit Unterschallgeschwindigkeit fliegen. Laut CNN begrenzen die aktuellen internationalen Vorschriften die Geschwindigkeit von Verkehrsflugzeugen an Land immer noch auf unter Schallgeschwindigkeit, um die Auswirkungen von Überschallknallen auf Wohngebiete zu vermeiden.

Nun möchte die NASA diese Dynamik ändern, indem sie den Knall in einen sanften Schlag umwandelt und so den Weg für eine neue Generation leiserer Überschallflugzeuge ebnet. Die Agentur führt ein Programm namens Quest durch. Das Ergebnis jahrzehntelanger Forschung ist ein neues Hyperschallflugzeugmodell namens X-59, das am 12. Januar auf den Markt kam.

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. 8430 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-Werk in Palmdale, Kalifornien, entworfen und gebaut. Nach dem Verlassen des Hangars wird die X-59 zur Vorbereitung auf ihren Erstflug kombinierten Systemtests, Triebwerksbetriebs- und Landebahntests unterzogen. Der Erstflug des Fahrzeugs wird für später in diesem Jahr erwartet.

„Die X-59 wird viel leiser sein als die Concorde oder jedes andere Überschallflugzeug, das es heute gibt“, sagte Craig Nickol, ein Berater in der NASA-Zentrale. „Das Flugzeug ist extrem lang und schlank. Es ist fast 30,5 Meter lang, hat aber eine Flügelspannweite von nur etwa 8,8 Metern. Ein markantes Merkmal dieses Flugzeugs ist die Nase, die einem Drittel der Fahrzeuglänge entspricht.“

Die spezielle Form trägt maßgeblich dazu bei, dass das Flugzeug bei Überschallgeschwindigkeit deutlich ruhiger fliegt. Wenn ein Flugzeug mit geringerer Geschwindigkeit als der Schall fliegt, können sich die von ihm erzeugten Schallwellen in alle Richtungen ausbreiten. Bei Überschallgeschwindigkeit gibt das Flugzeug jedoch selbst Schall ab. Die Schallwellen werden komprimiert und zu Stoßwellen kombiniert, die von der Nase ausgehen und am Heck enden. Wenn diese hochkomprimierte Stoßwelle das menschliche Ohr erreicht, erzeugt sie einen Überschallknall. Dies passiert nicht, wenn Flugzeuge die Schallmauer durchbrechen. Vielmehr handelt es sich um einen kontinuierlichen Effekt, der von jedem im Kegel unterhalb des Flugzeugs gehört werden kann, solange das Fahrzeug die Schallgeschwindigkeit überschreitet.

Die Form des X-59 ist so konzipiert, dass eine Vermischung der Schallwellen untereinander verhindert wird. Sie werden sich mit Hilfe aerodynamischer Oberflächen an Schlüsselpositionen ausbreiten. Außerdem ist das einzelne Triebwerk oberhalb und nicht unterhalb des Flugzeugs angebracht, um einen glatten Querschnitt zu gewährleisten, der verhindert, dass Stoßwellen den Boden erreichen. Dadurch erzeugt die X-59 laut NASA bei Überschallgeschwindigkeit nur 75 Dezibel Lärm, während die Concorde nur 105 Dezibel erzeugt.

„Das bedeutet, dass das Flugzeug wie ein entfernter Donner am Horizont klingen könnte oder wie jemand, der um die Ecke eine Autotür zuschlägt“, beschrieb Nickol. „Vielleicht hören die Leute die Explosionen gar nicht. Und wenn doch, erschrecken sie sich bestimmt nicht, denn der Ton ist so leise und diffus, dass er überhaupt nicht laut ist.“

Es wird erwartet, dass der X-59 mit der 1,4-fachen Schallgeschwindigkeit oder 1.489 km fliegt. Zuvor wird das Quesst-Team mehrere Testflüge in der Skunk Works-Anlage durchführen, bevor es das Flugzeug zum Armstrong Flight Research Center der NASA in Edwards, Kalifornien, bringt, der Einsatzbasis des Fahrzeugs. Der Kern des Programms wird Ende 2024 beginnen, wenn eine Reihe von Testflügen in mehr als einem Dutzend Stadtteilen in den Vereinigten Staaten durchgeführt werden, die aufgrund unterschiedlicher geografischer und atmosphärischer Bedingungen ausgewählt wurden.

Nachdem die X-59 über ausgewählte Gebiete geflogen ist, wird die NASA die Gemeinden vor Ort befragen, um zu sehen, wie sie auf den Lärm reagieren. Ziel ist es, die Hypothese zu bestätigen, dass der Überschallknall von 75 Dezibel akzeptabel ist. Die gesammelten Daten werden der US-Luftfahrtbehörde Federal Aviation Administration und internationalen Gesetzgebern zur Verfügung gestellt. Die NASA geht davon aus, dass die Regeländerung den Weg für eine neue Generation von Überschallflugzeugen ebnen wird, die bisher nicht zugelassene Strecken wie etwa von New York nach Los Angeles fliegen und so die Flugzeit halbieren können.

An Khang (laut CNN )

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