Der Kampfjet YF-12 spielte eine wichtige Rolle dabei, den NASA-Ingenieuren zu helfen, die Probleme des Triebwerksstillstands und der starken Vibrationen beim Überschallflug zu überwinden.
Der Kampfjet YF-12 kann mit dreifacher Schallgeschwindigkeit fliegen. Foto: Wikipedia
Das Lewis Research Center der NASA in Cleveland nutzte einst den YF-12-Kampfjet zur Entwicklung von Überschallflugtechnologie, wie Interesting Engineering berichtet. Dieses Zentrum, das seit den 1940er Jahren führend in der Antriebsforschung für die Luftfahrt ist, strebte danach, die Technologie für längere und schnellere Überschallflüge zu verbessern.
Die raketengetriebene Bell X-1 schrieb im Oktober 1947 Geschichte als erstes Flugzeug, das die Schallmauer durchbrach und damit den Weg zum Überschallflug ebnete. Viele Militärflugzeuge erreichten nach der Bell X-1 ebenfalls Überschallgeschwindigkeit, doch keines konnte mit der Lockheed Martin Blackbird mithalten. Die eleganten Tarnkappenflugzeuge, darunter die A-12, der Abfangjäger YF-12 und das Aufklärungsflugzeug SR-71, gehörten zu den ersten, die über längere Zeiträume im Überschallflug flogen. Sie erreichten Geschwindigkeiten bis zum Dreifachen der Schallgeschwindigkeit in Höhen von über 24.384 Metern. Die Weiterentwicklung der Technologie für große Transportflugzeuge bleibt jedoch eine Herausforderung, vor allem aufgrund des Bedarfs an mehr Daten über die Funktionsweise der Antriebssysteme im Überschallflug.
Um ein unentdecktes Problem bei der Konstruktion und Erprobung der Blackbird-Serie zu beheben und die Schlüsseltechnologie der Überschall-Mischkompressionseinlässe weiterzuentwickeln, stellte das Militär dem Dryden Flight Research Center (heute Armstrong Flight Research Center) der NASA zwei ausgemusterte YF-12 zur Verfügung. Dies geschah im Rahmen eines Kooperationsprojekts zwischen der NASA und der US Air Force, in dem Flugdaten der YF-12 mit Daten aus Windkanälen der NASA-Forschungszentren Ames, Langley und Lewis verglichen wurden.
Das Team um Lewis untersuchte seit den frühen 1950er Jahren Überschall-Lufteinlässe in Windkanälen und testete Überschalldüsen mithilfe von Delta-Dart-Abfangraketen. Im neuen Projekt war Lewis für die Erprobung des YF-12-Lufteinlasses in Originalgröße in einem 10 x 10 Meter großen Überschallwindkanal sowie für die Analyse des Pratt & Whitney J58-Triebwerks mit 144.567 Newton Schubkraft im Propulsion Systems Laboratory (PSL) verantwortlich.
Der kombinierte Lufteinlass ermöglicht den Betrieb des Triebwerks bei niedrigen Geschwindigkeiten als Turbofan-Strahltriebwerk und bei hohen Geschwindigkeiten als Strahltriebwerk mit gerader Strömung. Letzteres ist zwar hocheffizient, aber anfällig für Strömungsturbulenzen, was häufig zu sogenannten „Abrissen“ führt. Ein Abriss ist eine plötzliche Änderung der Luftströmung, die einen enormen Luftwiderstand erzeugt und zum Strömungsabriss des Triebwerks oder zu heftigen Turbulenzen des Flugzeugs führen kann.
Forscher der Lewis University untersuchten im November 1971 den Lufteinlass einer abgestürzten SR-71 in einem 10 x 10 Meter großen Windkanal. Im darauffolgenden Jahr sammelten sie im selben Windkanal aerodynamische Daten unter verschiedenen Bedingungen. Außerdem testeten sie ein neues Einlassregelungssystem, das von den Lewis-Ingenieuren Bobby Sanders und Glenn Mitchell entwickelt worden war und mehrere mechanische Ventile zur Verhinderung des Absterbens der Triebwerke nutzte. Dies war der erste Test des Systems an einem Flugzeug in Originalgröße. Das Forschungsteam untersuchte zudem die Wechselwirkung zwischen Flugzeugzelle, Lufteinlass, Triebwerken und Regelungssystem unter normalen und turbulenten Bedingungen.
Im Sommer 1973 wurde ein J-58-Triebwerk in Originalgröße als erstes Gerät in der zweiten PSL-Druckkammer in Lewis getestet. Im darauffolgenden Jahr sammelten die Forscher Daten unter normalen und variablen Bedingungen. Die PSL-Tests maßen auch die Triebwerksemissionen, um die Emissionen in den großen Höhen des Überschallflugs zu bewerten.
Das YF-12-Programm demonstrierte zudem, dass sich mithilfe von Kleinmodellen Überschall-Lufteinlässe in Originalgröße konstruieren lassen. Flugdaten dienten dazu, den Einfluss des Kleinmodells und des Windkanals auf die Messergebnisse besser zu verstehen. Vor allem aber führte das Lewis-Programm zur Entwicklung digitaler Steuerungssysteme, die das Ansprechverhalten des Überschall-Lufteinlasses auf Strömungsturbulenzen verbesserten und Triebwerksneustarts nahezu vollständig eliminierten. Viele der Ideen des Programms flossen Anfang der 1980er-Jahre in die Konstruktion der SR-71 ein und trugen über Jahrzehnte hinweg zu den Bemühungen der NASA bei, ein Überschall-Passagierflugzeug zu entwickeln.
Das YF-12-Programm wurde 1979 eingestellt, als die NASA ihren Fokus auf andere Luft- und Raumfahrtprioritäten verlagerte. Bis dahin hatte das YF-12-Flugzeug fast 300 Forschungsflüge absolviert und ein Jahr lang Bodentests im Windkanal der NASA durchlaufen.
An Khang (laut Interesting Engineering )
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