Überschallflugzeug

Ein Überschallflugzeug ist ein Flugzeug, das schneller fliegen kann als die Schallgeschwindigkeit (Mach Nummer 1). Überschallflugzeuge wurden in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelt und fast ausschließlich für Forschungs- und Militärzwecke eingesetzt. Kampfjets sind das häufigste Beispiel für Überschallflugzeuge. Die Aerodynamik des Überschallfluges wird als komprimierbarer Fluss bezeichnet, da die Stoßwellen oder der "Schallknall" durch ein Objekt verursacht werden, das sich schneller als Schall bewegt.

Das erste Flugzeug, das im Horizontalflug mit Überschallgeschwindigkeit flog, war das amerikanische Experimentalflugzeug Bell X-1, das mit einer Schubrakete von 6000 Pfund angetrieben wurde, die mit flüssigem Sauerstoff und Ethylalkohol betrieben wurde. Die Mehrheit der Überschallflugzeuge waren Militär- oder Versuchsflugzeuge.In den 1960er und 1970er Jahren wurden viele Designstudien für Überschallflugzeuge durchgeführt und schließlich wurden zwei Typen in Dienst gestellt, der sowjetische Tupolev Tu-144 (1968) und die anglo-französische Concorde (1969). Politische, ökologische und wirtschaftliche Hindernisse sowie ein tödlicher Absturz der Concorde verhinderten jedoch, dass sie ihr volles wirtschaftliches Potenzial entfalten konnten. Dies wirkte sich sowohl auf den Produktionsprozess als auch auf den Vertrieb negativ aus.

Überschallflug bringt erhebliche technische Herausforderungen mit sich, da sich die Aerodynamik des Überschallfluges dramatisch von der des Unterschallfluges unterscheidet (Flug mit niedrigeren Geschwindigkeiten als Schall). Insbesondere der Luftwiderstand steigt stark an, wenn das Flugzeug das transsonische Regime passiert, was eine viel größere Triebwerksleistung und schlankere Flugzeugzellen erfordert. Wenn es um die Tragflächen geht, muss die Spannweite begrenzt werden, um den Luftwiderstand gering zu halten. Dies verringert auch die aerodynamische Effizienz beim langsamen Fliegen. Da ein Überschallflugzeug mit relativ geringer Geschwindigkeit starten und landen muss, muss sein aerodynamisches Design einen Kompromiss zwischen den Anforderungen für beide Enden des Geschwindigkeitsbereichs darstellen. Ein weiteres Problem ist, wie bereits erwähnt, die durch Reibung entstehende Wärme, wenn die Luft über das Flugzeug strömt. Die meisten Ultraschallkonstruktionen verwenden Aluminiumlegierungen wie Duraluminium, die billig und leicht zu verarbeiten sind, aber bei hohen Temperaturen schnell an Festigkeit verlieren. Dies begrenzt die Höchstgeschwindigkeit auf ungefähr Mach 2,2. Einige frühe Überschallflugzeuge, einschließlich des ersten, verließen sich auf Raketentriebwerke, um den notwendigen Schub zu liefern, obwohl Raketen viel Treibstoff verbrauchen und daher die Flugzeiten kurz waren. Frühe Turbojets waren sparsamer, hatten aber nicht genügend Schub und einige Versuchsflugzeuge waren sowohl mit einem Turbostrahl für langsame Flüge als auch mit einem Raketentriebwerk für Überschallflüge ausgestattet. Die Erfindung des Nachbrenners, bei dem zusätzlicher Kraftstoff im Strahlabgas verbrannt wird, machte diese gemischten Kraftwerkstypen überflüssig. Überschallflugzeuge werden heute von Turbofans angetrieben, die mit Nachbrennern ausgestattet sind.