Überschalltransport – Wikipedia

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Art des Verkehrsflugzeugs

Der Tupolev Tu-144 war der erste SST, der in Dienst gestellt wurde, und der erste, der ihn verließ. Aus Sicherheitsgründen wurden vor Beendigung des Dienstes nur 55 Passagierflüge durchgeführt. Eine kleine Anzahl von Fracht- und Testflügen wurde auch nach seiner Pensionierung durchgeführt.

EIN Überschalltransport ((SST) ist ein ziviles Überschallflugzeug, das Passagiere mit höheren Geschwindigkeiten als der Schallgeschwindigkeit befördern soll. Bisher waren Concorde und der Tupolev Tu-144 die einzigen SSTs, die regelmäßig eingesetzt wurden. Der letzte Passagierflug der Tu-144 fand im Juni 1978 statt und wurde zuletzt 1999 von der NASA geflogen. Der letzte kommerzielle Flug von Concorde fand im Oktober 2003 statt. Ein Fährflug am 26. November 2003 war der letzte Flug in der Luft. Nach der dauerhaften Einstellung des Fluges durch Concorde sind keine SST mehr im kommerziellen Dienst. Mehrere Unternehmen haben jeweils einen Überschall-Businessjet vorgeschlagen, der den Überschalltransport möglicherweise wieder zurückbringt.

Überschallflugzeuge waren Gegenstand zahlreicher neuerer und laufender Designstudien. Nachteile und Designherausforderungen sind übermäßige Geräuschentwicklung (beim Start und aufgrund von Überschallknallen während des Fluges), hohe Entwicklungskosten, teure Baumaterialien, hoher Kraftstoffverbrauch, extrem hohe Emissionen und höhere Kosten pro Sitz gegenüber Unterschallflugzeugen. Trotz dieser Herausforderungen wurde Concorde als profitabel eingestuft.[1] Dies war jedoch darauf zurückzuführen, dass alle Entwicklungs- und Baukosten sowie die Bereitschaft der Passagiere, hohe Tarife zu zahlen, abgeschrieben wurden.[citation needed]

2016 gab die NASA bekannt, einen Vertrag über das Design eines modernen geräuscharmen SST-Prototyps unterzeichnet zu haben.[2] Das Designteam wird von Lockheed Martin Aeronautics geleitet.[2]

Geschichte[edit]

Während der 1950er Jahre schien ein SST aus technischer Sicht möglich zu sein, aber es war nicht klar, ob es wirtschaftlich rentabel gemacht werden konnte. Der Auftrieb wird mit verschiedenen Mitteln bei Überschallgeschwindigkeit erzeugt, und diese Methoden sind mit etwa der Hälfte des Verhältnisses von Auftrieb zu Luftwiderstand erheblich weniger effizient als Unterschallmethoden. Dies bedeutet, dass das Flugzeug für eine bestimmte erforderliche Auftriebsmenge etwa den doppelten Schub liefern muss, was zu einem erheblich höheren Treibstoffverbrauch führt. Dieser Effekt ist bei Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit ausgeprägt, da das Flugzeug den doppelten Schub verwendet, um mit ungefähr derselben Geschwindigkeit zu fliegen. Das relativ Der Effekt wird verringert, wenn das Flugzeug auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt. Dieser Anstieg des Treibstoffverbrauchs wurde durch das Potenzial ausgeglichen, die Ausfallraten des Flugzeugs zumindest auf Mittel- und Langstreckenflügen, bei denen das Flugzeug viel Zeit auf Kreuzfahrten verbringt, erheblich zu erhöhen. SST-Konstruktionen, die mindestens dreimal so schnell fliegen wie bestehende Unterschalltransporte, wären möglich und könnten somit bis zu drei Flugzeuge im Einsatz ersetzen und damit die Kosten für Personal und Wartung senken.

Die ernsthaften Arbeiten an SST-Konstruktionen begannen Mitte der 1950er Jahre, als die erste Generation von Überschall-Kampfflugzeugen in Dienst gestellt wurde. In Großbritannien und Frankreich haben sich staatlich subventionierte SST-Programme in den meisten Studien, einschließlich der Sud Aviation Super-Caravelle und Bristol Type 223, schnell auf dem Delta-Flügel niedergelassen, obwohl Armstrong-Whitworth ein radikaleres Design vorschlug, den Mach 1.2 M-Wing. Avro Canada schlug TWA mehrere Konstruktionen vor, darunter Mach 1.6 Double-Ogee-Flügel und Mach 1.2-Delta-Flügel mit separatem Heck und vier Unterflügel-Motorkonfigurationen. Das Team von Avro zog nach Großbritannien, wo sein Design die Grundlage für Hawker Siddeleys Entwürfe bildete.[3] In den frühen 1960er Jahren waren die Entwürfe so weit fortgeschritten, dass die Produktionsfreigabe erteilt wurde, aber die Kosten waren so hoch, dass die Bristol Airplane Company und Sud Aviation 1962 ihre Bemühungen zur Herstellung von Concorde zusammenlegten.

In den frühen 1960er Jahren erklärten verschiedene Führungskräfte von US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtunternehmen der US-Öffentlichkeit und dem Kongress, dass es keine technischen Gründe gebe, warum ein SST nicht hergestellt werden könne. Im April 1960 erklärte Burt C Monesmith, Vizepräsident bei Lockheed, gegenüber verschiedenen Magazinen, dass ein SST aus Stahl mit einem Gewicht von 110.000 kg (250.000 Pfund) für 160 Millionen US-Dollar entwickelt und in Produktionsmengen von 200 oder mehr für rund 9 Millionen US-Dollar verkauft werden könne .[4] Aber es war die anglo-französische Entwicklung der Concorde, die in der US-Industrie Panik auslöste. Man glaubte, dass die Concorde bald alle anderen Langstrecken-Designs ersetzen würde, insbesondere nachdem Pan Am Kaufoptionen für die Concorde abgeschlossen hatte. Der Kongress finanzierte bald einen SST-Entwurfsaufwand, indem er die vorhandenen Lockheed L-2000- und Boeing 2707-Entwürfe auswählte, um ein noch fortschrittlicheres, größeres, schnelleres und längeres Design zu produzieren. Das Boeing 2707-Design wurde schließlich für die weitere Arbeit ausgewählt, mit dem Designziel, rund 300 Passagiere zu befördern und eine Reisegeschwindigkeit in der Nähe von Mach 3 zu erreichen. Die Sowjetunion machte sich daran, ihr eigenes Design zu produzieren, die Tu-144, die die westliche Presse als Spitznamen bezeichnete der “Concordski”.

Der SST wurde aufgrund seines Überschallknalls und der Möglichkeit, dass seine Motorabgase die Ozonschicht beschädigen, als besonders anstößig angesehen. Beide Probleme wirkten sich auf das Denken des Gesetzgebers aus, und schließlich ließ der Kongress die Mittel für das US-amerikanische SST-Programm in fallen März 1971,[5][6][7][8][9] und jeder kommerzielle Überschallflug über Land wurde über den USA verboten[10]. Der Berater des Präsidenten, Russell Train, warnte davor, dass eine Flotte von 500 SSTs, die über einen Zeitraum von 20 km auf 20 km fliegen, den Wassergehalt in der Stratosphäre um bis zu 50% bis 100% erhöhen könnte. Laut Train könnte dies zu größerer Bodenwärme führen und die Ozonbildung behindern.[11] In Bezug auf stratosphärisches Wasser und sein Potenzial zur Erhöhung der Bodentemperaturen, obwohl Concorde nicht als Quelle des “jüngsten Rückgangs des Wasserdampfs unbekannt” genannt wird, stellte die National Oceanic and Atmospheric Administration 2010 fest, dass die stratosphärischen Wasserdampfwerte in den 1980er und 1980er Jahren lagen Die 1990er Jahre waren um etwa 10% höher als in den 2000er Jahren, wobei Susan Solomon von der NOAA berechnete, dass diese Änderung für die Verlangsamung des Anstiegs der Oberflächentemperaturen durch die globale Erwärmung im Vergleich zur Erwärmung um etwa 25% verantwortlich ist Rate in den 1990er Jahren.[12] Die andere Sorge von Russell Train um Wasser-Ozon wurde jedoch von Fred Singer in einem Brief an das Journal kontert Natur im Jahr 1971,[13] “Was diejenigen verärgerte, die behaupteten, dass Überschalltransporte das stratosphärische Ozon ernsthaft beeinträchtigen könnten”.[14]

Später wurde eine zusätzliche Bedrohung für das Ozon als Folge der Stickoxide des Abgases vermutet, eine Bedrohung, die 1974 scheinbar vom MIT bestätigt wurde.[15] Während viele rein theoretische Modelle auf das Potenzial für große Ozonverluste durch SST-Stickoxide (NOx) hinwiesen, haben andere Wissenschaftler in der Arbeit “Stickoxide, Atomwaffentests, Concorde und stratosphärisches Ozon“wandte sich der historischen Ozonüberwachung und den atmosphärischen Atomtests zu, um als Leitfaden und Vergleichsmittel zu dienen. Dabei wurde festgestellt, dass bei einer Freisetzung von ungefähr 213 Megatonnen explosiver Energie im Jahr 1962 kein nachweisbarer Ozonverlust erkennbar war, daher die entsprechende Menge an NOx aus” 1047 ” “Concordes fliegen” 10 Stunden am Tag “wäre ebenfalls nicht beispiellos.[16] 1981 waren Modelle und Beobachtungen noch unvereinbar.[17] Neuere Computermodelle von David W. Fahey, einem Atmosphärenforscher der National Oceanic and Atmospheric Administration, und anderen aus dem Jahr 1995 legen nahe, dass der Ozonabfall höchstens “nicht mehr” als 1 bis 2% betragen würde, wenn eine Flotte von 500 Überschallflugzeuge wurden betrieben.[18][19] Fahey erklärte, dass dies kein fatales Hindernis für eine fortgeschrittene SST-Entwicklung sein würde – während “eine große Warnflagge …[it] sollte kein Showstopper für die fortgeschrittene SST-Entwicklung sein, “weil” “der Schwefel im Kraftstoff des [concorde]”würde im Wesentlichen den hypothetischen 1–2% Ozon-Zerstörungs-Reaktionsweg eliminieren.[20]

Trotz der Diskrepanz bei der Modellbeobachtung im Zusammenhang mit dem Ozonkonzern Mitte der 1970er Jahre, sechs Jahre nach seinem ersten Überschalltestflug,[21] Concorde war jetzt einsatzbereit. Der politische Aufschrei der USA war so groß, dass New York das Flugzeug verbot. Dies bedrohte die wirtschaftlichen Aussichten des Flugzeugs – es wurde unter Berücksichtigung der Route London-New York gebaut. Das Flugzeug durfte nach Washington, DC (in Dulles in Virginia), und der Dienst war so beliebt, dass sich die New Yorker bald beschwerten, weil sie ihn nicht hatten. Es dauerte nicht lange, bis Concorde in JFK einflog.

Neben wechselnden politischen Überlegungen zeigte das fliegende Publikum weiterhin Interesse an Hochgeschwindigkeitsüberquerungen. Damit wurden zusätzliche Designstudien in den USA unter dem Namen “AST” (Advanced Supersonic Transport) gestartet. Der SCV von Lockheed war ein neues Design für diese Kategorie, während Boeing die Studien mit dem 2707 als Basis fortsetzte.

Zu diesem Zeitpunkt war die Wirtschaftlichkeit früherer SST-Konzepte nicht mehr vernünftig. Bei der ersten Entwicklung sollten die SSTs mit Langstreckenflugzeugen mit 80 bis 100 Sitzplätzen wie der Boeing 707 konkurrieren, aber mit neueren Flugzeugen wie der Boeing 747, die das Vierfache befördern, waren die Geschwindigkeits- und Kraftstoffvorteile des SST-Konzepts durch schiere Größe weggenommen.

Ein weiteres Problem bestand darin, dass der breite Drehzahlbereich, über den ein SST arbeitet, die Verbesserung von Motoren erschwert. Während Unterschallmotoren in den 1960er Jahren mit der Einführung des Turbofan-Motors mit immer höheren Bypass-Verhältnissen große Fortschritte bei der Effizienzsteigerung erzielt hatten, ist das Lüfterkonzept bei Überschallgeschwindigkeiten, bei denen der “richtige” Bypass etwa 0,45 beträgt, schwierig anzuwenden.[22] im Gegensatz zu 2.0 oder höher für Unterschalldesigns. Aus diesen beiden Gründen waren die SST-Entwürfe durch höhere Betriebskosten zum Scheitern verurteilt, und die AST-Programme verschwanden Anfang der 1980er Jahre.

Concorde verkaufte nur an British Airways und Air France mit subventionierten Einkäufen, die 80% des Gewinns an die Regierung zurückgeben sollten. In der Praxis gab es für fast die gesamte Dauer der Vereinbarung keinen Gewinn, der geteilt werden konnte. Nach der Privatisierung von Concorde führten Kostensenkungsmaßnahmen (insbesondere die Schließung des Testgeländes für metallurgische Flügel, an dem bis 2010 genügend Temperaturzyklen durchgeführt wurden, um das Flugzeug zu validieren) und Preiserhöhungen zu erheblichen Gewinnen.

Seit Concorde aufgehört hat zu fliegen, hat sich herausgestellt, dass sich das Flugzeug im Laufe des Lebens von Concorde zumindest für British Airways als rentabel erwiesen hat. Die Betriebskosten von Concorde über einen Zeitraum von fast 28 Jahren betrugen ungefähr 1 Milliarde Pfund Sterling bei einem Umsatz von 1,75 Milliarden Pfund Sterling.[23]

Die letzten regulären Passagierflüge landeten am Freitag, 24. Oktober 2003, kurz nach 16 Uhr am Flughafen London Heathrow: Flug 002 von New York, ein zweiter Flug von Edinburgh, Schottland, und der dritte, der auf einem Rundflug von Heathrow gestartet war über dem Golf von Biskaya.

Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts wurden Projekte wie der Tupolev Tu-244, der Tupolev Tu-344, der stille Überschalltransport der ORKB, der Sukhoi-Gulfstream S-21, der zivile Hochgeschwindigkeitstransport usw. nicht realisiert.

Realisierte Überschallflugzeuge[edit]

Am 21. August 1961 überschritt eine Douglas DC-8-43 (Registrierung N9604Z) Mach 1 bei einem kontrollierten Tauchgang während eines Testfluges auf der Edwards Air Force Base. Die Besatzung bestand aus William Magruder (Pilot), Paul Patten (Copilot), Joseph Tomich (Flugingenieur) und Richard H. Edwards (Flugtestingenieur).[24] Dies ist der erste Überschallflug eines zivilen Verkehrsflugzeugs.[24]

Concorde[edit]

Insgesamt wurden 20 Concordes gebaut: zwei Prototypen, zwei Entwicklungsflugzeuge und 16 Produktionsflugzeuge. Von den 16 Serienflugzeugen wurden zwei nicht in den kommerziellen Dienst gestellt und acht blieben ab April 2003 in Betrieb. Alle bis auf zwei dieser Flugzeuge sind erhalten; Die beiden, die es nicht sind, sind F-BVFD (cn 211), 1982 als Ersatzteilquelle geparkt und 1994 verschrottet, und F-BTSC (cn 203), das am 25. Juli 2000 außerhalb von Paris abstürzte und 100 Passagiere tötete , 9 Besatzungsmitglieder und 4 Personen am Boden. Es gibt einen, der im Boeing Museum am BFI Seattle, WA, geparkt ist.[25]

Tupolev Tu-144[edit]

Insgesamt wurden 16 flugfähige Tupolev Tu-144 gebaut; Eine siebzehnte Tu-144 (Reg. 77116) wurde nie fertiggestellt. Parallel zur Entwicklung des Prototyps 68001 gab es mindestens eine Bodentestzelle für statische Tests.

Herausforderungen des Überschall-Passagierfluges[edit]

Aerodynamik[edit]

Bei allen Fahrzeugen, die durch die Luft fahren, ist die Widerstandskraft proportional zum Luftwiderstandsbeiwert (C.d), zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit und zur Luftdichte. Da der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit schnell ansteigt, besteht eine Hauptpriorität des Überschallflugzeugdesigns darin, diese Kraft durch Verringern des Luftwiderstandsbeiwerts zu minimieren. Dies führt zu den stark stromlinienförmigen Formen von SSTs. In gewissem Maße steuern Überschallflugzeuge den Luftwiderstand auch, indem sie in höheren Lagen fliegen als Unterschallflugzeuge, bei denen die Luftdichte geringer ist.

Qualitative Variation des Cd-Faktors mit der Machzahl für Flugzeuge

Wenn sich die Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit nähert, tritt das zusätzliche Phänomen des Wellenwiderstands auf. Dies ist eine leistungsstarke Form des Widerstands, die bei transsonischen Geschwindigkeiten beginnt (um Mach 0,88). Um Mach 1 beträgt der Spitzenwiderstandsbeiwert das Vierfache des Unterschallwiderstands. Oberhalb des transsonischen Bereichs fällt der Koeffizient wieder drastisch ab, bleibt jedoch um Mach 2,5 um 20% höher als bei Unterschallgeschwindigkeiten. Überschallflugzeuge müssen erheblich mehr Leistung haben als Unterschallflugzeuge, um diesen Wellenwiderstand zu überwinden, und obwohl die Reiseleistung über der transsonischen Geschwindigkeit effizienter ist, ist sie immer noch weniger effizient als Unterschallflugzeuge.

Ein weiteres Problem im Überschallflug ist das Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand (L / D-Verhältnis) der Flügel. Bei Überschallgeschwindigkeiten erzeugen Tragflächen auf völlig andere Weise Auftrieb als bei Unterschallgeschwindigkeiten und sind ausnahmslos weniger effizient. Aus diesem Grund wurden umfangreiche Forschungsarbeiten zum Entwurf von Flügelplanformen für eine anhaltende Überschallkreuzfahrt durchgeführt. Bei etwa Mach 2 halbiert ein typisches Flügeldesign sein L / D-Verhältnis (z. B. hat Concorde ein Verhältnis von 7,14 erreicht, während die Unterschall-Boeing 747 ein L / D-Verhältnis von 17 aufweist).[26] Da das Design eines Flugzeugs genügend Auftrieb bieten muss, um sein eigenes Gewicht zu überwinden, erfordert eine Verringerung seines L / D-Verhältnisses bei Überschallgeschwindigkeit zusätzlichen Schub, um seine Fluggeschwindigkeit und Flughöhe aufrechtzuerhalten.

Motoren[edit]

Das Design von Düsentriebwerken wechselt erheblich zwischen Überschall- und Unterschallflugzeugen. Düsentriebwerke als Klasse können bei Überschallgeschwindigkeit eine höhere Kraftstoffeffizienz erzielen, obwohl ihr spezifischer Kraftstoffverbrauch bei höheren Geschwindigkeiten höher ist. Da ihre Geschwindigkeit über dem Boden größer ist, ist diese Abnahme des Wirkungsgrads weniger als proportional zur Geschwindigkeit, bis sie weit über Mach 2 liegt, und der Verbrauch pro Entfernungseinheit ist geringer.

Als Concorde von Aérospatiale-BAC entworfen wurde, waren Hochbypass-Triebwerke (“Turbofan” -Triebwerke) noch nicht in Unterschallflugzeugen eingesetzt worden. Wäre Concorde gegen frühere Konstruktionen wie die Boeing 707 oder de Havilland Comet in Dienst gestellt worden, wäre es viel wettbewerbsfähiger gewesen, obwohl die 707 und die DC-8 immer noch mehr Passagiere beförderten. Als diese Hochbypass-Triebwerke in den 1960er Jahren den kommerziellen Einsatz erreichten, wurden Unterschall-Triebwerke sofort viel effizienter, näher an der Effizienz von Turbojets bei Überschallgeschwindigkeit. Ein Hauptvorteil des SST verschwand.

Turbofan-Triebwerke verbessern den Wirkungsgrad, indem sie die Menge der von ihnen beschleunigten kalten Niederdruckluft erhöhen und dabei einen Teil der Energie verwenden, die normalerweise zur Beschleunigung der heißen Luft im klassischen Non-Bypass-Turbojet verwendet wird. Der ultimative Ausdruck dieses Designs ist der Turboprop, bei dem fast der gesamte Strahlschub für den Antrieb eines sehr großen Lüfters verwendet wird – des Propellers. Die Wirkungsgradkurve des Lüfterdesigns bedeutet, dass der Umfang des Bypasses, der den Gesamtwirkungsgrad des Motors maximiert, eine Funktion der Vorwärtsgeschwindigkeit ist, die von Propellern über Lüfter bis hin zu keinem Bypass mit zunehmender Drehzahl abnimmt. Darüber hinaus erhöht der große Frontbereich, den der Niederdrucklüfter an der Vorderseite des Motors einnimmt, den Luftwiderstand, insbesondere bei Überschallgeschwindigkeiten, und bedeutet, dass die Bypass-Verhältnisse viel begrenzter sind als bei Unterschallflugzeugen.[27]

Zum Beispiel war der frühe Tu-144S mit einem Turbofan-Triebwerk mit niedrigem Bypass ausgestattet, das im Überschallflug viel weniger effizient war als die Turbojets von Concorde. Die spätere TU-144D verfügte über Turbostrahltriebwerke mit vergleichbarer Effizienz. Diese Einschränkungen führten dazu, dass SST-Konstruktionen die dramatischen Verbesserungen des Kraftstoffverbrauchs, die Hochbypass-Motoren auf den Unterschallmarkt brachten, nicht nutzen konnten, aber sie waren bereits effizienter als ihre Gegenschall-Turbofan-Gegenstücke.

Strukturelle Probleme[edit]

Überschallfahrzeuggeschwindigkeiten erfordern engere Flügel- und Rumpfkonstruktionen und sind höheren Belastungen und Temperaturen ausgesetzt. Dies führt zu Aeroelastizitätsproblemen, die schwerere Strukturen erfordern, um unerwünschtes Biegen zu minimieren. SSTs erfordern auch eine viel stärkere (und daher schwerere) Struktur, da ihr Rumpf auf ein größeres Differential unter Druck gesetzt werden muss als Unterschallflugzeuge, die nicht in den für den Überschallflug erforderlichen Höhen arbeiten. Diese Faktoren zusammen führten dazu, dass das Leergewicht pro Sitz der Concorde mehr als dreimal so hoch ist wie das einer Boeing 747.

Concorde und TU-144 bestanden jedoch beide aus herkömmlichem Aluminium (Hiduminium im Fall von Concorde) und (Duraluminium), während modernere Materialien wie Kohlefaser und Kevlar aufgrund ihres Gewichts eine viel stärkere Spannung aufweisen (wichtig für den Umgang mit Druckbeaufschlagung) Spannungen) sowie steifer zu sein. Da das Gewicht pro Sitz der Struktur in einem SST-Design viel höher ist, führen Verbesserungen zu einer größeren prozentualen Verbesserung als die gleichen Änderungen in einem Unterschallflugzeug.

Hohe Kosten[edit]

Concorde Kraftstoffeffizienzvergleich
Flugzeug Concorde[28] Boeing 747-400[29]
Passagiermeilen / imperiale Gallone 17 109
Passagiermeilen / US-Gallone 14 91
Liter / Passagier 100 km 16.6 3.1

Höhere Treibstoffkosten und geringere Passagierkapazitäten aufgrund der aerodynamischen Anforderungen an einen schmalen Rumpf machen SSTs im Vergleich zu Unterschallflugzeugen zu einer teuren Form des kommerziellen zivilen Transports. Beispielsweise kann die Boeing 747 mehr als dreimal so viele Passagiere wie die Concorde befördern, während ungefähr die gleiche Menge Kraftstoff verbraucht wird.

Trotzdem machen die Treibstoffkosten bei den meisten Passagierkarten für Unterschallflugzeuge nicht den größten Teil des Preises aus.[30] Für den transatlantischen Geschäftsmarkt, für den SST-Flugzeuge eingesetzt wurden, war Concorde tatsächlich sehr erfolgreich und konnte einen höheren Ticketpreis aufrechterhalten. Nachdem kommerzielle SST-Flugzeuge nicht mehr fliegen, ist klarer geworden, dass Concorde für British Airways erhebliche Gewinne erzielt hat.[23]

Startgeräusch[edit]

Eines der Probleme bei Concorde und dem Betrieb der Tu-144 war der hohe Triebwerksgeräuschpegel, der mit sehr hohen Strahlgeschwindigkeiten während des Starts verbunden war, und vor allem das Überfliegen von Gemeinden in der Nähe des Flughafens. SST-Motoren benötigen während der Überschallkreuzfahrt einen ziemlich hohen spezifischen Schub (Nettoschub / Luftstrom), um die Motorquerschnittsfläche und damit den Gondelwiderstand zu minimieren. Leider impliziert dies eine hohe Strahlgeschwindigkeit, die die Triebwerke laut macht, was insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten / Höhen und beim Start Probleme verursacht.[31]

Daher könnte ein zukünftiger SST durchaus von einem Motor mit variablem Zyklus profitieren, bei dem der spezifische Schub (und damit die Strahlgeschwindigkeit und das Geräusch) beim Start gering ist, während der Überschallkreuzfahrt jedoch hoch gedrückt wird. Der Übergang zwischen den beiden Modi würde irgendwann während des Aufstiegs und während des Abstiegs wieder zurück erfolgen (um das Strahlgeräusch bei Annäherung zu minimieren). Die Schwierigkeit besteht darin, eine Motorkonfiguration mit variablem Zyklus zu entwickeln, die die Anforderung einer geringen Querschnittsfläche während einer Überschallkreuzfahrt erfüllt.

Überschallknall[edit]

Der Überschallknall wurde aufgrund der Höhenlage, in der die Flugzeuge flogen, nicht als ernstes Problem angesehen, aber Experimente Mitte der 1960er Jahre wie die umstrittenen Überschallknalltests in Oklahoma City und Studien der nordamerikanischen XB-70-Walküre der USAF haben dies bewiesen ansonsten (siehe Sonic Boom § Abatement). Bis 1964 war aufgrund des Problems unklar, ob zivile Überschallflugzeuge zugelassen werden würden.[32]

Die Störung eines Schallknalls kann vermieden werden, indem gewartet wird, bis sich das Flugzeug in großer Höhe über Wasser befindet, bevor Überschallgeschwindigkeiten erreicht werden. Dies war die von Concorde verwendete Technik. Es schließt jedoch einen Überschallflug über besiedelte Gebiete aus. Überschallflugzeuge haben bei Unterschallgeschwindigkeiten im Vergleich zu Unterschallflugzeugen schlechte Auftriebs- / Widerstandsverhältnisse (es sei denn, Technologien wie Flügel mit variablem Schwung werden eingesetzt) ​​und verbrauchen daher mehr Treibstoff, was dazu führt, dass ihre Verwendung auf solchen Flugwegen wirtschaftlich nachteilig ist.

Concorde hatte einen Überdruck von 93 Pa (1,94 lb / sq ft) (133 dBA SPL). Überdrücke über 131 dBA SPL (72 lb) verursachen häufig Beschwerden.[33]

Wenn die Intensität des Auslegers verringert werden kann, können selbst sehr große Konstruktionen von Überschallflugzeugen für den Überlandflug akzeptabel sein. Untersuchungen legen nahe, dass Änderungen am Nasenkegel und am Schwanz die Intensität des Schallknalls unter die für Beschwerden erforderliche Intensität reduzieren können. Während der ursprünglichen SST-Bemühungen in den 1960er Jahren wurde vorgeschlagen, dass eine sorgfältige Formgebung des Rumpfes des Flugzeugs die Intensität der Stoßwellen des Schallknalls verringern könnte, die den Boden erreichen. Ein Design verursachte, dass sich die Stoßwellen gegenseitig störten, was den Schallknall stark reduzierte. Dies war zu dieser Zeit schwierig zu testen, aber die zunehmende Leistung des computergestützten Designs hat dies seitdem erheblich erleichtert. Im Jahr 2003 wurde ein Shaped Sonic Boom Demonstration-Flugzeug geflogen, das die Solidität des Designs bewies und die Fähigkeit demonstrierte, den Ausleger um etwa die Hälfte zu reduzieren. Selbst eine Verlängerung des Fahrzeugs (ohne das Gewicht wesentlich zu erhöhen) scheint die Auslegerintensität zu verringern (siehe Sonic Boom § Abatement).

Flugzeuge müssen über einen weiten Geschwindigkeitsbereich betrieben werden[edit]

Das aerodynamische Design eines Überschallflugzeugs muss sich mit seiner Geschwindigkeit ändern, um eine optimale Leistung zu erzielen. Somit würde ein SST idealerweise während des Fluges seine Form ändern, um eine optimale Leistung sowohl bei Unterschall- als auch bei Überschallgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Ein solches Design würde zu einer Komplexität führen, die den Wartungsbedarf, die Betriebskosten und die Sicherheitsbedenken erhöht.

In der Praxis haben alle Überschalltransporte für Unterschall- und Überschallflüge im Wesentlichen die gleiche Form verwendet, und es wird ein Kompromiss bei der Leistung gewählt, häufig zum Nachteil des Niedriggeschwindigkeitsfluges. Zum Beispiel hatte Concorde bei langsamer Geschwindigkeit einen sehr hohen Luftwiderstand (ein Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand von etwa 4), bewegte sich jedoch den größten Teil des Fluges mit hoher Geschwindigkeit. Die Designer von Concorde haben 5000 Stunden damit verbracht, die Fahrzeugform in Windkanaltests zu optimieren, um die Gesamtleistung über den gesamten Flugplan zu maximieren.[citation needed]

Die Boeing 2707 verfügte über Schwenkflügel, um bei niedrigen Geschwindigkeiten einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen. Der für ein solches Merkmal erforderliche größere Platz führte jedoch zu Kapazitätsproblemen, die sich letztendlich als unüberwindbar erwiesen.

Die nordamerikanische Luftfahrt hatte mit der XB-70 Valkyrie einen ungewöhnlichen Ansatz für dieses Problem. Durch Absenken der Außenverkleidungen der Tragflächen bei hohen Machzahlen konnten sie den Kompressionshub an der Unterseite des Flugzeugs nutzen. Dies verbesserte das L / D-Verhältnis um etwa 30%.

Hauttemperatur[edit]

Bei Überschallgeschwindigkeit komprimiert ein Flugzeug die Luft davor adiabatisch. Die erhöhte Lufttemperatur erwärmt das Flugzeug.

Unterschallflugzeuge bestehen normalerweise aus Aluminium. Obwohl Aluminium leicht und stark ist, kann es Temperaturen über 127 ° C nicht standhalten. oberhalb von 127 ° C verliert das Aluminium allmählich seine Eigenschaften, die durch Alterungshärtung hervorgerufen wurden.[34] Für Flugzeuge, die mit Mach 3 fliegen, wurden Materialien wie Edelstahl (XB-70 Valkyrie, MiG-25) oder Titan (SR-71, Sukhoi T-4) mit erheblichem Kostenaufwand als Eigenschaften dieser verwendet Materialien erschweren die Herstellung des Flugzeugs erheblich.

Im Jahr 2017 wurde ein neues Hartmetall-Keramikbeschichtungsmaterial entdeckt, das Temperaturen von Mach 5 oder höher standhalten kann, möglicherweise bis zu 3000 ° C.[35]

Schlechte Reichweite[edit]

Die Reichweite von Überschallflugzeugen kann mit der Breguet-Entfernungsgleichung geschätzt werden.

Das hohe Startgewicht pro Passagier macht es schwierig, einen guten Kraftstoffanteil zu erhalten. Dieses Problem, zusammen mit der Herausforderung, die sich aus Überschall-Auftriebs- / Widerstandsverhältnissen ergibt, schränkt den Bereich der Überschalltransporte stark ein. Da Fernstrecken keine praktikable Option waren, hatten die Fluggesellschaften wenig Interesse am Kauf der Jets.[citation needed]

Airline-Wünschbarkeit von SSTs[edit]

Fluggesellschaften kaufen Flugzeuge, um Geld zu verdienen, und möchten mit ihrem Vermögen so viel Kapitalrendite wie möglich erzielen.

Fluggesellschaften schätzen möglicherweise sehr schnelle Flugzeuge, da das Flugzeug mehr Flüge pro Tag durchführen kann, was eine höhere Kapitalrendite bietet. Außerdem bevorzugen Passagiere im Allgemeinen schnellere Reisen mit kürzerer Dauer gegenüber langsameren Reisen mit längerer Dauer, so dass der Betrieb schnellerer Flugzeuge einer Fluggesellschaft einen Wettbewerbsvorteil verschaffen kann, selbst in dem Maße, dass viele Kunden bereitwillig höhere Tarife zahlen, um Zeit und Zeit zu sparen / oder früher ankommen.[citation needed] Aufgrund des hohen Geräuschpegels von Concorde in der Nähe von Flughäfen, Zeitzonenproblemen und unzureichender Geschwindigkeit konnte jedoch nur eine einzige Rückfahrt pro Tag durchgeführt werden, sodass die zusätzliche Geschwindigkeit für die Fluggesellschaft nur als Verkaufsmerkmal für ihre Kunden von Vorteil war.[36] Die vorgeschlagenen amerikanischen SSTs sollten teilweise aus diesem Grund mit Mach 3 fliegen. Unter Berücksichtigung der Beschleunigungs- und Verzögerungszeit wäre eine transatlantische Fahrt mit einem Mach 3 SST jedoch weniger als dreimal so schnell wie eine Mach 1-Fahrt.

Da SSTs Überschallgeschwindigkeiten mit Überschallgeschwindigkeit erzeugen, dürfen sie selten Überschall über Land fliegen und müssen stattdessen Überschall über Meer fliegen. Da sie bei Unterschallgeschwindigkeiten im Vergleich zu Unterschallflugzeugen ineffizient sind, wird die Reichweite verschlechtert und die Anzahl der Strecken, die das Flugzeug ohne Unterbrechung fliegen kann, verringert. Dies verringert auch die Attraktivität solcher Flugzeuge für die meisten Fluggesellschaften.

Überschallflugzeuge haben einen höheren Treibstoffverbrauch pro Passagier als Unterschallflugzeuge. Dies macht den Ticketpreis notwendigerweise höher, wenn alle anderen Faktoren gleich sind, und macht diesen Preis empfindlicher für den Ölpreis. (Außerdem werden Überschallflüge weniger umweltfreundlich und nachhaltig, zwei wachsende Bedenken der Öffentlichkeit, einschließlich Flugreisender.)

Investitionen in Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Entwicklung eines neuen SST können als Versuch angesehen werden, das Tempolimit des Luftverkehrs zu überschreiten. Abgesehen von dem Drang nach neuen technologischen Errungenschaften ist im Allgemeinen der Wettbewerbsdruck durch andere Verkehrsträger die Hauptantriebskraft für eine solche Anstrengung. Der Wettbewerb zwischen verschiedenen Dienstleistern innerhalb eines Verkehrsträgers führt normalerweise nicht zu solchen technologischen Investitionen, um die Geschwindigkeit zu erhöhen. Stattdessen bevorzugen die Dienstleister den Wettbewerb in Bezug auf Dienstqualität und Kosten.[citation needed] Ein Beispiel für dieses Phänomen ist die Hochgeschwindigkeitsstrecke. Das Tempolimit des Schienenverkehrs wurde so stark verschoben, dass es effektiv mit dem Straßen- und Luftverkehr konkurrieren konnte. Dieser Erfolg wurde jedoch nicht für verschiedene Eisenbahnunternehmen erzielt, um untereinander zu konkurrieren. Dieses Phänomen verringert auch die Wünschbarkeit von SSTs durch Fluggesellschaften, da bei sehr langen Ferntransporten (einige tausend Kilometer) der Wettbewerb zwischen verschiedenen Verkehrsträgern eher einem Einzelpferderennen gleicht: Der Luftverkehr hat keinen signifikanten Konkurrenten. Der einzige Wettbewerb besteht zwischen den Fluggesellschaften, und sie würden lieber moderat zahlen, um die Kosten zu senken und die Servicequalität zu verbessern, als viel mehr für eine Geschwindigkeitssteigerung zu zahlen.[citation needed] For-Profit-Unternehmen bevorzugen im Allgemeinen Geschäftspläne mit geringem Risiko und hoher Wahrscheinlichkeit eines nennenswerten Gewinns. Ein teures technologisches Forschungs- und Entwicklungsprogramm ist jedoch ein Unternehmen mit hohem Risiko, da das Programm möglicherweise aus unvorhersehbaren technischen Gründen scheitert oder Kostenüberschreitungen erleiden, die so groß sind, dass das Unternehmen aufgrund von finanziellen Ressourcenbeschränkungen gezwungen ist, die Anstrengungen aufzugeben, bevor eine marktfähige SST-Technologie verfügbar wird, wodurch möglicherweise alle Investitionen verloren gehen.

Umweltbelastung[edit]

Der Internationale Rat für sauberen Transport (ICCT) schätzt, dass ein SST fünf- bis siebenmal so viel Kraftstoff pro Passagier verbrennen würde.[37]

Das ICCT zeigt, dass ein Überschallflug von New York nach London mehr als doppelt so viel Treibstoff pro Passagier verbrauchen würde wie in der Unterschall-Business-Klasse, sechsmal so viel wie in der Economy-Klasse und dreimal so viel wie Unterschall-Business für Los Angeles nach Sydney .[38]

Designer können entweder bestehende Umweltstandards mit fortschrittlicher Technologie erfüllen oder politische Entscheidungsträger in der Lobby einsetzen, um neue Standards für SSTs festzulegen.[39]

Wenn es im Jahr 2035 2.000 SST geben würde, würde es 5.000 Flüge pro Tag auf 160 Flughäfen geben, und die SST-Flotte würde ~ 96 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr ausstoßen (wie American, Delta und Southwest zusammen im Jahr 2017), 1,6 bis 2,4 Gigatonnen CO₂ über ihre 25-jährige Lebensdauer: Ein Fünftel des internationalen Kohlenstoffbudgets für die Luftfahrt, wenn die Luftfahrt ihren Emissionsanteil beibehält, um unter einer Klimatrajektorie von 1,5 ° C zu bleiben. Die Lärmbelastung um Flughäfen könnte sich im Vergleich zu bestehenden Unterschallflugzeugen derselben Größe verdoppeln, mit mehr als 300 Einsätzen pro Tag in Dubai und London Heathrow und über 100 in Los Angeles, Singapur, San Francisco, New York-JFK, Frankfurt und Bangkok. In Kanada, Deutschland, Irak, Irland, Israel, Rumänien, der Türkei und Teilen der Vereinigten Staaten waren bis zu 150 bis 200 pro Tag oder alle fünf Minuten häufige Überschallknalle zu hören.[40]

In Entwicklung[edit]

Das Boeing-Konzept wurde im April 2010 der NASA Aeronautics Research Mission Directorate vorgestellt

Der Wunsch nach einem Überschallflugzeug der zweiten Generation ist in einigen Elementen der Luftfahrtindustrie geblieben.[41][42] Seit dem Rücktritt von Concorde sind mehrere Konzepte entstanden.

Im Mai 2008 wurde berichtet, dass die Aerion Corporation mit ihrem Überschall-Businessjet Aerion SBJ einen Vorbestellungsumsatz von 3 Milliarden US-Dollar erzielte.[43] Ende 2010 wurde das Projekt mit einem Testflug eines Flügelabschnitts fortgesetzt.[44]

Im März 2016 gab Boom Technology bekannt, dass sie sich in der Entwicklungsphase des Baus eines Überschalljets mit 40 Passagieren befinden, der Mach 2.2 fliegen kann. Ihre Konstruktionssimulation zeigt, dass sie leiser und 30% effizienter als die Concorde sind und Los fliegen können Angeles nach Sydney in 6 Stunden.[45]

Aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit konzentriert sich die NASA-Forschung seit 2006 auf die Reduzierung des Überschallknalls, um einen Überschallflug über Land zu ermöglichen. Die NASA sollte 2019 einen Demonstrator mit niedrigem Boom fliegen, der durch die Gestaltung der Flugzeugzelle von Doppelknallen zu sanften Schlägen reduziert wurde, um die Reaktion der Gemeinschaft zu erfragen, um eine mögliche Aufhebung des Verbots von FAA und ICAO Anfang der 2020er Jahre zu unterstützen. Die Quiet Supersonic Technology X-Ebene ahmt die Stoßwellensignatur eines Flugzeugs mit Mach 1.6–1.8 und 80-100 Sitzen für 75 PNLdB im Vergleich zu 105 PNLdB für Concorde nach.[46]

Der Markt für Überschallflugzeuge, der 200 Millionen US-Dollar kostet, könnte über einen Zeitraum von 10 Jahren 1.300 betragen und einen Wert von 260 Milliarden US-Dollar haben.[47] Entwicklung und Zertifizierung sind wahrscheinlich 4 Milliarden US-Dollar.[48]

Der TsAGI stellte auf der MAKS Air Show 2017 in Moskau ein maßstabsgetreues Modell seines Supersonic Business Jet / Commercial Jet aus, das einen niedrigen Schallknall erzeugen sollte, der einen Überschallflug über Land ermöglicht, optimiert für eine Kreuzfahrt mit 2.100 km / h und eine Fahrt von 7.400 bis 8.600 km (4.600–5.300 mi) Reichweite. Die wissenschaftliche Forschung zielt darauf ab, sowohl für Mach 0,8–0,9 transsonische als auch für Mach 1,5–2,0 Überschallgeschwindigkeiten zu optimieren. Ein ähnliches Design wird in einem Windkanal getestet, während die Triebwerke am Zentralinstitut für Luftfahrtmotoren konzipiert und von Aviadvigatel und NPO untersucht werden Saturn.[49]

Auf der NBAA-Tagung im Oktober 2017 in Las Vegas, bei der die NASA nur die Forschung unterstützt, stehen unerfahrene Unternehmen vor technischen Herausforderungen, um Flugzeuge ohne verfügbaren Motor, variable Höchstgeschwindigkeiten und Betriebsmodelle vorzuschlagen:[50]

  • Der Aerion AS2 ist ein Trijet mit 12 Sitzen und einer Reichweite von 4.850 nmi (8.800 km) bei Mach 1,4 über Wasser oder 5.300 nmi (9.800 km) bei Mach 0,95 über Land, obwohl “boomless” Mach 1.1 Flug ist möglich. Mit Unterstützung von Airbus und mit 20 Startaufträgen von Flexjet wurden die ersten Auslieferungen ab 2023 um zwei Jahre verschoben, als GE Aviation im Mai 2017 für eine gemeinsame Triebwerksstudie ausgewählt wurde.
  • Das Testbett Boom XB-1 Baby Boom im dritten Maßstab sollte 2018 fliegen, da das Triebwerk für ein Trijet-Verkehrsflugzeug mit 45/55 Sitzen ausgewählt wurde, das Mach 2,2 über Wasser für 9.000 Seemeilen (17.000 km) mit einem Zwischenstopp für ein Unternehmen erreicht -Klasse Tarif. Mit dem Ziel, 2023 ausgeliefert zu werden, erhielt das Unternehmen 2016 10 Zusagen von Virgin und 15 von einer nicht genannten europäischen Fluggesellschaft, insgesamt 76 von fünf Fluggesellschaften bis Juni 2017;
  • Die Spike S-512 ist ein eigenfinanziertes Twinjet-Design, das darauf abzielt, mit Mach 1.6 für 11.200 km (11.500 km) mit 22 Passagieren in einer fensterlosen Kabine mit nicht spezifizierten 89 kN-Triebwerken auf Mach 1.6 über Wasser zu fahren. Ein Modell im Maßstab SX-1.2 sollte seinen Jungfernflug im September 2017 vor einem bemannten Prüfstand im Jahr 2019 und dem Prototyp im Jahr 2021 mit Marktverfügbarkeit für 2023 absolviert haben.
Modell Passagiere Kreuzfahrt Reichweite (nmi) MTOW Gesamtschub Schub / Gewicht
Concorde 120 Mach 2.02 3.900 nmi (7.200 km) 185 t (408.000 lb) 676 kN (152.000 lbf) 0,37
Boom-Technologie-Ouvertüre 55 Mach 2.2 4.300 nmi (8.300 km) 77,1 t (170.000 lb) 200–270 kN (45.000–60.000 lbf) 0,26–0,35
Aerion AS2 12 Mach 1.5 4.300 nmi (8.300 km) 54,4 t (120.000 lb) 201–228 kN (45.000–51.000 lbf) 0,38–0,43
Spike S-512 18 Mach 1.6 6.200 nmi (11.500 km) 52,2 t (115.000 lb) 177,8 kN (40.000 lbf) 0,35

Aerion, der seit 2003 arbeitet und sein Ziel von Mach 1,6 auf 1,4 gesenkt hat, scheint für den Leeham-Analysten Björn Fehrm realistischer zu sein und möchte 2025 in Dienst gestellt werden, während Boom und Spike zwei Jahre zuvor ehrgeiziger für die Einführung sind – aber diese Zeitpläne scheinen ohne schwierig Triebwerksauswahl – und Geschwindigkeit mit mindestens Mach 2, die Fluggesellschaften benötigen, um einen Tag Transatlantik und zwei Tage Transpazifik zu sparen.[51]

Die FAA wird bis Anfang 2019 Regeln für die Genehmigung von Überschallflugtests in den USA und die Lärmzertifizierung vorschlagen.[52]

Von den vier Milliarden Fluggästen im Jahr 2017 flogen über 650 Millionen Langstreckenflüge zwischen 3.200 und 11.300 km, darunter 72 Millionen in der Business- und First-Class-Klasse, und erreichten bis 2025 128 Millionen: Spike-Projekte 13 Millionen Dann interessieren Sie sich für Überschalltransporte.[53]

Im Oktober 2018 plante die erneute Genehmigung der FAA Geräuschstandards für Überschalltransporte, die den Entwicklern eine regulatorische Sicherheit für ihre Konstruktionen geben, hauptsächlich für ihre Motorauswahl. Die FAA sollte vor dem 31. März 2020 einen Vorschlag für Lande- und Startlärm für eine Regel nach 2022 machen. und für den Überland-Schallboom ab Ende 2020, während die NASA plant, den Lockheed Martin X-59 QueSST-Flugdemonstrator mit niedrigem Boom ab 2021 für ICAO-Standards im Jahr 2025 zu fliegen.[54]

Im Juni 2019 enthüllte Lockheed Martin, inspiriert von der stillen Überschallinitiative der NASA und X-59 QueSST, die Leises Verkehrsflugzeug mit Überschalltechnologie,[55] ein Mach 1.8, transpazifisches Verkehrsflugzeugkonzept für 40 Passagiere. Geringere Flughafengeräusche und Überschallknalle werden durch das Design mit geformten Auslegern ermöglicht. integrierter geräuscharmer Antrieb; natürliche laminare Überschallströmung mit geschwungenen Flügeln; und das Cockpit External Vision System (XVS). Das 69 m lange Design ist deutlich länger als das der Concorde und verfügt über eine 21 m lange Nase und eine 24 m lange Kabine. Der scharf gekehrte Deltaflügel hat eine Spannweite von 22 m und ist damit etwas schmaler als die Concorde.[56]

Die Entwurfsziele sind eine Reichweite von 4.200 bis 5.300 Seemeilen (7.800 bis 9.800 km) und eine Startfeldlänge von 2.500 bis 3.200 m, ein Schallknall von 75 bis 80 PLdB und eine Kreuzfahrt von Mach 1,6 bis 1,7 über Land und Mach 1,7-1,8 über Wasser. Zwischen den V-Schwänzen befinden sich zwei am Heck montierte, nicht nachverbrennende 180-kN-Motoren. Zu den integrierten geräuscharmen Antrieben gehören fortschrittliche Steckdüsendesigns, Geräuschschutzkonzepte und verzerrungstolerante Lüfterblätter.[56]

Im August 2020 stellte Virgin Galactic mit Rolls-Royce das Konzept eines Mach 3-fähigen Twinjet-Delta-Wing-Flugzeugs vor, das bis zu 19 Passagiere befördern kann.[57][58]

Bisherige Konzepte[edit]

Im November 2003 gab EADS – die Muttergesellschaft von Airbus – bekannt, dass sie erwägen würde, mit japanischen Unternehmen zusammenzuarbeiten, um einen größeren, schnelleren Ersatz für Concorde zu entwickeln.[59][60] Im Oktober 2005 führte JAXA, die Japan Aerospace eXploration Agency, aerodynamische Tests eines maßstabsgetreuen Modells eines Verkehrsflugzeugs durch, das 300 Passagiere auf Mach 2 befördern soll (Next Generation Supersonic Transport, NEXST, dann Zero Emission Hyper Sonic Transport). Wenn es kommerziell eingesetzt wird, wird erwartet, dass es zwischen 2020 und 25 in Betrieb sein wird.[61]

Quiet Supersonic Transport von Supersonic Aerospace International ist ein 12-Passagier-Design von Lockheed Martin, das mit Mach 1.6 kreuzen und einen nur 1% so starken Überschallknall erzeugen soll wie der von Concorde.[62]

Der Überschall-Tupolev Tu-444 oder der Gulfstream X-54 wurden ebenfalls vorgeschlagen.

Hyperschalltransport[edit]

Während herkömmliche Turbo- und Staustrahltriebwerke bis Mach 5,5 einigermaßen effizient bleiben können, werden manchmal auch einige Ideen für einen Hochgeschwindigkeitsflug über Mach 6 diskutiert, um die Fahrzeiten weltweit auf ein oder zwei Stunden zu reduzieren . Diese Fahrzeugvorschläge verwenden sehr typischerweise entweder Raketen- oder Scramjet-Triebwerke; Pulsdetonationsmotoren wurden ebenfalls vorgeschlagen. Es gibt viele technische und wirtschaftliche Schwierigkeiten bei einem solchen Flug.

Fahrzeuge mit Raketenmotor sind zwar technisch praktisch (entweder als ballistische Transporte oder als semiballistische Transporte mit Flügeln), würden jedoch eine sehr große Menge Treibmittel verbrauchen und am besten bei Geschwindigkeiten zwischen etwa Mach 8 und Umlaufgeschwindigkeit arbeiten. Raketen konkurrieren am besten mit luftatmenden Strahltriebwerken, wenn es um Kosten auf sehr großer Reichweite geht. Selbst für Antipodenreisen wären die Kosten jedoch nur geringfügig niedriger als die Startkosten für die Umlaufbahn.[citation needed]

Auf der Paris Air Show im Juni 2011 stellte EADS sein ZEHST-Konzept vor, das mit Mach 4 (4.400 km / h; 2.400 kn) auf 32.000 m (105.000 ft) kreuzte und japanisches Interesse weckte.[63]

Der German SpaceLiner ist ein suborbitales Hyperschallflügel-Passagierraumflugzeugprojekt, das sich in der Vorentwicklung befindet.

Vorgekühlte Strahltriebwerke sind Strahltriebwerke mit einem Wärmetauscher am Einlass, der die Luft mit sehr hohen Geschwindigkeiten kühlt. Diese Motoren können bis zu Mach 5,5 praktisch und effizient sein, und dies ist ein Forschungsgebiet in Europa und Japan. Das britische Unternehmen Reaction Engines Limited hat mit 50% EU-Geldern ein Forschungsprogramm namens durchgeführt LAPCAT, die einen Entwurf für ein mit Wasserstoff betriebenes Flugzeug mit 300 Passagieren untersuchte, das als A2, möglicherweise in der Lage, mit Mach 5+ nonstop von Brüssel nach Sydney in 4,6 Stunden zu fliegen.[64] Die anschließenden Forschungsanstrengungen, LAPCAT II begann im Jahr 2008 und sollte vier Jahre dauern.[65]

STRATOFLY MR3 ist ein EU-Forschungsprogramm (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ONERA und Universitäten) mit dem Ziel, ein Flugzeug mit 300 Passagieren und kryogenem Kraftstoff zu entwickeln, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 10.000 km / h (Mach 8) über 30 km Höhe fliegen kann.[66][67]

Boeing Hyperschallflugzeug[edit]

Boeing Hyperschalltransportkonzept

Boeing stellte auf der AIAA 2018-Konferenz einen Mach 5-Passagiertransport (5.400 km / h; 2.900 kn) vor. Die Überquerung des Atlantiks in zwei Stunden oder des Pazifiks in drei Stunden bei 29 km würde Rückflüge am selben Tag ermöglichen und die Auslastung der Fluggesellschaften erhöhen. Bei Verwendung einer Titan-Flugzeugzelle wäre ihre Kapazität kleiner als bei einer Boeing 737, aber größer als bei einem Geschäftsjet mit großer Reichweite. Ein wiederverwendbarer Demonstrator könnte bereits 2023 oder 2024 für eine mögliche Inbetriebnahme ab Ende der 2030er Jahre geflogen werden. Die Aerodynamik würde von der Erfahrung des Boeing X-51 Waverider profitieren, der die Stoßwelle der Vorderkante für einen geringeren induzierten Luftwiderstand nutzt. Die Durchflussregelung würde den Auftrieb bei langsameren Geschwindigkeiten verbessern, und die Vermeidung von Nachbrennern beim Start würde das Geräusch reduzieren.[68]

Der Boeing-Hyperschalltransport würde von einem Turboramjet angetrieben, einem Turbofan, der bei Mach 5 in einen Staustrahl übergeht, würde die Notwendigkeit eines Staustrahls vermeiden, ähnlich dem Pratt & Whitney J58 des SR-71 Blackbird, aber die Turbine bei höheren Geschwindigkeiten abschalten. Es würde in eine achsensymmetrische Ringanordnung mit einem einzigen Einlass und einer einzigen Düse sowie einem Bypasskanal um das Turbinentriebwerk zu einer Kombination aus Nachbrenner und Staustrahl am Heck integriert. Es würde eine fortschrittliche Kühltechnologie wie den von Reaction Engines entwickelten Wärmetauscher erfordern, möglicherweise unter Verwendung von flüssigem Methan und / oder Düsentreibstoff.[68]

Bei einer Fahrt auf 27.000 bis 29.000 m (90.000 bis 95.000 Fuß) besteht ein höheres Risiko für eine Druckentlastung. Mach 5 wurde als die mit der verfügbaren Technologie erreichbare Grenze gewählt. Es hätte eine hohe Kapazitätsauslastung und könnte den Atlantik vier- oder fünfmal am Tag überqueren, gegenüber einem möglichen zweimal täglich mit der Concorde.[69]

Siehe auch[edit]

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Externe Links[edit]


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