Überschalltransport – Wikipedia

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Typ des Verkehrsflugzeugs (SST)

Die Tupolev Tu-144 war das erste SST, das in Dienst gestellt wurde und das erste verließ. Aus Sicherheitsgründen wurden nur 55 Passagierflüge durchgeführt, bevor der Dienst eingestellt wurde. Auch nach der Pensionierung wurden in geringer Zahl Fracht- und Testflüge durchgeführt.

EIN Überschalltransport (SST) oder ein Überschallflugzeug ist ein ziviles Überschallflugzeug, das Passagiere mit Geschwindigkeiten über der Schallgeschwindigkeit befördern soll. Bisher waren die einzigen SSTs, die regelmäßig im Einsatz waren, die Concorde und die Tupolev Tu-144. Der letzte Passagierflug der Tu-144 fand im Juni 1978 statt und wurde zuletzt 1999 von der NASA geflogen. Der letzte kommerzielle Flug der Concorde fand im Oktober 2003 statt, wobei ein Überführungsflug am 26. November 2003 ihr letzter Flugbetrieb war. Nach der endgültigen Flugeinstellung der Concorde gibt es keine SSTs mehr im kommerziellen Dienst. Mehrere Unternehmen haben jeweils einen Überschall-Businessjet vorgeschlagen, der den Überschalltransport wieder zurückbringen könnte.

Überschallflugzeuge waren Gegenstand zahlreicher neuerer und laufender Designstudien. Nachteile und Designherausforderungen sind übermäßige Geräuschentwicklung (beim Start und durch Überschallknalle während des Fluges), hohe Entwicklungskosten, teure Baumaterialien, hoher Treibstoffverbrauch, extrem hohe Emissionen und höhere Kosten pro Sitzplatz gegenüber Unterschallflugzeugen. Trotz dieser Herausforderungen wurde von Concorde behauptet, profitabel zu arbeiten.[1]

Im Jahr 2016 gab die NASA bekannt, dass sie einen Vertrag über das Design eines modernen rauscharmen SST-Prototyps unterzeichnet hat.[2] Das Designteam wird von Lockheed Martin Aeronautics geleitet.[2]

Geschichte[edit]

Während der gesamten 1950er Jahre schien ein SST aus technischer Sicht möglich, aber es war nicht klar, ob es wirtschaftlich realisierbar war. Aufgrund von Unterschieden in der Auftriebserzeugung haben Flugzeuge, die mit Überschallgeschwindigkeit betrieben werden, ungefähr die Hälfte des Verhältnisses von Auftrieb zu Luftwiderstand von Unterschallflugzeugen. Dies impliziert, dass das Flugzeug für jeden erforderlichen Auftrieb ungefähr 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 benötigt, um mit etwa gleicher Geschwindigkeit zu fliegen. Die 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 erheblich zu erhöhen, zumindest auf Mittel- und Langstreckenflügen, bei denen das Flugzeug eine beträchtliche Zeit im Reiseflug verbringt. SST-Konstruktionen fliegen mindestens dreimal so schnell wie bestehende Unterschalltransporte und könnten so bis zu drei im Einsatz befindliche Flugzeuge ersetzen und damit die Kosten für Personal und Wartung senken.

Die ernsthafte Arbeit an SST-Designs begann Mitte der 1950er Jahre, als die erste Generation von Überschall-Kampfflugzeugen in Dienst gestellt wurde. In Großbritannien und Frankreich haben sich die staatlich subventionierten SST-Programme in den meisten Studien schnell auf dem Deltaflügel niedergelassen, darunter die Sud Aviation Super-Caravelle und Bristol Type 223, obwohl Armstrong-Whitworth ein radikaleres Design vorschlug, den Mach 1,2 M-Wing. Avro Canada schlug TWA mehrere Designs vor, darunter Mach 1,6 Doppel-Ogee-Flügel und Mach 1,2 Delta-Flügel mit separatem Heck und vier Unterflügel-Motorkonfigurationen. Avros Team zog nach Großbritannien, wo sein Design die Grundlage für Hawker Siddeleys Designs bildete.[3] In den frühen 1960er Jahren waren die Konstruktionen so weit fortgeschritten, dass der Startschuss für die Produktion gegeben wurde, aber die Kosten waren so hoch, dass die Bristol Airplane Company und Sud Aviation schließlich 1962 ihre Bemühungen zur Herstellung der Concorde fusionierten.

In den frühen 1960er Jahren erklärten verschiedene Führungskräfte von US-Luftfahrtunternehmen der US-Öffentlichkeit und dem Kongress, dass es keine technischen Gründe dafür gebe, dass ein SST nicht hergestellt werden könnte. Im April 1960 erklärte Burt C. Monesmith, ein Vizepräsident bei Lockheed, gegenüber verschiedenen Zeitschriften, dass ein SST aus Stahl mit einem Gewicht von 250.000 Pfund (110.000 kg) für 160 Millionen US-Dollar entwickelt und in Produktionschargen von 200 oder mehr für etwa 9 Millionen US-Dollar verkauft werden könnte .[4] Aber es war die englisch-französische Entwicklung der Concorde, die in der US-Industrie Panik auslöste, wo man dachte, dass Concorde bald alle anderen Langstrecken-Designs ersetzen würde, insbesondere nachdem Pan Am Kaufoptionen für die Concorde abgeschlossen hatte. Der Kongress finanzierte bald eine SST-Entwicklungsinitiative, indem er die bestehenden Lockheed L-2000- und Boeing 2707-Designs auswählte, um ein noch fortschrittlicheres, größeres, schnelleres und weitreichenderes Design zu produzieren. Das Design der Boeing 2707 wurde schließlich für die weitere Arbeit ausgewählt, mit dem Ziel, etwa 300 Passagiere zu befördern und eine Reisegeschwindigkeit nahe Mach 3 zu erreichen der “Concordski”.

Der SST wurde aufgrund seines Überschallknalls und des Potenzials seiner Triebwerksabgase, die Ozonschicht zu schädigen, als besonders offensiv angesehen. Beide Probleme beeinflussten das Denken der Gesetzgeber, und schließlich stellte der Kongress die Finanzierung des US-SST-Programms ein März 1971,[5][6][7][8][9] und alle kommerziellen Überschallflüge über Land wurden über den USA verboten.[10] Der Präsidentenberater Russell Train warnte davor, dass eine Flotte von 500 SSTs, die über einen Zeitraum von 65.000 Fuß (20 km) fliegen, den stratosphärischen Wassergehalt um bis zu 50 % bis 100 % erhöhen könnte. Dies könnte laut Train zu einer größeren Erdwärme führen und die Ozonbildung behindern.[11] In Bezug auf stratosphärisches Wasser und sein Potenzial, die Bodentemperaturen zu erhöhen, obwohl Concorde nicht als Quelle des “jüngsten Rückgangs des Wasserdampfs ist unbekannt” erwähnt, stellte die National Oceanic and Atmospheric Administration 2010 fest, dass die stratosphärischen Wasserdampfkonzentrationen in den 1980er Jahren und 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 um etwa 25 % im Vergleich zur Erwärmung verantwortlich ist Rate in den 1990er Jahren.[12] Die andere Sorge von Russell Train, Wasser-Ozon, wurde jedoch von Fred Singer in einem Brief an die Zeitschrift entgegnet Natur 1971,[13] “was diejenigen verärgerte, die behaupteten, dass Überschalltransporte das stratosphärische Ozon ernsthaft beeinträchtigen könnten”.[14]

Später wurde eine zusätzliche Bedrohung des Ozons durch die Stickoxide der Abgase vermutet, eine Bedrohung, die 1974 anscheinend vom MIT bestätigt wurde.[15] Während jedoch viele rein theoretische Modelle das Potenzial für große Ozonverluste durch SST-Stickoxide (NOx) anzeigten, zeigten andere Wissenschaftler in der Veröffentlichung “Stickoxide, Kernwaffentests, Concorde und stratosphärisches Ozon” wandte sich der historischen Ozonüberwachung und atmosphärischen Nukleartests als Orientierungs- und Vergleichsmittel zu und stellte fest, dass bei der Freisetzung von etwa 213 Megatonnen explosiver Energie im Jahr 1962 kein nachweisbarer Ozonverlust erkennbar war, also die äquivalente Menge an NOx von “1047”. “Concordes, die “10 Stunden am Tag” fliegen, wäre ebenfalls keine Neuheit.[16] 1981 waren Modelle und Beobachtungen noch unvereinbar.[17] Neuere Computermodelle aus dem Jahr 1995 von David W. Fahey, einem Atmosphärenwissenschaftler der National Oceanic and Atmospheric Administration, und anderen legen nahe, dass der Ozonverlust höchstens „nicht mehr“ als 1 bis 2 % betragen würde, wenn eine Flotte von 500 Überschallflugzeuge wurden betrieben.[18][19] Fahey drückte aus, dass dies kein fatales Hindernis für eine fortgeschrittene SST-Entwicklung sei – während “eine große Vorsichtsflagge …[it] sollte kein Showstopper für die fortgeschrittene SST-Entwicklung sein”, denn “”Entfernen des Schwefels aus dem Kraftstoff der [concorde]“ würde den hypothetischen 1–2% Ozon-Zerstörungs-Reaktions-Weg im Wesentlichen eliminieren.[20]

Trotz der Modell-Beobachtungs-Diskrepanz im Zusammenhang mit dem Ozonproblem Mitte der 1970er Jahre, sechs Jahre nach seinem ersten Überschall-Testflug,[21] Die Concorde war nun einsatzbereit. Der politische Aufschrei in den USA war so groß, dass New York das Flugzeug verbot. Dies bedrohte die wirtschaftlichen Aussichten des Flugzeugs – es war mit Blick auf die Strecke London–New York gebaut worden. Das Flugzeug wurde nach Washington, DC (in Dulles in Virginia) zugelassen, und der Service war so beliebt, dass sich die New Yorker bald beschwerten, weil sie ihn nicht hatten. Es dauerte nicht lange, bis Concorde nach JFK flog.

Neben wechselnden politischen Erwägungen zeigte das fliegende Publikum weiterhin Interesse an Hochgeschwindigkeits-Meeresüberquerungen. Dies startete zusätzliche Designstudien in den USA unter dem Namen “AST” (Advanced Supersonic Transport). Lockheeds SCV war ein neues Design für diese Kategorie, während Boeing die Studien mit dem 2707 als Basislinie fortsetzte.

Zu diesem Zeitpunkt war die Wirtschaftlichkeit vergangener SST-Konzepte nicht mehr vernünftig. Bei ihrer ersten Entwicklung sollten die SSTs mit Langstreckenflugzeugen mit 80 bis 100 Passagieren wie der Boeing 707 konkurrieren, aber mit neueren Flugzeugen wie der Boeing 747 mit einer vierfach höheren Kapazität waren die Geschwindigkeits- und Treibstoffvorteile 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 Unterschalltriebwerke in den 1960er Jahren mit der Einführung des Turbofan-Triebwerks mit ständig steigenden Bypass-Verhältnissen große Fortschritte bei der Effizienzsteigerung gemacht hatten, ist das Fan-Konzept bei Überschallgeschwindigkeiten schwierig anzuwenden, wo der “richtige” Bypass etwa 0,45 beträgt.[22] im Gegensatz zu 2.0 oder höher für Unterschalldesigns. Aus diesen beiden Gründen waren die SST-Designs durch höhere Betriebskosten zum Scheitern verurteilt, und die AST[clarification needed] Programme verschwanden in den frühen 1980er Jahren.

Concorde verkaufte nur an British Airways und Air France, mit subventionierten Käufen, die 80 % der Gewinne an die Regierung zurückfließen sollten. In der Praxis war fast während der gesamten Dauer der Vereinbarung kein Gewinn zu verteilen. Nach der Privatisierung der Concorde führten Kostensenkungsmaßnahmen (insbesondere die Schließung der Testanlage für metallurgische Flügel, die genügend Temperaturzyklen durchlaufen hatte, um das Flugzeug bis 2010 zu validieren) und Ticketpreiserhöhungen zu erheblichen Gewinnen.

Seit Concorde aufgehört hat zu fliegen, hat sich herausgestellt, dass sich das Flugzeug während der gesamten Lebensdauer der Concorde zumindest für British Airways als rentabel erwiesen hat. Die Betriebskosten von Concorde beliefen sich in fast 28 Jahren Betriebszeit auf etwa 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 auf dem Flughafen London Heathrow: Flug 002 aus New York, ein zweiter Flug aus Edinburgh, Schottland, und der dritte, der in einem Rundflug von Heathrow aus gestartet war über dem Golf von Biskaya.

Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts wurden Projekte wie Tupolev Tu-244, Tupolev Tu-344, SAI Quiet Supersonic Transport, Sukhoi-Gulfstream S-21, High Speed ​​Civil Transport usw. nicht realisiert.

Realisierte Überschallflugzeuge[edit]

Am 21. August 1961 überschritt eine Douglas DC-8-43 (Registrierung N9604Z) Mach 1 in einem kontrollierten Tauchgang während eines Testflugs 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 Serienflugzeuge. Von den sechzehn Produktionsflugzeugen wurden zwei nicht in den kommerziellen Dienst genommen und acht blieben bis April 2003 im Dienst. Alle bis auf zwei dieser Flugzeuge sind erhalten; die beiden, die es nicht sind, sind F-BVFD (cn 211), die 1982 als Ersatzteillager geparkt und 1994 verschrottet wurden, und F-BTSC (cn 203), die am 25. Juli 2000 außerhalb von Paris abstürzten und 100 Passagiere töteten , 9 Besatzungsmitglieder und 4 Personen am Boden.

Tupolew Tu-144[edit]

Insgesamt wurden sechzehn flugfähige Tupolew Tu-144 gebaut; eine siebzehnte Tu-144 (reg. 77116) wurde nie fertiggestellt. Parallel zur Entwicklung des Prototyps 68001 gab es auch mindestens eine Bodentestzelle für statische Tests.

Herausforderungen des Überschall-Passagierflugs[edit]

Aerodynamik[edit]

Bei allen Luftfahrzeugen ist die Luftwiderstandskraft proportional zum Luftwiderstandsbeiwert (CD), zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit und zur Luftdichte. Da der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit schnell ansteigt, besteht eine Hauptpriorität bei der Konstruktion von Überschallflugzeugen darin, diese Kraft durch Verringerung des Luftwiderstandskoeffizienten zu minimieren. Dies führt zu den stark stromlinienförmigen Formen von SSTs. Bis zu einem gewissen Grad steuern Überschallflugzeuge auch den Luftwiderstand, indem sie in größeren Höhen fliegen als Unterschallflugzeuge, bei denen die Luftdichte geringer ist.

Qualitative Variation des Cd-Faktors mit Mach-Zahl für Flugzeuge

Wenn sich die Geschwindigkeiten der Schallgeschwindigkeit nähern, tritt das zusätzliche Phänomen des Wellenwiderstands auf. Dies ist eine starke Form des Widerstands, die bei transsonischen Geschwindigkeiten (um Mach 0,88) beginnt. Um Mach 1 herum ist der maximale Luftwiderstandsbeiwert viermal so groß wie der Unterschallwiderstand. Oberhalb des transsonischen Bereichs sinkt der Koeffizient wieder drastisch, bleibt aber um Mach 2,5 um 20 % höher als bei Unterschallgeschwindigkeit. Überschallflugzeuge müssen erheblich mehr Leistung haben als Unterschallflugzeuge, um diesen Wellenwiderstand zu überwinden, und obwohl die Reiseflugleistung oberhalb der Überschallgeschwindigkeit effizienter ist, ist sie immer noch weniger effizient als das Fliegen im Unterschallbereich.

Ein weiteres Problem beim Überschallflug ist das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand (L/D-Verhältnis) der Flügel. Bei Überschallgeschwindigkeit erzeugen Tragflächen Auftrieb auf ganz andere Weise als bei Unterschallgeschwindigkeit und sind ausnahmslos weniger effizient. Aus diesem Grund wurde beträchtliche Forschung in die Gestaltung von Tragflächenplanformen für eine anhaltende Überschallfahrt gesteckt. Bei etwa Mach 2 halbiert ein typisches Flügeldesign sein L/D-Verhältnis (zB erreichte Concorde ein Verhältnis von 7,14, während die Unterschall-Boeing 747 ein L/D-Verhältnis von 17 hat).[25] Da die Konstruktion 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 Höhe beizubehalten.

Motoren[edit]

Das Design von Strahltriebwerken verschiebt sich deutlich zwischen Überschall- und Unterschallflugzeugen. Strahltriebwerke als Klasse können bei Überschallgeschwindigkeit eine höhere Kraftstoffeffizienz liefern, obwohl ihr spezifischer Kraftstoffverbrauch bei höheren Geschwindigkeiten höher ist. Da ihre Geschwindigkeit über dem Boden größer ist, ist diese Abnahme der Effizienz bis weit über Mach 2 weniger als proportional zur Geschwindigkeit, und der Verbrauch pro Distanzeinheit ist geringer.

Als die Concorde von Aérospatiale-BAC entworfen wurde, waren noch keine Düsentriebwerke mit hohem Bypass (“Turbofan-Triebwerke”) in Unterschallflugzeugen eingesetzt worden. Wäre die Concorde gegen frühere Konstruktionen wie die Boeing 707 oder de Havilland Comet in Dienst gestellt worden, wäre sie viel wettbewerbsfähiger gewesen, obwohl die 707 und die DC-8 immer noch mehr Passagiere beförderten. Als diese Strahltriebwerke mit hohem Bypass in den 1960er Jahren den kommerziellen Dienst erreichten, wurden Unterschallstrahltriebwerke sofort viel effizienter, näher an die Effizienz von Turbojets bei Überschallgeschwindigkeit. Ein großer Vorteil des SST ist verschwunden.

Turbofan-Triebwerke verbessern die Effizienz, indem sie die Menge an kalter Niederdruckluft erhöhen, die sie beschleunigen, und einen Teil der Energie verwenden, die normalerweise verwendet wird, um heiße Luft in klassischen Turbojets ohne Bypass zu beschleunigen. Der ultimative Ausdruck dieses Designs ist der Turboprop, bei dem fast der gesamte Strahlschub verwendet wird, um einen sehr großen Fan – den Propeller – anzutreiben. Die Effizienzkurve des Lüfterdesigns bedeutet, dass der Bypass, der den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks maximiert, eine Funktion der Vorwärtsgeschwindigkeit ist, die von den Propellern zu den Lüftern abnimmt, bis gar kein Bypass mit zunehmender Geschwindigkeit. Darüber hinaus erhöht die große Frontfläche, die der Niederdruckventilator an der Vorderseite des Triebwerks einnimmt, den Luftwiderstand, insbesondere bei Überschallgeschwindigkeit, und bedeutet, dass die Bypass-Verhältnisse viel begrenzter sind als bei Unterschallflugzeugen.[26]

Zum Beispiel war die 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 Turbojet-Triebwerke mit vergleichbarer Effizienz. Diese Einschränkungen bedeuteten, dass SST-Designs nicht in der Lage waren, die dramatischen Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz zu nutzen, die High-Bypass-Triebwerke auf den Unterschallmarkt brachten, aber sie waren bereits effizienter als ihre Unterschall-Turbofan-Gegenstücke.

Strukturelle Probleme[edit]

Überschallgeschwindigkeiten von Fahrzeugen erfordern schmalere Flügel- und Rumpfkonstruktionen und sind größeren 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 mit einem größeren Differenzialdruck beaufschlagt werden muss als Unterschallflugzeuge, die nicht in den für den Überschallflug erforderlichen großen Höhen operieren. Diese Faktoren zusammen haben dazu geführt, dass das Leergewicht pro Sitzplatz der Concorde mehr als dreimal so hoch ist wie das einer Boeing 747.

Concorde und der TU-144 wurden jedoch beide aus konventionellem Aluminium (Hiduminium im Fall von Concorde) und (Duralumin) hergestellt, während modernere Materialien wie Kohlefaser und Kevlar für ihr Gewicht viel stärker gespannt sind (wichtig, um mit Druck zu umgehen Spannungen) sowie steifer. Da das Gewicht der Struktur pro Sitz bei einer SST-Konstruktion viel höher ist, führen alle Verbesserungen zu einer größeren prozentualen Verbesserung als die gleichen Änderungen bei einem Unterschallflugzeug.

Hohe Kosten[edit]

Concorde Vergleich der Kraftstoffeffizienz
Flugzeug Concorde[27] Boeing 747-400[28]
Passagiermeilen/Imperial 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 Zivilverkehrs. So kann die Boeing 747 beispielsweise mehr als dreimal so viele Passagiere befördern wie die Concorde bei ungefähr gleichem Treibstoffverbrauch.

Dennoch machen die Treibstoffkosten bei den meisten Unterschall-Fluggasttickets nicht den größten Teil des Preises aus.[29] Für den transatlantischen Geschäftsmarkt, für den SST-Flugzeuge eingesetzt wurden, war Concorde tatsächlich sehr erfolgreich und konnte einen höheren Ticketpreis halten. Nachdem die kommerziellen SST-Flugzeuge den Flugverkehr eingestellt haben, ist klarer geworden, dass Concorde für British Airways erhebliche Gewinne erzielt hat.[23]

Startgeräusch[edit]

Eines der Probleme beim Betrieb der Concorde und der Tu-144 war der hohe Triebwerkslärm, der mit sehr hohen Düsengeschwindigkeiten beim Start verbunden war und noch wichtiger, über Gemeinden in der Nähe des Flughafens zu fliegen. SST-Triebwerke benötigen während der Überschallfahrt einen ziemlich hohen spezifischen Schub (Nettoschub/Luftstrom), um die Triebwerksquerschnittsfläche und dadurch den Gondelwiderstand zu minimieren. Leider impliziert dies eine hohe Strahlgeschwindigkeit, wodurch die Triebwerke laut werden, was insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten/Höhen und beim Start Probleme verursacht.[30]

Daher könnte ein zukünftiges SST durchaus von einem Triebwerk mit variablem Zyklus profitieren, bei dem der spezifische Schub (und damit die Strahlgeschwindigkeit und das Geräusch) beim Start niedrig ist, aber während der Überschallfahrt hoch gezwungen wird. Der Übergang zwischen den beiden Modi würde irgendwann während des Steigflugs und wieder während des Sinkflugs erfolgen (um das Düsengeräusch beim Anflug zu minimieren). Die Schwierigkeit besteht darin, eine Triebwerkskonfiguration mit variablem Zyklus zu entwickeln, die die Forderung nach einer geringen Querschnittsfläche während der Überschallfahrt erfüllt.

Überschallknall[edit]

Der Überschallknall wurde aufgrund der großen Flughöhen, in denen die Flugzeuge flogen, nicht als ernsthaftes Problem angesehen, aber Experimente Mitte der 1960er Jahre wie die umstrittenen Überschallknalltests in Oklahoma City und Studien der nordamerikanischen XB-70 Valkyrie der USAF bewiesen andernfalls (siehe Sonic Boom § Minderung). Bis 1964 war aufgrund des Problems unklar, ob zivile Überschallflugzeuge zugelassen werden würden.[31]

Die Belästigung durch einen Überschallknall kann vermieden werden, indem gewartet wird, bis sich das Flugzeug in großer Höhe über Wasser befindet, bevor es Überschallgeschwindigkeit erreicht; Dies war die von Concorde verwendete Technik. Es schließt jedoch Überschallflüge über bewohnte Gebiete aus. Überschallflugzeuge haben im Vergleich zu Unterschallflugzeugen schlechte Auftriebs-/Widerstandsverhältnisse bei Unterschallgeschwindigkeiten (es sei denn, es werden Technologien wie Flügel mit variabler Krümmung verwendet) und verbrauchen daher mehr Treibstoff, was dazu führt, dass ihre Verwendung auf solchen Flugwegen wirtschaftlich nachteilig ist.

Concorde hatte einen Überdruck von 1,94 lb/sq ft (93 Pa) (133 dBA SPL). Überdrücke über 72 Pa (131 dBA SPL) führen oft zu Beschwerden.[32]

Wenn die Intensität des Booms reduziert werden kann, kann dies sogar sehr große Konstruktionen von Überschallflugzeugen für den Überlandflug akzeptabel machen. Untersuchungen legen nahe, dass Änderungen an Nasenkonus und -heck die Intensität des Überschallknalls unter das Niveau reduzieren können, das erforderlich ist, um Beschwerden zu verursachen. Während der ursprünglichen SST-Bemühungen in den 1960er Jahren wurde vorgeschlagen, dass eine sorgfältige Formgebung des Rumpfes des Flugzeugs die Intensität der Stoßwellen des Überschallknalls, die den Boden erreichen, reduzieren könnte. Ein Design verursachte, dass sich die Stoßwellen gegenseitig störten, was den Überschallknall stark reduzierte. Dies war damals schwer zu testen, aber die zunehmende Leistungsfähigkeit des computergestützten Designs hat dies seitdem erheblich erleichtert. Im Jahr 2003 wurde ein Shaped Sonic Boom Demonstrationsflugzeug geflogen, das die Solidität des Designs bewies und die Fähigkeit demonstrierte, den Boom um etwa die Hälfte zu reduzieren. Sogar eine Verlängerung des Fahrzeugs (ohne das Gewicht signifikant zu erhöhen) würde die Boom-Intensität reduzieren (siehe Sonic Boom § Minderung).

Sie müssen Flugzeuge über einen weiten Geschwindigkeitsbereich betreiben[edit]

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

In der Praxis haben alle Überschalltransporter im Wesentlichen die gleiche Form für Unterschall- und Überschallflug verwendet, und es wird ein Kompromiss in der Leistung gewählt, oft zum Nachteil des Flugs mit niedriger Geschwindigkeit. Zum Beispiel hatte Concorde einen sehr hohen Widerstand (ein Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand von etwa 4) bei langsamer Geschwindigkeit, aber sie flog 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 eine höhere Effizienz zu erzielen, aber der für ein solches Merkmal erforderliche größere Platz führte zu Kapazitätsproblemen, die sich letztendlich als unüberwindbar erwiesen.

North American Aviation hatte mit der XB-70 Valkyrie einen ungewöhnlichen Ansatz für dieses Problem. Durch das Absenken der Außenwände der Tragflächen bei hohen Machzahlen konnten sie den Kompressionsauftrieb an der Unterseite des Flugzeugs nutzen. Dies verbesserte das L/D-Verhältnis um etwa 30%.

Hauttemperatur[edit]

Bei Überschallgeschwindigkeit komprimiert ein Flugzeug die Luft vor sich adiabatisch. Die erhöhte Temperatur der Luft erwärmt das Flugzeug.

Unterschallflugzeuge bestehen meist aus Aluminium. Aluminium ist zwar leicht und fest, hält aber Temperaturen von weit über 127 °C nicht stand; ab 127 °C verliert das Aluminium nach und nach seine Eigenschaften, die durch die Auslagerung entstanden sind.[33] Für Flugzeuge, die mit Mach 3 fliegen, wurden mit erheblichem Mehraufwand Materialien wie Edelstahl (XB-70 Valkyrie, MiG-25) oder Titan (SR-71, Sukhoi T-4) verwendet, da deren Eigenschaften Materialien erschweren die Herstellung des Flugzeugs erheblich.

Im Jahr 2017 wurde ein neues keramisches Beschichtungsmaterial aus Karbid entdeckt, das Temperaturen von Mach 5 oder mehr, vielleicht bis zu 3000 °C, widerstehen kann.[34]

Schlechte Reichweite[edit]

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

Das hohe Abfluggewicht pro Passagier macht es schwierig, einen guten Kraftstoffanteil zu erzielen. Dieses Problem, zusammen mit der Herausforderung, die durch Überschall-Auftriebs-Widerstands-Verhältnisse entsteht, schränkt den Bereich der Überschalltransporte stark ein. Da Langstreckenflüge keine praktikable Option waren, hatten die Fluggesellschaften wenig Interesse, die Jets zu kaufen.[citation needed]

Unerwünschtheit von SSTs bei Fluggesellschaften[edit]

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

Fluggesellschaften legen potenziell Wert auf sehr schnelle Flugzeuge, da sie es den Flugzeugen ermöglichen, mehr Flüge pro Tag durchzuführen, was eine höhere Kapitalrendite bietet. Außerdem bevorzugen Passagiere im Allgemeinen schnellere Reisen mit kürzerer Dauer gegenüber langsameren Reisen mit längerer Dauer, sodass der Betrieb schnellerer Flugzeuge einer Fluggesellschaft einen Wettbewerbsvorteil verschaffen kann, sogar in dem Maße, dass viele Kunden bereit sind, höhere Tarife zu zahlen, um Zeit zu sparen und /oder früher ankommen.[citation needed] Aufgrund des hohen Lärmpegels von Concorde in der Nähe von Flughäfen, Zeitzonenproblemen und unzureichender Geschwindigkeit konnte jedoch nur eine einzige Hin- und Rückreise pro Tag durchgeführt werden, sodass die zusätzliche Geschwindigkeit für die Fluggesellschaft kein Vorteil war, außer als Verkaufsargument für ihre Kunden.[35] Die vorgeschlagenen amerikanischen SSTs sollten unter anderem aus diesem Grund mit Mach 3 fliegen. Unter Berücksichtigung der Beschleunigungs- und Verzögerungszeit wäre eine Transatlantikfahrt mit einem Mach 3 SST jedoch weniger als dreimal so schnell wie eine Mach 1-Reise.

Da SSTs Überschallknalle 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 Routen, die das Flugzeug nonstop fliegen kann, wird reduziert. 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 auch empfindlicher gegenüber dem Ölpreis. (Es macht auch Überschallflüge weniger umweltfreundlich und nachhaltig, zwei wachsende Bedenken der Öffentlichkeit, einschließlich Flugreisender.)

Investitionen in Forschungs- und Entwicklungsarbeit zur Entwicklung eines neuen SST können als Versuch angesehen werden, die Geschwindigkeitsbegrenzung im Luftverkehr zu erhöhen. Im Allgemeinen ist der Wettbewerbsdruck anderer Verkehrsträger neben dem Drang nach neuen technologischen Errungenschaften die wichtigste Triebfeder für diese Bemühungen. Der Wettbewerb zwischen verschiedenen Dienstanbietern innerhalb eines Verkehrsträgers führt in der Regel nicht zu solchen technologischen Investitionen zur Erhöhung der Geschwindigkeit. Stattdessen ziehen es die Dienstanbieter vor, bei der Dienstqualität und den Kosten zu konkurrieren.[citation needed] Ein Beispiel für dieses Phänomen ist der Hochgeschwindigkeitsverkehr. Die Geschwindigkeitsbegrenzung des Schienenverkehrs war so stark vorangetrieben worden, dass er effektiv mit dem Straßen- und Luftverkehr konkurrieren konnte. Aber diese Leistung wurde nicht erreicht, damit verschiedene Bahnunternehmen sich untereinander messen konnten. Dieses Phänomen verringert auch die Attraktivität von SSTs durch Fluggesellschaften, da der Wettbewerb zwischen den verschiedenen Verkehrsträgern bei sehr langen Transportwegen (einige tausend Kilometer) eher wie ein Ein-Pferde-Rennen ist: Der Luftverkehr hat keinen nennenswerten Konkurrenten. Der einzige Wettbewerb besteht zwischen den Fluggesellschaften, und sie zahlen lieber moderat, um die Kosten zu senken und die Servicequalität zu erhöhen, als viel mehr für eine Geschwindigkeitserhöhung zu zahlen.[citation needed] Außerdem bevorzugen gewinnorientierte Unternehmen im Allgemeinen risikoarme Geschäftspläne mit hoher Wahrscheinlichkeit eines nennenswerten Gewinns, aber ein teures technologisches Spitzenforschungs- und Entwicklungsprogramm ist ein Unternehmen mit hohem Risiko, da das Programm aus unvorhersehbaren technischen Gründen scheitern kann oder wird Kostenüberschreitungen begegnen, die so groß sind, dass das Unternehmen aufgrund finanzieller Ressourcenbeschränkungen gezwungen ist, den Aufwand aufzugeben, bevor eine marktfähige SST-Technologie verfügbar ist, wodurch möglicherweise alle Investitionen verloren gehen.

Umweltbelastung[edit]

Der International Council on Clean Transportation (ICCT) schätzt, dass ein SST 5 bis 7 Mal so viel Treibstoff pro Passagier verbrennen würde.[36]

Der ICCT zeigt, dass ein Überschallflug von New York nach London mehr als doppelt so viel Treibstoff pro Passagier verbrauchen würde als in der Unterschall-Business-Class, sechsmal so viel wie in der Economy-Klasse und dreimal so viel wie Unterschall-Flug für Los Angeles nach Sydney .[37]

Designer können entweder bestehende Umweltstandards mit fortschrittlicher Technologie erfüllen oder politische Entscheidungsträger dafür einsetzen, neue Standards für SSTs zu etablieren.[38]

Wenn es 2035 2.000 SSTs gäbe, gäbe es 5.000 Flüge pro Tag auf 160 Flughäfen 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 CO₂ über ihre 25-jährige Lebensdauer: ein Fünftel des internationalen CO2-Budgets des Luftverkehrs, wenn der Luftverkehr seinen Emissionsanteil beibehält, um unter einem Klimaverlauf von 1,5 °C zu bleiben. Die lärmexponierte Fläche um Flughäfen könnte sich im Vergleich zu bestehenden Unterschallflugzeugen gleicher Größe mit mehr als 300 Flügen pro Tag in Dubai und London Heathrow und über 100 in Los Angeles, Singapur, San Francisco, New York-JFK, Frankfurt und . verdoppeln Bangkok. In Kanada, Deutschland, Irak, Irland, Israel, Rumänien, der Türkei und Teilen der Vereinigten Staaten waren häufige Überschallknalle zu hören, bis zu 150-200 pro Tag oder einer alle fünf Minuten.[39]

In Entwicklung[edit]

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

Der Wunsch nach einem Überschallflugzeug der zweiten Generation ist in einigen Bereichen der Luftfahrtindustrie geblieben.[40][41] und mehrere Konzepte sind seit der Pensionierung von Concorde entstanden.

Im März 2016 gab Boom Technology bekannt, dass es sich in der Entwicklungsphase befindet, einen Überschalljet mit 40 Passagieren zu bauen, der Mach 2,2 fliegen kann in 6 Stunden von Los Angeles nach Sydney zu fliegen.[42]

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit konzentriert sich die NASA-Forschung seit 2006 darauf, den Überschallknall zu reduzieren, um Überschallflüge über Land zu ermöglichen. Die NASA sollte 2019 einen Demonstrator mit niedrigem Boom fliegen, der durch die Formgebung der Flugzeugzelle von Doppelknallen auf weiche Schläge reduziert wurde, um die Reaktion der Community zu erfragen, um eine voraussichtliche Aufhebung des FAA- und ICAO-Verbots Anfang der 2020er Jahre zu unterstützen. Die Quiet Supersonic Technology X-Plane imitiert die Stoßwellensignatur eines Mach 1,6 bis 1,8, 80- bis 100-Sitzer-Flugzeugs für 75 PNLdB im Vergleich zu 105 PNLdB für Concorde.[43]

Der Markt für Überschallflugzeuge mit einem Preis von 200 Millionen US-Dollar könnte über einen Zeitraum von 10 Jahren 1.300 betragen, was 260 Milliarden US-Dollar wert ist.[44] Entwicklung und Zertifizierung sind wahrscheinlich ein 4-Milliarden-Dollar-Geschäft.[45]

Die TsAGI stellte auf der MAKS Air Show 2017 in Moskau ein maßstabsgetreues Modell ihres Supersonic Business Jet / Commercial Jet aus, der einen niedrigen Überschallknall erzeugen sollte, der Überschallflug über Land ermöglicht, optimiert für 2.100 km/h (1.300 mph) Reiseflug und 7.400-8.600 km (4.600-5.300 Meilen) Reichweite. Die wissenschaftliche Forschung zielt darauf ab, sowohl für Mach 0,8–0,9 Überschallgeschwindigkeiten als auch für Mach 1,5–2,0 Überschallgeschwindigkeiten zu optimieren Saturn.[46]

Auf der NBAA-Konferenz im Oktober 2017 in Las Vegas, bei der die NASA nur die Forschung unterstützte, standen verschiedene Unternehmen vor technischen Herausforderungen, um Flugzeuge ohne verfügbares Triebwerk, variable Höchstgeschwindigkeiten und Betriebsmodelle vorzuschlagen:[47]

  • der Boom XB-1 Baby Boom im dritten Maßstab sollte 2018 fliegen, da das Triebwerk für ein 45/55-Sitzer-Trijet-Verkehrsflugzeug ausgewählt wird, das Mach 2,2 über Wasser für 9.000 sm (17.000 km; 10.000 mi) mit einem Stopp für ein Geschäft erreicht -Klasse Tarif. Im Hinblick auf Lieferungen im Jahr 2023 erhielt das Unternehmen im Jahr 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 selbstfinanziertes Twinjet-Design, das mit Mach 1,6 über Wasser für 6.200 sm (11.500 km; 7.100 mi) mit 22 Passagieren in einer fensterlosen Kabine mit nicht näher bezeichneten 20.000 lbf (89 kN) Triebwerken kreuzen soll. Ein Modell im Maßstab SX-1.2 hätte seinen Erstflug im September 2017 vor einem bemannten Prüfstand im Jahr 2019 und der Prototyp im Jahr 2021 mit Marktverfügbarkeit für 2023 absolvieren sollen.
Modell Passagiere Kreuzfahrt Bereich (nmi) MTOW Gesamtschub Schub/Gewicht
Tupolew Tu-144 150 Mach 2,0 3.500 sm (6.500 km) 207 t (456.000 lb) 960 kN (216.000 lbf) 0,44
Concorde 120 Mach 2.02 3.900 sm (7.200 km) 185 t (408.000 lb) 676 kN (152.000 lbf) 0,37
Ouvertüre zur Boom-Technologie 55 Mach 1,7[48] 4.500 sm (8.300 km) 77,1 t (170.000 lb) 200–270 kN (45.000–60.000 lbf) 0,26–0,35
Spike S-512 18 Mach 1,6 6.200 sm (11.500 km) 52,2 t (115.000 lb) 177,8 kN (40.000 lbf) 0,35

Von den vier Milliarden Fluggästen im Jahr 2017 flogen über 650 Millionen Langstrecken zwischen 2.000 und 7.000 Meilen (3.200 und 11.300 km), davon 72 Millionen in der Business und First Class, bis 2025 128 Millionen; Spike-Projekte 13 Millionen würden sich dann für den Überschalltransport interessieren.[49]

Im Oktober 2018 plante die Neuzulassung der FAA Lärmnormen für Überschalltransporte, die den Entwicklern eine regulatorische Sicherheit für ihre Konstruktionen, vor allem ihre Motorenwahl, gaben. Regeln für die Genehmigung von Überschallflugtests in den USA und die Lärmzertifizierung werden von der FAA bis Anfang 2019 vorgeschlagen.[50] Die FAA sollte vor dem 31. März 2020 einen Vorschlag für Lande- und Startgeräusche für eine Regel nach 2022 vorlegen; und für Überland-Überschallknall ab Ende 2020, während die NASA plant, den Low-Boom-Flugdemonstrator Lockheed Martin X-59 QueSST ab 2021 für ICAO-Standards im Jahr 2025 zu fliegen.[51]

Im Juni 2019 enthüllte Lockheed Martin, inspiriert von der leisen Überschallinitiative der NASA und X-59 QueSST, die Leises Flugzeug mit Überschalltechnologie,[52] ein Mach 1.8, transpazifisches Verkehrsflugzeugkonzept für 40 Passagiere. Geringerer Flughafenlärm und Überschallknall werden durch das Shape-Boom-Design ermöglicht; integrierter geräuscharmer Antrieb; Natürliche laminare Überschallströmung mit gepfeilten Flügeln; und das Cockpit External Vision System (XVS). Das 225 Fuß (69 m) lange Design ist deutlich länger als die Concorde und verfügt über eine fast 70 Fuß (21 m) lange Nase und eine 78 Fuß (24 m) Kabine. Der scharf gepfeilte Deltaflügel hat eine Spannweite von 73 Fuß (22 m), etwas schmaler als die Concorde.[53]

Designziele sind eine Reichweite von 4.200–5.300 sm (7.800–9.800 km) und eine Startfeldlänge von 9.500–10.500 ft (2.900–3.200 m), ein Überschallknall von 75–80 PLdB und eine Reise von Mach 1,6–1,7 über Land und Mach 1,7-1,8 über Wasser. Doppelheck-montierte, nicht nachbrennende Motoren mit 40.000 lbf (180 kN) befinden sich zwischen den V-Leitwerken. Der integrierte geräuscharme Antrieb umfasst fortschrittliche Kerzendüsendesigns, Geräuschabschirmungskonzepte und verzerrungstolerante Lüfterblätter.[53]

Im August 2020 stellte Virgin Galactic mit Rolls-Royce das Konzept eines Mach-3-fähigen Twinjet-Deltaflügel-Flugzeugs vor, das bis zu 19 Passagiere befördern kann.[54][55]

Vorherige Konzepte[edit]

Im November 2003 gab EADS – die Muttergesellschaft von Airbus – bekannt, dass sie erwägt, mit japanischen Unternehmen zusammenzuarbeiten, um einen größeren, schnelleren Ersatz für Concorde zu entwickeln.[56][57] Im Oktober 2005 führte die JAXA, die Japan Aerospace eXploration Agency, aerodynamische Tests eines maßstabsgetreuen Modells eines Verkehrsflugzeugs durch, das für die Beförderung von 300 Passagieren bei Mach 2 (Next Generation Supersonic Transport, WEITER, dann Zero Emission Hyper Sonic Transport). Bei einer kommerziellen Einführung wird erwartet, dass sie zwischen 2020 und 25 in Betrieb sein wird.[58]

Im Mai 2008 wurde berichtet, dass die Aerion Corporation 3 Milliarden US-Dollar an Vorbestellungsverkäufen mit ihrem Überschall-Businessjet Aerion SBJ erzielte.[59] Ende 2010 wurde das Projekt mit einem Testflug eines Flügelabschnitts fortgesetzt.[60] Der Aerion AS2 wurde als 12-Sitzer-Trijet mit einer Reichweite von 4.750 sm (8.800 km; 5.470 mi) bei Mach 1,4 über Wasser oder 5.300 sm (9.800 km; 6.100 mi) bei Mach 0,95 über Land vorgeschlagen, obwohl “boomless” Flug mit Mach 1,1 wurde für möglich gehalten. Unterstützt 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. Im Mai 2021 gab das Unternehmen bekannt, dass es den Betrieb einstellen wird, da es nicht in der Lage ist, Kapital zu beschaffen.[61]

Der Quiet Supersonic Transport von Supersonic Aerospace International ist ein 12-Passagier-Design von Lockheed Martin, das mit Mach 1,6 kreuzen und einen Überschallknall erzeugen soll, der nur 1% so stark ist wie der von Concorde.[62]

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

Hyperschalltransport[edit]

Während konventionelle Turbo- und Staustrahltriebwerke bis Mach 5,5 einigermaßen effizient bleiben können, werden manchmal auch Ideen für sehr schnelle Flüge über Mach 6 diskutiert, mit dem Ziel, die Reisezeiten weltweit auf ein oder zwei Stunden zu reduzieren . Diese Fahrzeugvorschläge verwenden sehr typischerweise entweder Raketen- oder Scramjet-Triebwerke; Impulsdetonationsmotoren sind ebenfalls vorgeschlagen worden. Bei einem solchen Flug gibt es viele technische und wirtschaftliche Schwierigkeiten.

Raketengetriebene Fahrzeuge, obwohl technisch praktisch (entweder als ballistische Transporter oder als halbballistische Transporter mit Flügeln), würden eine sehr große Menge an Treibstoff verbrauchen und am besten bei Geschwindigkeiten zwischen etwa Mach 8 und Orbitalgeschwindigkeiten funktionieren. Raketen konkurrieren am besten mit luftatmenden Düsentriebwerken bei den Kosten bei sehr großer Reichweite; selbst für antipodische Reisen wären die Kosten jedoch nur etwas niedriger als die Kosten für den Orbitalstart.[citation needed]

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

Der German SpaceLiner ist ein suborbitales Hyperschall-Fluggastraumflugzeugprojekt, 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 beteiligt sich mit 50 % EU-Geldern an einem Forschungsprogramm namens LAPCAT, das einen Entwurf für ein wasserstoffbetriebenes Flugzeug mit 300 Passagieren namens untersuchte A2, möglicherweise in der Lage, mit Mach 5+ nonstop von Brüssel nach Sydney in 4,6 Stunden zu fliegen.[64] Die Folgeforschung, LAPCAT II begann 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 300-Passagier-Flugzeug mit kryogenem Treibstoff zu entwickeln, das mit etwa 10.000 km/h (Mach 8) über 30 km Höhe fliegen kann.[66][67]

Boeing Hyperschallflugzeug[edit]

Boeing Hyperschall-Transportkonzept

Boeing hat auf der AIAA-Konferenz 2018 ein Passagierflugzeug mit Mach 6 (6.500 km/h; 3.500 kn) vorgestellt. Eine Überquerung des Atlantiks in 2 Stunden oder des Pazifiks in 3 Stunden in einer Entfernung von 30 km würde Rückflüge am selben Tag ermöglichen und die Auslastung der Fluggesellschaften erhöhen. Mit einer Titan-Flugzeugzelle wäre seine Kapazität kleiner als die einer Boeing 737, aber größer als die eines Langstrecken-Business-Jets. Ein wiederverwendbarer Demonstrator könnte bereits 2023 oder 2024 geflogen werden für eine mögliche Indienststellung ab Ende der 2030er Jahre. Die Aerodynamik würde von der Erfahrung mit dem Boeing X-51 Waverider profitieren und die Stoßwelle an der Vorderkante für einen geringeren induzierten Widerstand reiten. Die Strömungssteuerung würde den Auftrieb bei langsameren Geschwindigkeiten verbessern, und die Vermeidung von Nachbrennern beim Start würde den Lärm reduzieren.[68]

Das Hyperschall-Verkehrsflugzeug von Boeing würde von einem Turboramjet angetrieben, ein Turbofan, der bei Mach 6 in einen Staustrahl übergeht, würde die Notwendigkeit eines Staustrahls vermeiden, ähnlich dem Pratt & Whitney J58 der SR-71 Blackbird, der jedoch die Turbine bei höheren Geschwindigkeiten abschaltet. Es würde in ein axialsymmetrisches ringförmiges Layout mit einem einzigen Einlass und einer Düse und einem Bypass-Kanal um das Turbinentriebwerk zu einer Kombination aus Nachbrenner/Staustrahltriebwerk am Heck integriert werden. Es bräuchte eine fortschrittliche Kühltechnologie wie den von Reaction Engines entwickelten Wärmetauscher, der möglicherweise flüssiges Methan und/oder Kerosin verwendet.[68]

Kreuzfahrten in einer Höhe von 27.000 bis 30.000 m (90.000 bis 100.000 Fuß) machen eine Druckentlastung zu einem höheren Risiko. Als mit der verfügbaren Technologie erreichbare Grenze wurde Mach 6 gewählt. Sie hätte eine hohe Auslastung und könnte vier- bis fünfmal täglich den Atlantik überqueren, während die Concorde zweimal täglich den Atlantik überqueren könnte.[69]

Siehe auch[edit]

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Externe Links[edit]


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