27.03.2017
Erschienen in: 06/ 2011 Klassiker der Luftfahrt

Vorwärts-Strategie (Teil 2) Forschungsobjekt Flügel

Grumman X-29 (1) (jpg)

Die beiden X-29 absolvierten von 1984 bis 1992 über 400 Flüge. Foto und Copyright: NASA  

 

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Völlig neu war selbstverständlich das eigentliche Forschungsobjekt, der Flügel. Bei diesem verwendete Grumman einen Vorderholm aus Titan sowie Rippen und Hinterholm aus Aluminium. Die Beplankung bestand aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen. Bis zu 150 Kohlefasermatten wurden nach einem genau berechneten Muster übereinander gelegt, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Die Matten wurden so angeordnet, dass rund 70 Prozent der Fasern etwa neun Grad stärker nach vorn gepfeilt waren als die Flügelvorderkante. Das Ergebnis war ein asymmetrisches Scherverhalten, das zu einem Biegemoment führte, mit dem die aeroelastischen Kräfte kompensiert werden konnten.

Aerodynamisch setzte das Entwicklungsteam auf ein dünnes, superkritisches Profil (K Mod 2, mit 6,2 Prozent Profildicke an der Wurzel). Die Flügelwurzel wurde nach vorn gepfeilt, um die Fläche in diesem Bereich zu vergrößern. An den Hinterkanten waren über die gesamte Spannweite reichende Wölbklappen montiert, die eine zwar stufenweise, aber doch wirksame Profilveränderung bewirkten. Sie waren zweifach angelenkt und auf etwa halber Tiefe geteilt: Wenn sich der vordere Abschnitt bewegte, schlug der hintere noch einmal um die gleiche Gradzahl aus.

Ein weiteres Merkmal der X-29 waren die eng gekoppelten Canards, kleine bewegliche Steuerflächen knapp vor dem Flügel, die mit ihren großen Ausschlägen von + 30/- 60 Grad für die Kontrolle um die Querachse sorgten. Dazu kamen am Ende der nach hinten gezogenen Flügelwurzel Klappen mit Höhenruderwirkung.

Insgesamt war das Steuersystem der X-29 also sehr komplex, was aber auch nötig war, um die aerodynamisch selbst für heutige Standards extrem instabile X-29 im Zaum zu halten. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wanderte der Auftriebspunkt weiter nach vorn, bis er 35 Prozent der Sehnenlänge vor dem Schwerpunkt lag. Die F-16 brachte es damals gerade auf eine reduzierte Stabilität von drei Prozent.

Für ein Flugzeug wie die X-29 kam natürlich nur ein elektronisches Steuersystem in Betracht. Das von Honeywell entwickelte Fly-by-Wire-System hatte drei parallele digitale Kanäle mit jeweils einem eigenen Rechner, in dem wiederum zwei Prozessoren arbeiteten. Dazu kam ein analoges Reservesystem. Angesichts der vielen Unbekannten wurde die Software zunächst mit sehr konservativen Grenzwerten programmiert.

Die Entwicklung der Flugsteuersoftware war eine der schwierigsten und zeitaufwändigsten Aufgaben im X-29-Programm. Bei Beginn der Entwicklungsarbeiten im Januar 1981 (vor der offiziellen Auftragserteilung) ging Grumman noch von einem Erstflug Ende 1983 aus. Im September 1983 war im Werk Bethpage aber erst die Montage der Zelle beendet, die dann noch Belastungstests zu absolvieren hatte.

Im Juli 1984 folgte dann per Lastwagen der Transport ins 80 Kilometer entfernte Flugtestzentrum Calverton, wo Kraftstofftests und Triebwerksläufe durchgeführt wurden. In Calverton fand am 27. August 1984 auch die Roll-out-Feier statt, auf der auch der damalige US-Vizepräsident George H. W. Bush sprach.

Nach Abschluss der Versuche in Calverton wurde die X-29A mit einer C-5 Galaxy zur Edwards AFB in Kalifornien geflogen. Dort hob Grumman-Cheftestpilot Chuck Sewell am 14. Dezember 1984 um 9.36 Uhr Ortszeit zum Jungfernflug ab. Sewell stieg zunächst auf 4500 Meter, um die Flugeigenschaften der X-29 um alle Achsen zu überprüfen. Das Programm wurde dann in 3500 Metern Höhe wiederholt. Nach 57 Minuten setzte die X-29A wieder in Edwards auf. Insgesamt vier Werksflüge folgten bis Februar 1985, bevor die Maschine von einem Joint Test Team mit Personal der NASA, des Air Force Flight Test Center und der Aeronautical Systems Division übernommen wurde. Der fünfte Flug fand dann am 2. April statt. In einer ersten Evaluierungsphase des Konzepts wurden etwa 30 Flüge durchgeführt. Der erste Überschallflug stand am 13. Dezember 1985 an. Bei ihm erreichte NASA-Testpilot Stephen Ishmael in 12 200 Metern Höhe Mach 1.05.

Insgesamt kam das Flugtestprogramm nur langsam voran, was nicht an mangelnder Zuverlässigkeit des Flugzeugs selbst, sondern an immer wieder notwendigen kleinen Änderungen der Versuchsausrüstung und an Verbesserungen der Flugsteuersoftware lag, die jeweils ein umfangreiches Verifikationsprogramm durchlaufen mussten. Dennoch kamen für die erste X-29 bis Dezember 1988 beeindruckende 242 Flüge zusammen, so viel wie bei keinem X-Flugzeug zuvor. Ihr Potenzial als Fighter konnte die Maschine jedoch nicht nachweisen, dazu war die Steuerung wegen der vorsichtigen Programmierung zu träge und hatte zu viele Restriktionen wie beispielsweise einen Anstellwinkel von maximal 24 Grad.

Die zweite X-29A, die man parallel zum ersten Flugzeug gebaut und dann zunächst in Reserve gehalten hatte, bot da schon mehr. Sie wurde mit einem Trudelschirm ausgerüstet und Anfang 1989 fertiggestellt. Ihren ersten Flug führte sie am 23. Mai 1989 in Edwards AFB durch, er dauerte 52 Minuten. Dies war der Auftakt zu einem Programm, in dem die Eigenschaften des vorwärts gepfeilten Flügels bei hohen Anstellwinkeln untersucht werden sollte.

Während der ersten fünf Flüge wurden zunächst die geänderten Flugsteuerungsgesetze überprüft, und man löste zwei Mal den Trudelschirm aus, um seine Funktion zu testen. Schrittweise wurden dann von Herbst 1989 bis Mai 1990 die Anstellwinkel auf 50 Grad erhöht. Die Stabilität und Steuerbarkeit der X-29 war dabei überraschenderweise deutlich besser als zuvor berechnet. Für die Forscher ging es deshalb darum, zu verstehen, woran diese Abweichungen lagen.


WEITER ZU SEITE 3: Tests mit hohen Anstellwinkeln

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