20.09.2018
Klassiker der Luftfahrt

MauerbrecherBell X-1: Mit Raketenkraft durch die Schallmauer

Das Raketenflugzeug Bell X-l, ausschließlich auf theoretischer Grundlage entwickelt, zerstörte den Mythos von der für Flugzeuge "unpassierbaren" Schallmauer. Zugleich begründete sie die bis heute anhaltende Tradition der Erprobung legendärer X-Flugzeuge in der kalifornischen Wüste.

Ursprünglich wurde das Objekt als XS-1 bezeichnet, Experiment Subsonic No. 1 - Überschall-Versuchsmuster 1. Gleichzeitig mit den ersten Bauelementen für dieses reine Forschungsflugzeug entstanden Attrappen, in denen der Einbau von starren, nach vorn schießenden Maschinenwaffen untersucht wurde. Mit Jagdeinsitzern hatte überhaupt alles angefangen. Ab 1943 erreichten die fortschrittlichsten Hochleistungsflugzeuge mit Kolbenmotoren Geschwindigkeiten von bis zu 850 km/h in 6000 m Höhe, was einer Machzahl von 0.75 entsprach. Bei bestimmten Flugmanövern, etwa im Sturzflug, konnten diese Werte erheblich überschritten werden und sich der Schallgeschwindigkeit nähern. Das führte allerdings zu Kompressibilitätserscheinungen, deren Auswirkungen wie Rütteln, Blockaden und Stabilitätsänderungen Flugstörungen und sogar Katastrophen zur Folge hatten.

All das war neu und zunächst unerklärbar. Versuche, die gefahrvolle Zone zwischen Mach 0.8 und 1.2 im Windkanal zu erforschen, schlugen fehl, denn die erzeugten Stoß- und Expansionswellen brachen sich an den Wänden und „verstopften" den Kanal.

Captain Kotcher war der Urheber

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Die zweite X-1 mit schwarzen Fotokalibrierungskreuzen. Foto und Copyright: NASA  

 

Damit blieb für die Erforschung der Phänomene zunächst nur der Weg, spezielle Hochgeschwindigkeitsflugzeuge zu entwickeln. Eigentlicher Initiator dafür war Captain Ezra Kotcher von der Konstruktionsabteilung der seinerzeit noch dem Heer unterstellten US Army Air Force (USAAF) auf dem Wright Field in Dayton. Er hatte seit 1939 Studien über den Flug im Schallbereich ausgearbeitet, die er 1943 als Folge der sich mehrenden Kompressibilitätserscheinungen dem Leiter der Abteilung, General Carrol, vorlegte.

Carrol beauftragte Kotcher umgehend mit der Präliminar-Entwicklung eines Forschungsobjektes. Kotcher, unterstützt durch die Projektingenieure Orazio und Bailey, entschied sich für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk als Antrieb.

Im Sommer 1944 gab Theodore von Kármán, Vorsitzender des obersten Luftfahrtfor-schungsrates der USA, seine Zustimmung, einen Vertragspartner für Entwicklung und Bau eines Forschungsflugzeuges zu gewinnen. Zunächst einmal musste Kotcher seine Bemühungen jedoch zurückstellen: Alle angesprochenen Firmen waren mit Entwicklungsaufgaben derart überlastet, dass sie kein Interesse zeigten. Nur die Bell Aircraft Corp., die 1942 mit der XP-59A das erste Düsenflugzeug der USA in die Luft gebracht hatte, war nicht gefragt worden. Als Bell-Chefkonstrukteur Robert Woods im November 1944 wegen eines Entwicklungsauftrages bei Kotcher vorsprach, versuchte der ihm das Überschallprojekt schmackhaft zu machen.

Ende November waren die Gespräche soweit gediehen, dass Woods seinem Firmenchef Lawrence Bell telefonisch einen vorläufigen Plan übermitteln konnte. Nach Bells Zustimmung wurden die Anforderungen für das jetzt Projekt MX-524 genannte Objekt am 21. Dezember 1944 in Kotchers Büro endgültig festgeschrieben: Höchstgeschwindigkeit etwa 1300 km/h, Startrollstrecke 1500 m bei 240 km/h, Landung mit 150 km/h, Gipfelhöhe 10500 m, Fertigstellung innerhalb eines Jahres.

Der offizielle Auftrag wurde am 16. März 1945 erteilt. Er lautete auf drei Maschinen - je eine für Bell, die USAAF und das NACA. Woods hatte bereits im Dezember 1944 das Konstruktionsteam für das bei Bell als Model 44 bezeichnete Muster zusammengestellt.

Strahlturbine wurde abgelehnt

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Die Geschwindigkeitsanzeige der X-1 im Jahre 1949 war nur für Machzahlen ausgelegt. Foto und Copyright: NASA  

 

Weil es keine Vorbilder und keine grundlegenden Forschungsergebnisse gab, schienen die Schwierigkeiten zunächst unüberwindbar. Noch im Frühjahr 1945 wurde ein Flüssigkeitsraketentriebwerk der Reaction Motors Inc. als Antrieb gewählt. Das Triebwerk für die Verbrennung von Ethylalkohol mit flüssigem Sauerstoff besaß vier nicht regelbare, aber unabhängig voneinander zündbare Brennkammern für einen Gesamtschub von 26,69 kN. Im Vorderteil des geschossförmigen Rumpfes war die durch eine Klappe auf der Steuerbordseite zugängliche Druckkabine eingestrakt. Die Flügel des Mitteldeckers besaßen ein Profil NACA 65-110 mit zehn Prozent Dicke und das Bruchlast-Vielfache von 18 war besonders hoch angesetzt.

Als erstes Muster, nach dem neuen Bezeichnungssystem X-1 genannt, verließ Ende 1945 das Flugzeug mit der militärischen Seriennummer 46-062 die Werkhallen. Inzwischen war die Entscheidung gefallen, die Flugerprobung in der Höhe nach Abwurf aus dem Bombenschacht einer viermotorigen B-29 zu beginnen. Bis zum Funktionsnachweis saßen Bell-Piloten im Cockpit.

Am 19. Januar 1946 wurde die Maschine unter einer B-29 zum Pinecastle Field in Florida überführt, wo eine Drei-Kilometer-Piste zur Verfügung stand. Am 25. Januar wurde die X-1 erstmals vom Mutterflugzeug ausgeklinkt. Im Cockpit der noch antriebslosen und deshalb nur 1815 kg schweren Maschine saß Bell-Cheftestpilot Jack Woolams. Inzwischen war die weitere Flugerprobung zum Muroc-Trockensee in Kalifornien verlegt worden, dem späteren Versuchszentrum Edwards.

Für den ersten Flug mit Triebwerk musste die zweite X-1 (46-063) herangezogen werden, weil die erste auf einen Flügel mit nur acht Prozent Dicke (NACA 65-108) umgerüstet werden sollte. Auch der erste angetriebene Flug am 9. Dezember 1946 unter dem Nachfolger des verunglückten Woolams, Chalmers Goodlin, verlief ohne Probleme. Nach weiteren Erprobungsflügen waren die Garantien Bells erfüllt und die Air Force übernahm das Programm einschließlich der Bodendienste. Der Chef der Flugtest-Abteilung auf Muroc, Oberst Albert Boyd, selbst zeitweilig Inhaber des Geschwindigkeitsweltrekordes auf F-80 Shooting Star, bestimmte Captain Charles E. Yeager als Cheftestpiloten für das X-1-Programm.

Überschallflug ohne Probleme

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Mit der 46-062 durchbrach Charles "Chuck" Yeager am 14. Oktober 1947 erstmals die Schallmauer. Foto und Copyright: NASA  

 

Yeager erreichte am 14. Oktober 1947, beim 50. Flug der X-1, Mach 1.06. Der erste Überschallflug war ohne größere Schwierigkeiten geglückt; die X-1 - die 46-062 mit dem neuen, dünneren Flügel - hatte die in sie gesetzten Erwartungen voll erfüllt. Sie und die zweite X-1 wurden in der Folgezeit von einem Dutzend weiterer Piloten jenseits der Schallgeschwindigkeit geflogen.

Die Grenzen der Leistungsfähigkeit der ersten X-1-Generation zeigte Yeager bei einem Flug am 26. März 1948, als er Mach 1.45 und eine Höhe von 15250 m erreichte. Am 5. Januar 1949 brachte er die X-1 noch einmal in die Schlagzeilen, als er sie erstmals vom Boden aus startete. Nach 700 m Rollstrecke hob sie von der Piste ab und erreichte nach einer Minute und 40 Sekunden 7015 Meter Höhe. Nach einer Gesamtflugzeit von acht Minuten landete er sie wieder.

Die Leistungen des Musters hingen von der Brenndauer des Triebwerks ab, diese wiederum von der Treibstoffkapazität. Zunächst wurden Flüssigsauerstoff und Alkohol in kugelförmigen Behältern mitgeführt, weil der hohe Arbeitsdruck des Stickstoff-Fördersystems zu dieser Konstruktion zwang. Als mit Wasserstoffsuperoxid angetriebene Niederdruckturbinenpumpen für die Treibstoffförderung baureif geworden waren, konnten in die dritte X-1 (46-064) zylindrische Tanks mit größerem Fassungsvermögen eingebaut werden. Allerdings ging das Muster nach nur einem antriebslosen Gleitflug am 9. November 1951 bei statischen Bodenversuchen durch eine Explosion verloren.

Die Entscheidung für eine Weiterentwicklung mit erheblich verbesserten Leistungen war einen Monat nach Yeagers historischem erstem Überschallflug unter dem Projektnamen MX-984 gefallen und durch einen Auftrag vom 2. April 1948 besiegelt worden. Die Original-Order lautete auf vier Maschinen, von denen drei als X-1A, X-1B und X-1D weitgehend identisch sein sollten, während die dann nicht gebaute X-1C für militärische Zwecke modifiziert und bewaffnet werden sollte.

Die von Bell-Projektingenieur Richard Frost angeregten Verbesserungen bestanden in einer Verlängerung des Rumpfes für höhere Treibstoffkapazität bis zur optimalen Ausnutzung des Bombenschachtes der B-29, einer neuen Cockpitauslegung mit aufgesetzter Vollsicht-Klapphaube und besseren Wartungsmöglichkeiten.

X-1D explodierte beim ersten Testflug

Als erste der drei Maschinen wurde die X-1D (48-1386) unter einer B-29 nach Edwards überführt und absolvierte dort am 24. Juli 1951 mit Bell-Testpilot Jean Ziegler antriebslos den ersten - und letzten - gesteuerten Freiflug: Am 22. August, beim Aufstieg unter der B-29 zum zweiten Start, gab es eine Explosion im Bereich der Tanks mit dem flüssigen Sauerstoff, die beide Flugzeuge beschädigte. Air-Force-Pilot Frank Everest konnte sich in letzter Sekunde aus dem Cockpit der X-1 retten, ehe sie ausgeklinkt werden musste und führerlos in der Wüste zerschellte.

Die zunächst erfolglose Suche nach der Ursache verzögerte das Programm erheblich. Erst am 14. Februar 1953 wurde die X-1A (48-1384) mit Ziegler im Cockpit zum ersten Gleitflug abgeworfen. Innerhalb der mehr als zweijährigen Erprobung konnte sie ihre Qualitäten beweisen: Yeager erreichte mit ihr am 12. Dezember 1953, wenn auch unter erheblichen Steuerschwierigkeiten, Mach 2.44, und Major Arthur Murray jagte die Maschine am 26. August 1954 auf eine Höhe von 27580 m.

Kurze Zeit später wurde die Maschine dem NACA übergeben, das als erstes einen Schleudersitz einbauen ließ. Dieser rettete seinem Piloten Joseph Walker am 20. Juli 1955 das Leben: Im Steigflug zerstörte wieder eine Explosion die Maschine. Doch diesmal wurde die Ursache erkannt: Der Flüssigsauerstoff und das speziell für die Dichtung und Isolierung seines Tanks entwickelte Material bildeten unter ungünstigen Umständen ein explosives Gemisch.

Alle noch vorhandenen Maschinen mussten umgerüstet werden. Von ihnen war die X-1 E die interessanteste. Sie war faktisch die zweite X-1 der ersten Generation, umgerüstet auf ein neues Cockpit und einen extrem dünnen Flügel von nur vier Prozent Dicke, der dem Flugzeug fast die Leistungen der zweiten Generation erlaubte: NACA-Pilot Walker flog am 8. Oktober 1957 Mach 2.24. Ein Jahr später, am 6. November 1958, schloss die X-1 E mit einem letzten Start, ihrem 26., nach insgesamt 236 Flügen das X-1-Programm ab.

Klassiker der Luftfahrt Ausgabe 03/2004

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Karlheinz Kens/Matthias Gründer


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