04.01.2018
Erschienen in: 06/ 2011 Klassiker der Luftfahrt

Vorwärts-StrategieGrumman X-29 – Versuchsflugzeug mit nach vorn gepfeilten Tragflächen

Flugzeuge mit nach vorn gepfeilten Tragflächen gehören zu den großen Raritäten der Luftfahrtgeschichte. Auch die Grumman X-29, die auf der Edwards AFB in den 1980er Jahren ein umfangreiches Testprogramm absolvierte, hatte letztlich keinen bleibenden Einfluss auf die Fighter-Entwicklung.

Nach der Einführung ihres neuen Luftüberlegenheitsjägers, der F-15 Eagle, im Jahr 1976 untersuchte die US Air Force mit Unterstützung der Forschungsbehörde DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) eine ganze Palette von Technologien, die für die nächste Fighter-Generation interessant sein konnten. Alle namhaften amerikanischen Hersteller versuchten Studienaufträge und Versuchsprogramme an Land zu ziehen, um sich für den erwarteten Wettbewerb um das Milliardenprogramm zu positionieren.

Bei Grumman, dem traditionsreichen Kampfflugzeug-Lieferanten der US Navy, nutzte man zum Beispiel ein Windkanalmodell, das nach der Niederlage im Wettbewerb um den Bau des HiMAT-Demonstrators (unbemanntes Fluggerät zur Erforschung extremer Agilität) 1975 übrig geblieben war, um die Eigenschaften verschiedener Flügelkonfigurationen zu untersuchen. Projektingenieur Glenn L. Spacht und seine Mannschaft stellten dabei erstaunt fest, dass ein vorwärts gepfeilter Flügel die niedrigsten Widerstandsbeiwerte aufwies.

Theoretisch bieten Tragflächen mit starker Vorwärtspfeilung für Kampfflugzeuge in der Tat eine ganze Reihe von Vorteilen. Dazu zählen bedeutend höhere Auftriebsbeiwerte bei Flugmanövern im hohen Unterschallbereich, ein geringerer Trimmwiderstand – was zu höherer Reichweite im Überschallflug führt –, geringere Überziehgeschwindigkeiten, Resistenz gegen Trudeln, bessere Eigenschaften im Langsamflug und eine höhere Flexibilität bei der Entwurfsauslegung.

Das alles klingt vielversprechend und war lange bekannt. Der vorwärts gepfeilte Flügel hat jedoch einen entscheidenden Nachteil. Durch elastische Verformung unter Last erhöht sich der Anstellwinkel an den Flügelspitzen, was zu einer weiteren Lasterhöhung führt. Dies kann im Extremfall zum Bruch führen, wenn die Struktur nicht extrem steif ausgelegt ist. Bei konventioneller Metallbauweise führt das schnell zu einer inakzeptablen Zunahme des Gewichts.

Einen Ausweg wiesen die in den 1970er Jahren aufkommenden Verbundwerkstoffe. Oberst Norris Krone, Jr., ein erfahrener Kampfpilot der USAF, rechnete in seiner Dissertation „Divergence Elimination with Advanced Composites“ jedenfalls bereits 1973 vor, wie mit den neuen Materialien ein Flügel ohne Nachteile so gebaut werden konnte, dass der kritische Überlastungsfall außerhalb des gewünschten Flugbereichs liegt.

Krones Arbeit stieß zunächst auf geringe Resonanz, aber als er später zur DARPA wechselte, hatte er die Möglichkeit, für seine Ideen zu werben und 1977 kleine Studienaufträge im Wert von je 100 000 Dollar an Grumman, General Dynamics und Rockwell zu vergeben. Nach Auswertung der Analysen und Windkanalversuchen folgte 1978 eine zweite Phase, für die insgesamt eine Million Dollar bereitgestellt wurden. Dazu kamen Firmenmittel.

Mit dem Geld wurden weitere Windkanalmodelle gebaut, die man bei der NASA in Langley untersuchte. Grumman und Rockwell bauten zudem 1,8 Meter lange Tragflächen, die für aeroelastische Tests im Arnold Engineering Development Center verwendet wurden. Ziel war es hierbei, die Rechenverfahren zu verifizieren. Grumman verwendete auch ein ferngesteuertes Modell mit einer Spannweite von 2,1 Metern, das ein Konzept mit Forward Swept Wing (FSW) und Canards im Flug erprobte.

Die insgesamt positiven Ergebnisse der Studien und Versuche sollten schließlich im Flugtest bestätigt werden. Zunächst war ein Umbau des unbemannten HiMAT im Gespräch, doch Oberst Krone gelang es nach intensiver Überzeugungsarbeit, gleich die Gelder für den Bau eines bemannten Versuchsträgers freizumachen.

Im Januar 1981 erhielt Grumman nach einem Wettbewerb mit Rockwell und General Dynamics den Zuschlag für den Bau des ersten bedeutenden X-Flugzeugs seit den Auftriebskörpern X-24 der 1970er Jahre. Der eigentliche Auftrag für zwei X-29A in Höhe von zunächst 71,3 Millionen Dollar wurde dann im Dezember 1981 erteilt.

Der Vorschlag von Grumman basierte auf der Verwendung des damals neuen F404-Triebwerks aus dem F-18-Hornet-Programm und einigen Teilen aus anderen Mustern. So stammte die komplette Bugsektion bis hinter das Cockpit von der F-5A Tiger. Das Hauptfahrwerk wurde von der F-16 übernommen, genauso wie verschiedene Stellmotoren.


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