15.05.2018
Klassiker der Luftfahrt

Historisches ForschungsflugzeugNorth American X-15 - Vorstoß ins All

Drei Exemplare des Forschungsflugzeuges erflogen in den 50er und 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts Grenzbereiche der Aerodynamik und revolutionierten damit den Flugzeugbau.

Als sich Anfang der 1940er Jahre die ersten, von Kolbenmotoren angetriebenen europäischen Kampfflugzeuge der Überschallgeschwindigkeit näherten, machten sich sogleich aerodynamische Probleme bemerkbar, die mit dem damaligen Erkenntnisstand der Luftfahrtwissenschaft nicht zu lösen waren. Wenn die Fluggeschwindigkeit Mach 0.8 überschritt, galten plötzlich die Gesetze der Aerodynamik nicht mehr. Die Kompressibilität der das Flugzeug umströmenden Luft veränderte sich, und starke Verdichtungsstöße traten auf, die oft genug sogar die Zerstörung der Maschine zur Folge hatten. Bald war abzusehen, dass mit der Einführung leistungsstärkerer Strahl- und Raketentriebwerke noch größere Probleme auf die Konstrukteure zukommen würden. Die Forschung stand vor großen Herausforderungen.

Auch in den USA erkannte man dieses Problem, allerdings eher auf Seiten der Industrie denn auf jener der Regierung. Weil nicht alle der neuen Forschungsschwerpunkte im Windkanal bearbeitet werden konnten, regte Robert Woods, einer der Begründer der Bell Aircraft Corp., Ende 1951 den Bau eines neuartigen Überschall-Forschungsflugzeuges an. Mit Datum vom 18. Januar 1952 unterstützte er eine entsprechende Denkschrift von Walter Dornberger, des jetzt in Bell-Diensten stehenden früheren Chefs des deutschen Raketenversuchszentrums in Peenemünde, der den Bau eines bis zu Mach 10.0 schnellen Erprobungsträgers vorschlug.

Breites Interesse für die Überschallforschung

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Weight and Balance Check der 66671 auf der Edwards AFB. Diese komplizierte Prozedur diente der genauen Schwerpunktbestimmung (oben). © NASA  

 

Nach und nach fand Woods die Unterstützung von Experten selbst konkurrierender Unternehmen, welche die Hochgeschwindigkeitsforschung bisher entweder mit Unterstützung der Air Force (Bell X-1 und X-2) oder der Navy (Douglas D-558) betrieben hatten. An allen Projekten war immerhin die NASA-Vorläuferorganisation NACA beteiligt (National Advisory Committee for Aeronautics), die ab Juni 1952 verlangte, die Arbeiten auf höhere Geschwindigkeiten und größere Höhen auszudehnen. Endlich, am 9. Juli 1954, trafen sich Vertreter aller interessierten Seiten und berieten den konkreten Forschungsbedarf sowie die Kosten des Programms, und Ende dieses Jahres wurden namhafte Luftfahrtkonzerne um die Abgabe von Angeboten gebeten. Daraufhin bewarben sich vier Unternehmen um die Aufträge für das ehrgeizige Programm: Bell mit dem Projekt D-171, Douglas mit der D-558-3, Republic mit der AP-76 und North American mit der NA-240.

Weil die Navy schon an der Erprobung der D-558 beteiligt gewesen war, bevorzugten deren Vertreter das Nachfolgemuster, während die Air Force der North-American-Maschine den Vorzug gab. Im September 1955 schloss sich indessen das Auswahlteam dieser Meinung an, und im Juni 1956 erhielt die North American Aviation Inc. den Auftrag zum Bau dreier als X-15 bezeichneter Forschungsflugzeuge. Vorher jedoch wurde das ursprüngliche Projekt dahingehend modifiziert, dass die Steuerflächen verbessert, die Luftbremsen an die Basis jeweils der Rücken- und der Bauchflosse sowie die Landekufen an das Heck verlegt wurden. Zudem wurde der Gedanke eines komplett als Rettungskapsel dienenden Cockpits verworfen und stattdessen ein Schleudersitz installiert, der selbst noch bei Geschwindigkeiten von Mach 4 funktionieren sollte. Wegen der bei den angestrebten hohen Geschwindigkeiten zu erwartenden enormen Reibungshitze sollte die Zelle aus Titan und nicht rostendem Stahl bestehen; für die Außenhaut waren Bleche aus der speziell entwickelten Nickellegierung Inconel X vorgesehen. Bemerkenswert waren ebenso das extrem dünne Profil der kleinen Tragflächen, der für Flüge oberhalb der Atmosphäre entwickelte Druckanzug MC-2, die voll beweglichen Höhenflossen und die Steuerorgane mit drei Knüppeln – einer für den langsamen Flug in der Atmosphäre, einer für Beschleunigung und Wiedereintritt und einer für den Flug im Weltall. Dessen theoretische Untergrenze wurde übrigens von der NASA mit 110 Kilometern Höhe angesetzt, während Air Force und Navy von 92 Kilometern Höhe ausgingen. Dieser Umstand führte dazu, dass alle Militärpiloten, welche im Verlaufe des X-15-Programms diese Höhenmarke überschritten, automatisch die Astronautenschwingen verliehen bekamen, während die beteiligten NASA-Piloten auf diese Ehrung bis zum Jahr 2005 warten mussten.

Wegen der großen Startmasse der X-15 wurden zwei strategische Bomber B-52 als Trägerflugzeuge umgebaut. Noch während der Konstruktionsarbeiten ersetzte man das ursprünglich geplante Raketentriebwerk Thiokol XLR30-RM-2 durch ein schubstärkeres XLR99-RM-1, das mit Flüssigsauerstoff und Ammoniak arbeitete. Weil diese Antriebe jedoch nicht rechtzeitig zur Verfügung standen, begann die Flugerprobung mit verbesserten Triebwerken Reaction Motors XLR11, deren Vorläufer bereits die Bell X-1 über die Schallgrenze hinaus beschleunigt hatten. Zwei Jahre nach Baubeginn im September 1956 erfolgte der Roll-out der ersten X-15 (56-6670) im Herstellerwerk Inglewood. Nach der Überführung zur Edwards AFB startete Testpilot Scott Crossfield von North American am 8. Juni 1959 zum ersten, antriebslosen Gleitflug. Den raketengetriebenen Erstflug führte er am 17. September mit dem zweiten Exemplar (56-6671) aus. Beim vierten Flug am 5. November kam es jedoch zu einem Triebwerksbrand mit anschließender Notlandung, doch Crossfield blieb unverletzt, und die Maschine war bald wieder startklar. Am 13. April 1960 flog Captain Robert White den neuen Typ erstmals für die Air Force, gefolgt am 23. September von Commander Forrest Peterson für die Navy. Die X-15 mit XLR11 wurde insgesamt 29-mal geflogen.

Mit dem neuen Triebwerk purzelten die Rekorde

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Die Zweite X-15 kurz nach der Zündung der Triebwerke. Die weißen Flächen am Rumpf rühren von der Tieftemperatur des flüssigen Sauerstoffs her. © NASA  

 

Am 9. September 1961 erreichte Robert White mit der zweiten Maschine erstmals die projektierte Geschwindigkeit von Mach 6.04. Joeseph Walker schließlich überschritt am 30. April 1962 mit 75194 Metern die projektierte Höhe und erreichte am 22. August 1963 die Rekordhöhe von 107960 Metern – da sah er schon die Schwärze des Weltalls über und die Erdkrümmung unter sich. Als am 9. November 1962 die 6671 nach Triebwerksausfall eine Notlandung machen musste, wurde beschlossen die Maschine nicht nur zu reparieren, sondern gleich für höhere Geschwindigkeiten zu modifizieren. Nach Installation zweier Außentanks für Flüssigsauerstoff und Ammoniak, nach Verlängerung des Rumpfes um 73,66 cm, den Ersatz der rechteckigen Cockpitfenster durch ovale und den Auftrag einer ablativen (wärmesenkenden) Beschichtung ging die nunmehr als X-15A-2 bezeichnete Maschine am 25. Juni 1964 erneut in die Erprobung. Nunmehr gelang Captain Knight am 3. Oktober 1967 mit Mach 6.7 (7274 km/h) der bis heute schnellste Flug eines Flächenflugzeuges. Dabei trug die Maschine unter der Bauchflosse am Heck die Attrappe eines Staustrahltriebwerkes, deren Halterung allerdings wegen der Reibungshitze durchbrannte. Knight musste trotz zu hoher Landemasse notlanden, wobei das Flugzeug irreparabel beschädigt wurde.

Es steht heute im National Museum of the USAF auf der Wright-Patterson AFB in Dayton, Ohio. Die dritte X-15 indessen war vom Pech verfolgt und zerbrach am 15. November 1967 während des Fluges in ihre Einzelteile, wobei Major Michael Adams starb. 1968 führte die 6670 noch acht Flüge durch; dann wurde das Programm beendet. Dieses Exemplar ist heute im National Air and Space Museum in Washington ausgestellt. Insgesamt flogen zwölf Piloten der NASA, Air Force und Navy genau 199 Testmissionen, davon Major Robert Rushworth von der Air Force allein 34-mal. Die X-15 fand einen würdigen Platz in der US-Luftfahrtgeschichte.

veröffentlicht in der FLUG REVUE-Edition "Jet-Legenden"

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