Ein neues X-Flugzeug entsteht

Die Defense Advanced Research Projects Agency hat Bells Klapprotor-Demonstrator-Flugzeug als X-76 bezeichnet und fügt es damit zur ruhmreichen Reihe amerikanischer Versuchsflugzeuge hinzu, zu der die X-1, die erstmals die Schallmauer durchbrach, und das X-15 Raketenflugzeug gehören. Das X-76 soll Technologien erforschen, die es Flugzeugen ermöglichen, wie ein Hubschrauber senkrecht zu starten und zu landen und gleichzeitig mit der Geschwindigkeit und Effizienz eines Starrflüglers zu fliegen.

Das Flugzeug wird im Rahmen von DARPAs Speed and Runway Independent Technologies-Programm entwickelt, bekannt als SPRINT. Das Programm zielt darauf ab, eine der hartnäckigsten Herausforderungen der Luftfahrt zu überwinden: die Fähigkeit zum senkrechten Start und zur Landung von Hubschraubern mit der Höchstgeschwindigkeit und Reichweite herkömmlicher Flugzeuge zu kombinieren. Aktuelle Hubschrauber opfern Geschwindigkeit für VTOL-Fähigkeit, während Starrflügler auf Startbahnunabhängigkeit für Leistung verzichten.

Wie der Klapprotor funktioniert

Die zentrale Innovation des X-76 ist ein Rotorsystem, das sich für den senkrechten Start und die Landung entfaltet, aber während des Vorwärtsflugs zusammengeklappt wird, um den Luftwiderstand zu verringern, der die Geschwindigkeiten konventioneller Hubschrauber begrenzt. Im VTOL-Modus liefert der Rotor den Auftrieb, der zum Starten und Landen ohne Landebahn erforderlich ist. Nach dem Abheben und der Umstellung auf Vorwärtsflug werden die Rotoren eingezogen und in einer stromlinienförmigen Konfiguration entlang des Flugzeugrumpfs arretiert, sodass es wie ein herkömmliches Starrflügel-Flugzeug mit separatem Antrieb fliegen kann.

Dieser Ansatz unterscheidet sich von Kipprotor-Flugzeugen wie dem V-22 Osprey, die ihre gesamten Triebwerksgondeln von vertikaler zu horizontaler Ausrichtung drehen. Das V-22-Design hat sich betrieblich bewährt, aber es gibt Gewichts- und Komplexitätsstrafen, die seine Geschwindigkeit und Effizienz begrenzen. Das Klappkonzept zielt darauf ab, eine saubere aerodynamische Konfiguration im Vorwärtsflug zu erreichen, indem der Rotor vollständig aus dem Luftstrom entfernt wird.

Die Konstruktionsprobleme sind erheblich. Der Übergang zwischen rotorgestütztem und tragflächengestütztem Flug muss reibungslos und kontrollierbar sein, der Klappmechanismus muss unter den Vibrations- und Belastungsbedingungen des Fluges zuverlässig sein, und das Flugzeug muss während des kurzen Zeitraums, in dem es die Auftriebserzeugung vom Rotor auf die Tragfläche überträgt, stabil bleiben.

Leistungsziele

DARPA hat ehrgeizige Leistungsziele für das SPRINT-Programm gesetzt. Das X-76 soll Geschwindigkeiten demonstrieren, die deutlich über denen herkömmlicher Hubschrauber liegen, die typischerweise auf etwa 180 Knoten durch Rückwärts-Blatt-Strömungsabriss begrenzt sind – ein aerodynamisches Phänomen, das auftritt, wenn das Blatt, das sich rückwärts relativ zur Flugrichtung des Flugzeugs bewegt, bei hohen Geschwindigkeiten den Auftrieb verliert.

Durch die Beseitigung des Rotors während des Marschflugs könnte das X-76 möglicherweise Geschwindigkeiten von 400 Knoten oder mehr erreichen und gleichzeitig die Fähigkeit beibehalten, von unvorbereiteten Standorten, Schiffsdecks und anderen beengten Bereichen zu operieren, wo Startbahnzugang nicht verfügbar ist. Diese Kombination wäre für Militäroperationen transformativ, wo der Konflikt zwischen Geschwindigkeit und Zugänglichkeit seit Jahrzehnten Flugzeugkonstruktionsentscheidungen prägt.

Bemannte und unbemannte Anwendungen

Das X-76 wird mit bemannten und unbemannten Konfigurationen entworfen. Der erste Demonstrator wird unbemannt sein, wodurch DARPA den Flugbereich erforschen kann, ohne während der Hochrisiko-Phase der Technologiereifung einen Piloten zu riskieren. Wenn sich das Klapprotor-Konzept als praktikabel erweist, könnte es auf eine Reihe von Militärplattformen angewendet werden, einschließlich Truppentransporter, Aufklärungsflugzeuge, Logistikfahrzeuge und Angriffssysteme.

Die unbemannte Variante ist besonders interessant im Kontext der wachsenden Betonung des Militärs auf autonome und halbautonome Flugzeuge. Eine schnelle, startbahnunabhängige unbemannte Plattform könnte Missionen in umstrittenen Umgebungen durchführen, wo sowohl Flugplatzzugang als auch Pilotenrisiko Bedenken darstellen – wie das Liefern von Vorräten zu vorgelagerten Positionen, das Durchführen von Aufklärungen in geschlossenen Lufträumen oder das Dienen als treuer Flügel für bemannte Jäger.

Zeitplan und Wettbewerb

DARPA plant, dass das X-76 2028 fliegt, was Bells Ingenieurfirma ungefähr zwei Jahre gibt, um von der aktuellen Designphase durch Fertigung und Bodenprüfungen zum Erstflug zu gelangen. Dieser Zeitplan ist ehrgeizig, entspricht aber DARPAs Ansatz, schnelle Prototypisierung voranzutreiben, um neue Konzepte zu validieren oder zu widerlegen, bevor zu vollständigen Entwicklungsprogrammen verpflichtet wird.

Bell konkurriert mit anderen Designs unter dem SPRINT-Programm. Aurora Flight Sciences, ein Boeing-Tochterunternehmen, hat einen alternativen Ansatz mit einem anderen VTOL-zu-Reiseflug-Übergangsmechanismus vorgeschlagen. Der Wettbewerb stellt sicher, dass DARPA mehrere technische Lösungen bewerten und die vielversprechendste für weitere Entwicklung auswählen kann.

Historischer Kontext

Das Streben nach einem praktischen Hochgeschwindigkeits-VTOL-Flugzeug reicht bis in die 1950er Jahre zurück, als experimentelle Designs wie die Convair XFY Pogo und Ryan X-13 Vertijet den senkrechten Start demonstrierten, sich aber für den operativen Einsatz als unpraktisch erwiesen. Das V-22 Osprey, das nach Jahrzehnten turbulenter Entwicklung 2007 in Dienst gestellt wurde, bleibt das erfolgreichste Hochgeschwindigkeits-VTOL-Flugzeug bis heute, aber seine Geschwindigkeit und Effizienz bleiben hinter dem zurück, was das Klapprotor-Konzept verspricht. Das X-76 stellt den letzten Versuch dar, diese anhaltende Herausforderung zu lösen, bewaffnet mit modernen Materialien, Flugkontrollsystemen und rechnergestützten Designwerkzeugen, die früheren Generationen von Ingenieuren nicht zur Verfügung standen.

Dieser Artikel basiert auf Berichten von twz.com. Lesen Sie den Originalartikel.