Kompressionsauftrieb

North American XB-70 im Flug mit heruntergeklappten Tragflächenspitzen

In der Aerodynamik bezeichnet der Kompressionsauftrieb eine Auftriebskraft beim Überschallflug. Dabei wird die Stoßwelle im Machschen Kegel ausgenutzt.

Die Stoßwelle entsteht beim Überschreiten der Schallgeschwindigkeit; ein darauf abgestimmt entworfenes Überschallflugzeug kann dadurch mit kleinerem Anstellwinkel und dadurch mit niedrigem induzierten Luftwiderstand fliegen.

Geschichte

Das Phänomen des Kompressionsauftriebs wurde von den NACA-Ingenieuren Clarence A. Syvertson und Alfred J. Eggers im Jahr 1956 erstmalig beschrieben. Sie untersuchten die Abweichungen von der ballistischen Kurve bei Wiedereintrittskörpern und deckten dabei das Prinzip hinter dem Kompressionsauftrieb auf.

Vergleich mit der Gleitfahrt von Booten

Der Kompressionsauftrieb ist vergleichbar mit der Gleitfahrt von Booten, wenn ein Boot in Verdrängerfahrt sich der Rumpfgeschwindigkeit nähert, auf die Bugwelle aufgleitet und somit teilweise aus dem Wasser gehoben wird. Bei Flugzeugen ist das jedoch schwieriger umzusetzen, weil sich die Stoßwelle erst bei Überschallflug ausbildet, stark gepfeilt ist (siehe Machscher Kegel), und außerdem ihren Öffnungswinkel stark mit der Geschwindigkeit ändert. Dies macht es schwierig, ein Flugzeug konstruieren, das auch über große Geschwindigkeitsbereiche Auftrieb aus der Stoßwelle gewinnen kann.

Technische Umsetzung

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  Verlauf der Auftriebsliefernden Schockwelle von den Lufteinläufen der XB-70 aus

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  Auswirkung des Kompressionsauftriebs auf den Auftriebsbeiwert und L/D, exemplarisch für die XB-70

Das erste Flugzeug, das den Kompressionsauftrieb einsetzte, ist der Überschallbomber North American XB-70, der allerdings nicht in die Serienfertigung ging. Die Schockwelle, die am Lufteinlauf der Triebwerke erzeugt wird, wird unter den Tragflügel geführt und durch die heruntergeklappten Tragflächenspitzen unter diesem gehalten. Dadurch entsteht Kompressions-Auftrieb, der den notwendigen Anstellwinkel verringert und damit den induzierten Luftwiderstand bei Überschall um 30% reduzierte.^[1] Erst so ist eine Marschgeschwindigkeit von Mach 3 bei annehmbarer Reichweite erreichbar. Bei sogenannten Lifting Bodys wird dasselbe Prinzip zur Erzeugung von Auftrieb genutzt. Neuere manövrierfähige Wiedereintrittskörper (MARV – Atomsprengkopf) nutzen diesen Effekt teilweise zur Richtungsänderung innerhalb der Atmosphäre, um ein Abfangen zu erschweren und um die Zielgenauigkeit zu erhöhen.

Das nie über den Konzeptphase hinaus entwickelte amerikanisches Projekt eines wie ein Flugzeug startenden Raumfahrzeuges Rockwell X-30 basierte ebenfalls auf den Kompressionsauftrieb.

Weblinks

• Anwendung beim Überschallbomber XB-70 (Engl.)
• Waverider (Wellenreiter) in der englischsprachigen Wikipedia
• Compression lift in der englischsprachigen Wikipedia
• Jeff Scott, Hypersonic Waveriders, u. a. Erklärungsmodell der Erfinder (engl.)

Einzelnachweise

1. ↑ North American Rockwell, NASA-CR-115702, B-70 Aircraft Study Final Report, Vol.III, NASA, 1972. (PDF 25MB) Seite 237–241 oder Dokumentseite III-233–III-237