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Home | Update | LATEST ISSUE | Gallery | FR Inside | Datafiles | FR 4/75 SENKRECHTSTARTER VAK 191BDas Flugversuchsprogramm des Senkrechtstarters VAK 191B der Firma VFW-Fokker geht seinem Ende entgegen. Es ist nach der VJ-101 und der Do-31 das letzte der drei erfolgreichen V/STOL-Experimentalprogramme der deutschen Luftfahrtindustrie. Der deutsche Testpilot Ludwig Obermeier, der die Maschine während aller Erprobungsphasen geflogen hat, berichtet in einem Pilot Report über seine Eindrücke. Beschäftigt man sich im Jahre 1975 mit dem Thema "Senkrechtstarter", läuft man Gefahr, als ewig Gestriger eingestuft zu werden, denn die Zeit der Super Light-Weight-Fighter und der Flugzeuge mit variabler Flügelgeometrie erweckt den Eindruck, als wäre die Ära der Senkrechtstarter nur noch eine Sache für Luftfahrthistoriker. Für den genauen Betrachter jedoch zeigt sich mit der Reduzierung des Flugzeuggewichts bei gleichzeitiger Erhöhung der Triebwerksleistung und der Verwendung der variablen Flügelgeometrie zum Zwecke der Verbesserung von Start- und Landeleistung eine Tendenz, die früher oder später beim V/STOL-Flugzeug enden wird. Stöbert man in den Annalen der Luftfahrtgeschichte, so entdeckt man, daß offensichtlich bereits zu Beginn der 60er Jahre eine Vielzahl von Flugzeugbauern der Meinung war, den Sprung vom konventionellen zum V/STOL-Flugzeug wagen zu können; nur so ist zu verstehen, daß die seinerzeitige V/STOL-Euphorie überall auf der Welt höchste Blüten trieb und nicht weniger als drei Dutzend VSTOL-Flugzeuge verschiedenster Prägung versuchten, die Anziehungskraft unserer Mutter Erde zu überlisten. Während in Westeuropa dem strahlgetriebenen Senkrechtstarter der Vorzug gegeben wurde, ist man in den USA recht unterschiedliche Wege zur Erzielung der Senkrechtstart- und -landefähigkeit gegangen. So hat die amerikanische Industrie Flugzeuge mit ummantelten Luftschrauben, freien Luftschrauben (Sonderformen konventioneller Hubschrauber), Strahlmischkammern und Hubgebläsen entwickelt und mit unterschiedlichem Erfolg erprobt. Obwohl die in Europa durchgeführten Entwicklungen Strahltriebwerke benutzten, unterschieden sie sich doch wesentlich in der geometrischen Aufteilung des Antriebssystems. In Frankreich schuf man den Prototyp des Kampfeinsitzers mit getrennten Strahlturbinen für Hub- und Schuberzeugung. In Großbritannien wurde das Prinzip des Schwenkdüsentriebwerkes realisiert, und die deutschen Konstrukteure versuchten, durch Vermischung der beiden Methoden Senkrechtstart- und -landeeigenschaften zu verwirklichen. Es besteht kein Zweifel, daß alle diese Entwicklungen eine Fülle neuer Erkenntnisse auf sämtlichen Gebieten der Senkrechtstarttechnik gebracht haben, so daß heute die Vor- und Nachteile - und damit die Förderungswürdigkeit der verschiedenen Konzepte - einigermaßen zuverlässig beurteilt werden können. So hat z. B. eine Bewertung durch die US Navy ergeben, daß nur zwei von den bislang verwirklichten V/STOL-Systemen geeignet sind, die seitens der US Navy geforderten Leistungen für ein operationelles Kampfflugzeug zu erbringen. In einem Fall handelt es sich um ein Flugzeug mit Schwenkdüsenmotor und im anderen Fall um ein Flugzeug mit Hub- und Hubmarschtriebwerken. Dabei wurde letzterem aufgrund des besseren Entwicklungspotentials mehr Förderungswürdigkeit zuerkannt. Wenn Sie also diesen "Pilot-Report" über ein Hub- plus Hubmarschtriebwerk getriebenes Senkrechtstart-Flugzeug durchgelesen haben, können Sie sich durchaus in Sachen V/STOL als wieder "up to date" betrachten. Nach dem ersten öffentlichen Auftritt der VAK 191B anläßlich des roll-out im April 1970 begann für uns Flugerprober die harte Zeit des "Festpreis-Daseins"; denn die Schwierigkeiten, die es galt zu beseitigen, bevor man ans Fliegen denken konnte, hatten unsere Erwartungen um einiges übertroffen. Rückblickend läßt sich sagen, daß das Engagement aller damaligen VAK-Mitarbeiter wesentlich dazu beigetragen hat, die drei Prototypen doch so frühzeitig in die Luft zu bringen, daß die Zahl der schlaflosen Nächte unserer Geschäftsführung in Grenzen gehalten werden konnte. Das mit Erprobungsphase 1 bezeichnete Festpreis-Programm wurde Anfang 1972 beendet. Für die Durchführung der anschließenden Erprobungsphase 2 wurden die drei Maschinen im selben Jahr per Hubschrauber nach Manching transportiert. Trotz einiger Skepsis im Hinblick auf dieses ungewöhnliche Transportverfahren, das teilweise bei Nacht durchgeführt wurde, ist die Überführung der drei Flugzeuge ohne Störungen Über die Bühne gegangen. In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, daß die Flugzeuge in flugklarem Zustand überführt wurden, was im Hinblick auf einen operationellen Einsatz von V/STOL-Flugzeugen durchaus bedeutungsvoll ist. Während der Erprobungsphase 2, die von April bis Dezember 1972 dauerte, wurde der Flugbereich vom Schwebeflug bis zum aerodynamischen Flug erweitert. Im Verlaufe dieser Erprobungsphase wurde Herr Horst Philipp, Testpilot der Erprobungsstelle 61 der Bundeswehr in Manching, als zweiter Pilot mit in das Programm aufgenommen. Noch vor Abschluß der Phase 2 begannen die Gespräche mit der US Navy, die ihr Interesse an der Weiterführung dieses Programms bekundete. Im Verlauf des Jahres 1973 wurde dann gemeinsam mit der US Navy ein zwölfmonatiges Erprobungsprogramm ausgearbeitet, das im Sommer 1974 durch die Unterzeichnung eines "Memorandum of Understanding" zwischen der Bundesrepublik Deutschland und der US Navy eine vertragliche Basis bekam. Die Wünsche seitens der US Navy ließen deutlich erkennen, daß sie in erster Linie daran interessiert ist, durch Korrelation von Flugmeßdaten mit Vorhersagedaten im Bereich der
das Entwicklungsrisiko im Falle einer V/STOL-Auflage in den Vereinigten Staaten so gering wie möglich zu halten. Dieses Programm, das im Sommer 1974 begonnen wurde und mit zwei Flugzeugen in einem Zeitraum von zwölf Monaten derzeit in Manching durchgeführt wird, umfaßt etwa 100 Versuche. Technische Beschreibung Steht man vor der VAK, so fällt es einem nicht gerade leicht, sich mit allen Besonderheiten dieses Flugzeuges anzufreunden, die zweifelsohne nicht voll dem Wunschbild eines "Pilot's Airplane" entsprechen. Aber die militärischen Forderungen, die der Entwicklung dieses Flugzeuges zugrunde lagen, haben den Konstrukteuren wenig Spielraum gelassen, die richtige Proportion zwischen Rumpf und Flügel zu finden. Die extrem missionsorientierte Auslegung der VAK hat deshalb von Anfang an die Fähigkeit zur Anpassung an geänderte Missionsforderungen eingeschränkt. Um nur ein Beispiel zu nennen, sei erwähnt, daß zur Erfüllung der Reichweitenforderung aufgrund der hohen Geschwindigkeit in Bodennähe eine extrem hohe Flächenbelastung gewählt werden mußte, die zwangsläufig zu Kompromissen in bezug auf Manövrierfähigkeit und aerodynamischen Langsamflug führte. Die VAK 191B wurde als einsitziger Kampfaufklärer mit V/STOLEigenschaften ausgelegt, dessen Einsatzgewicht, je nach Einsatzmission, zwischen 7 t und 9 t liegt. Für den Antrieb sorgen ein Schwenkdüsen-Triebwerk MTU/Rolls-Royce RB.193/12 und zwei Hubtriebwerke Rolls-Royce RB. 162/81, deren Strahlen in der Austrittsebene durch am Rumpf getragene Klappen abgelenkt werden können. Aufgrund der Reichweitenforderung bei transsonischer Reisegeschwindigkeit in Bodennähe wurde beim Entwurf besonders darauf geachtet, daß der Pilot bei böigem Wetter nur einem erträglichen Maß an Beschleunigung ausgesetzt ist. Um das sicherstellen zu können, wählte man einen Flügel hoher Flächenbelastung mit kleiner Streckung und relativ großer Vorderkanten-Pfeilung, der aufgrund der zentralen Lage des Schwenkdüsentriebwerkes in Hochlage angeordnet ist und eine negative V-Stellung aufweist. Zur Verringerung der konventionellen Landegeschwindigkeit und zur Verkürzung der Transitionsstrecken ist der Flügel mit Hinterkantenwölbungsklappen versehen worden. Zusätzlich können die Querruder gleichsinnig nach unten ausgeschlagen werden. Um das Flugzeug von äußeren Energiequellen unabhängig zu machen, ist am Heck eine mittels Batterie zu startende Hilfsgasturbine eingebaut. Mit einer Hydraulikpumpe und einem Generator gekoppelt liefert diese Hilfsenergieeinheit elektrische, hydraulische und pneumatische Energie für die Inbetriebnahme des Flugzeugs. Im Flug dient dieses System als Notenergieversorgung. Das Flugzeug besitzt ein Fahrwerk mit Niederdruckreifen, Bremsen im Bug- und Hauptfahrwerk und eine Bugradlenkung. Zur Verkürzung der Ausrollstrecken bei horizontaler Landung ist ein Bremsschirrn vorgesehen. Zur Steuerung und Stabilisierung im Schwebe- und Übergangsflug wird sämtlichen Triebwerken Luft entnommen und getrennt über ein redundantes Rohrleitungssystem an den Flügelenden sowie am Rumpfbug und -heck zur Momentenerzeugung ausgeblasen. Die hierzu erforderlichen Luftdüsen sind direkt an die Ruder angelenkt, die vom Piloten mittels Knüppel und Pedalen über einen verdreifachten Flugregler auf elektro-hydraulischem Wege angesteuert werden. Im Falle eines Totalausfalles der elektrischen Flugsteuerung können die Ruderstellmotoren durch automatisches Schließen einer Kupplung weiterhin mechanisch angesteuert werden. Zur Verstärkung der Steuermomente in der Nickachse werden zusätzlich die Schübe der beiden Hubtriebwerke moduliert. Im Falle eines Hubtriebwerkversagens übernimmt das automatische Flugregelungssystem die Steuerung des verbleibenden Hubschubes und hält die Maschine in der Horizontallage, um dem Piloten das Aussteigen mit dem Martin-Baker-Schleudersitz unter normaler Fluglage zu ermöglichen. Die im Lastenraum der Maschine eingebaute Bordmeß- und Telemetrie-Anlage ermöglicht es, die während der Erprobung anfallenden Daten zu erfassen, zu verarbeiten, zu speichern und an eine Bodenstation zu übertragen. Dabei können von den insgesamt 450 möglichen Meßwerten gleichzeitig 260 auf PCM- und FM-Kanälen erfaßt werden. Die Unbestechlichkeit moderner Meßanlagen ist nicht immer zum Vorteil des Piloten, denn auch ein wackliges Pilotenknie wird in Form von Frequenzen und Amplituden registriert und nach dem Flug einer gierigen Auswertemannschaft als besonderer Leckerbissen serviert. Ein Blick in das Cockpit der VAK verrät, daß bei der Auslegung der Gedanke Pate gestanden hat, daß auch ein V/STOL-Flugzeug mehr als 90 % seiner Flugzeit als konventionelles Fluggerät verbringt, denn die V/STOL-bedingten Zusätze beschränken sich auf den Hubtriebwerksleistungshebel, den Marschtriebwerksschwenkdüsenhebel und einige Triebwerksüberwachungsinstrumente, die aus erprobungstechnischen Gründen eingebaut wurden. Flugerprobung Aufgrund der stark missionsorientierten Auslegung des Flugzeugs stand schon zu Beginn der Entwicklung fest, daß konventionelle Starts und Landungen die Ausnahme sein werden. Diese Tatsache hatte einen erheblichen Einfluß auf die Vorbereitung und Durchführung der Flugerprobung. So konnte man davon ausgehen, daß die Eröffnung des Flugbereichs vom Schwebeflug über die Transition zum aerodynamischen Flug erfolgen mußte. Obwohl im Verlauf der Entwicklung alle Möglichkeiten zur Bewertung der Flugeigenschafts- und Flugleistungsaspekte im schubgestützten Flug, durch den Einsatz von Simulation, einem Schwebegestell und einem Hubschrauber mit variabler Stabilität ausgeschöpft wurden, blieb bis zum ersten Abstellen der Hubtriebwerke im flügelgetragenen Flug bei allen Beteiligten ein gewisses Unbehagen. Zwischenzeitlich hat sich jedoch unser Sorgenkind ganz gut entwickelt und kann auf insgesamt 60 Flüge ohne nennenswerte Zwischenfälle zurückblicken.
Besteigt man als Pilot die VAK mit dem Ziel, das "zornige Mädchen" in die Luft zu bringen, nimmt diese Sache zunächst einen ganz routinemäßigen Verlauf. Man geht -der allzeit mächtigen Test-Card folgend - durch den Cockpit-Check und findet sich am Ende dieser Prozedur behelmt und fest verzurrt gerüstet für die Dinge, die da kommen. Bei der Inbetriebnahme der Systeme unterscheidet sich die VAK allerdings bereits von herkömmlichen Flugzeugen ihrer Generation, denn der gewohnte Fingerzeig zur Aufschaltung externer Versorgungsquellen entfällt. Ein Umlegen des Batterie-Schalters und ein anschließender Knopfdruck setzen die im Heck des Flugzeuges untergebrachte Hilfsgasturbine in Betrieb, die sofort die Versorgung aller elektrischen und hydraulischen Verbraucher übernimmt. Nach Überprüfung aller Systeme - inklusive der automatischen Flugsteuerung und der Bordmeßanlage - wird das Schwenkdüsentriebwerk angelassen, Gleichzeitig mit dem Hochlaufen des Triebwerkes werden alle elektrischen und hydraulischen Verbraucher auf Marschtriebwerksversorgung umgeschaltet, und die APU dient nur noch als Stand-by-Versorgungsquelle. Beim Rollen zum Startplatz werden die für den gewünschten Abhebevorgang erforderlichen Klappen-, Trimm- und Schubvektoreinstellungen hergestellt. Wenn der Startplatz erreicht ist und die Startfreigabe vorliegt, öffnet man die Hubtriebwerksklappen. Spätestens beim nun folgenden Hubtriebwerksstart wird einem klar, daß man sich auf etwas Ungewöhnliches eingelassen hat, denn mit dem Anlassen der beiden Hubtriebwerke und der damit verbundenen Zunahme des Schall- und Vibrationspegels wird das Flugzeug zunehmend aggressiver und ist nur durch sofortiges Schwenken der Marschtriebwerksdüsen in die Vertikalstellung und Abheben des Flugzeugs vom Boden zu beruhigen. Bei Verlassen des Bodeneffektbereiches in einer Höhe von etwa zwei Metern wird das Flugzeug erstaunlich ruhig. Gleichzeitig mit Überschreiten dieser Höhe ist eine Verringerung der Vertikalbeschleunigung spürbar. Ursache hierfür sind die Auswirkungen strahlinduzierter Abtriebe, die beim Verlassen des Bodeneffektes wirksam werden. Der Untersuchung dieses Phänomens wird derzeit höchste Priorität zuerkannt, um die Auswirkungen auf die Flugleistungen bestimmen zu können. Neben dem Problem der strahlinduzierten Kräfte, die sich sowohl auf die Leistung wie auch die Flugeigenschaften auswirken, muß sich der V/STOL-Pilot zusätzlich mit dem Problem der Heißgasrezirkulation beim Start auseinandersetzen. Eine genaue Kenntnis über beide Phänomene für alle Startverfahren und Wetterbedingungen ist unbedingte Voraussetzung für die zum Start erforderliche Bestimmung des Schub-/Gewichts-Verhältnisses. Es ist kein Geheimnis, daß die Leistung von V/STOL-Flugzeugen entscheidend davon abhängt, ob sie mit 3 Prozent oder 10 Prozent Schubüberschuß starten müssen, um den Übergang zum aerodynamischen Flug zu meistern. Nahezu alle V/STOL-Flugzeuge haben mit triebwerks- und strahlinduzierten Problemen zu kämpfen und müssen einen Teil der Triebwerksleistung zur Kompensation dieser Effekte aufwenden. Wegen der vorzeitigen Beendigung der meisten V/STOL-Erprobungsprogramme konnte der Einfluß der Triebwerksanordnung und Flugzeugkonfiguration auf diese Phänomene nie ausreichend geklärt werden. Während ein konventionelles Flugzeug vom Fahrwerk getragen so lange beschleunigt, bis VR erreicht ist, um dann durch Erhöhen des Anstellwinkels abzuheben und entlang der Widerstandskurve zu steigen, sind die Verhältnisse bei der VAK zunächst einmal anders: Hubtriebwerke und Marschtriebwerke erzeugen bereits bei Vo den notwendigen Auftrieb zum Abheben. Da die Hubtriebwerke um 12,5 Grad geneigt im Rumpf installiert sind, beschleunigt das Flugzeug, solange der Längsneigungswinkei kleiner als 12,5 Grad ist. Die Hubtriebwerke erzeugen jedoch auch einen erheblichen Widerstand. Der Hauptanteil des Widerstandes entsteht durch den Einlaufimpuls, der sich linear mit der Geschwindigkeit vergrößert. Er ist vom Massendurchsatz und von der Geschwindigkeit abhängig. Zusätzlich entsteht Widerstand durch die Beeinflussung der Aerodynamik, durch Triebwerksstrahl und Hubtriebwerksklappen. Mit zunehmender Fahrt können die Marschtriebwerksdüsen immer mehr nach hinten geschwenkt werden, da der Hub-/Schub-Anteil vom Marschtriebwerk durch aerodynamischen Auftrieb ersetzt werden kann. Durch die Zunahme des Auftriebs wird natürlich auch höherer induzierter Widerstand erzeugt. Ein genaues Steuern des Flugzeuganstellwinkels ist deshalb während einer Starttransition bei begrenztem Schubüberschuß schlechthin lebenswichtig, denn ein zu großer Anstellwinkel würde den Induzierten Widerstand stark erhöhen und die Hubtriebwerke senkrecht oder gar schräg nach vorne blasen lassen. In diesem Falle würde die Beschleunigungsfähigkeit stark reduziert oder sogar aufgehoben werden. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 140 Knoten erreichen die Schwenkdüsen die Horizontalstellung, und der Marschtriebwerksschub steht voll zum Beschleunigen in Flugrichtung zur Verfügung. Sobald eine Geschwindigkeit von 200 Knoten erreicht ist, können die Hubtriebwerke auf Leerlauf gedrosselt und anschließend abgestellt werden. Nach Ablauf einer Ventilationszeit von 20 Sekunden zum Kühlen der Hubtriebwerke schließen die Hubtriebwerksklappen automatisch. Das "Fenster" zum flügelgetragenen Flug ist, bedingt durch den limitierten Schubüberschuß, der zugunsten der Zuladung in Kauf genommen werden muß, verhältnismäßig klein und stellt deshalb hohe Anforderungen an die Flugeigenschaften der Maschine. Im Hinblick auf das Flugverhalten im aerodynamischen Bereich kann man sagen, daß sich die VAK ähnlich verhält wie ein "Starfighter", d. h., man muß eine ganze Menge Luft unter die Flügel schaufeln, bevor Leben in die Bude kommt. Mit Aufleuchten der Restkraftstoffwarnung wird es Zeit, die Maschine auf den Endanflug zu bringen, Fahrwerk und Klappen zu setzen und die Hubtriebwerke anzulassen. In einer Entfernung von ca. 1 km vom Aufsetzort werden bei einer Geschwindigkeit von 200 Knoten die Schwenkdüsen auf Schwebeflugstellung gefahren, und man bekommt Gelegenheit, die von Martin-Baker eingebaute automatische Gurtzugverriegelung schätzen zu lernen. Während der Verzögerungsphase muß entsprechend des Verlustes an aerodynamischem Auftrieb der Schub der Hubtriebwerke erhöht werden. Die Steuerung der Sinkgeschwindigkeit wird dabei bis zum Aufsetzen des Flugzeuges wegen des besseren Ansprechverhaltens ausschließlich mit "direct lift", d. h. mit Schub, durchgeführt. Als Pilot wird man immer wieder gefragt, ob es schwieriger ist, einen Senkrechtstarter zu fliegen oder ein konventionelles Flugzeug. Diese Frage ist sehr berechtigt, da im strahlgestützten Flugbereich bekanntlich keine natürliche Stabilität vorhanden ist. Der Pilot muß deshalb neben den Flugführungsaufgaben auch noch die Stabilisierung des Flugzeugs um seine drei Achsen übernehmen, wodurch ohne Zweifel ein höherer fliegerischer Schwierigkeitsgrad gegeben ist, zumal zu seinen Aufgaben ferner die Steuerung des Schubvektors in Abhängigkeit der jeweiligen Fluggeschwindigkeit gehört. Das bedeutet, daß der V/STOL-Pilot in den beiden kritischen Flugphasen, nämlich bei Start und Landung, ein anderes Flugzeug vorfindet als im aerodynamischen Flug. Dieses zweimalige "Umsteigen" in Verbindung mit der Forderung nach Allwettertauglichkeit wurde für die VAK 191B nicht akzeptiert. Das Flugzeug wurde deshalb mit einer automatischen Flugsteuerungs- und Regelungsanlage ausgerüstet, die den Piloten von Stabilisierungsaufgaben entlastet, so daß er sich voll auf die Flugführung konzentrieren kann. Im Verlauf der Flugerprobung wurde dieses Flugregelungssystem so optimiert, daß jeder Pilot, der ein konventionelles Strahlflugzeug fliegen kann, sich ohne nennenswertes Umlernen in der VAK zu Hause fühlt. Im Zusammenhang mit V/STOL-Flugzeugen wird häufig behauptet, daß die Auftriebserzeugung mit Hubtriebwerken äußerst unwirtschaftlich ist. Natürlich hat ein Strahltriebwerk, das quasi im Stillstand arbeitet, einen schlechten Wirkungsgrad, andererseits muß man jedoch berücksichtigen, daß das Schub-/Gewichts-Verhältnis von Hubtriebwerken sehr günstig ist. Am Beispiel der VAK 191B wird für die Fähigkeit, mit Geschwindigkeit Null starten und landen zu können, folgendes zusätzliches Gewicht benötigt:
Das Zusatzgewicht in Höhe von insgesamt 840 kg, das man im aerodynamischen Flug mit sich herumschleppt, entspricht etwa 10 Prozent des mittleren Abfluggewichtes. Dabei liegt die minimale Fluggeschwindigkeit, die sich mit aerodynamischen Mitteln und vertretbarem Gewichtsaufwand erzielen läßt, bei 110 kts. Will man die Geschwindigkeit weiter verringern, müßte man die Flächenbelastung herabsetzen und die Streckung vergrößern. Das hätte ein erhebliches Ansteigen des Gewichtes zur Folge und würde außerdem den Hochgeschwindigkeitsflug durch erhöhten Widerstand negativ beeinflussen. Beabsichtigt man, die 110-Knoten-Marke zu unterschreiten, wird man zwangsläufig die Auftriebserzeugung mit Hilfe von Strahltriebwerken - in welcher Form auch immer - in Betracht ziehen müssen. Eine Analyse der im Verlauf der VAK-Flugerprobung gewonnenen Ergebnisse hat ergeben, daß zur Überbrückung der Geschwindigkeitsspanne von 110 bis 0 Knoten, trotz einer Triebwerkstechnologie der 60er Jahre, nur noch eine zwei- bis dreiprozentige Erhöhung des Abfluggewichtes erforderlich ist. Man sollte darum nicht vergessen, daß die Zeit der STOL- und V/STOL-Flugzeuge noch vor uns Iiegt!
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