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Rockwell-MBB X-31 Vector – eine deutsch-amerikanische Entwicklung

Text und Fotos: Heinz Gerrits, Sektionsleiter München

Am 2. November 2017 hat der ehemalige deutsche Leiter des deutsch-amerikanischen Forschungsprojekt Rockwell-MBB X-31 Vector Herr Dipl. Ing. Hannes Ross einen hervorragenden Vortrag in der Sektion München gehalten.

Die X-31 war ein einstrahliges Experimentalflugzeug aus US-amerikanisch-deutscher Koproduktion. Das Flugzeug auf Basis des Entwurfs Taktisches Kampfflugzeug 90 (TKF-90) diente zur praktischen Erprobung der Schubvektorsteuerung für Flüge jenseits des maximalen dynamischen Anstellwinkels. Das Konzept, auch nach Erreichen des maximalen Anstellwinkels noch kontrolliert fliegen zu können (post-stall technologie , wurde vom Projektleiter von MBB Ende der 70iger Jahre und „Vater der X-31“, Wolfgang Herbst, entwickelt.


Hannes Ross bei seinem Vortrag

Mit der damit möglichen Supermanövrierfähigkeit konnte eine Antwort auf die infrarotgelenkten Kurzstecken-Luft-Luft Raketen erzielt werden. Das bilaterale Projekt war übrigens eines der ganz wenigen auf „Augenhöhe „ zwischen den USA und Deutschland sehr gut funktionierendes Projekt gewesen.

Die X-31 war das erste X-Flugzeug der USA, das in internationaler Kooperation entstand, das erste Kampfflugzeug, dessen Schubvektorsteuerung eine Kontrolle der Bewegungen sowohl um die Nick – als auch Gierachse ermöglichte und das erste, das ausschließlich mit dem Steuerknüppel geflogen werden konnte. Die quasi seitenleitwerkslosen Testflüge (in Simulation) waren bei der Wiederaufnahme eines neuen Erprobungsabschnitts nach der Reaktivierung der X-31 nach vierjähriger Pause auch die ersten, in denen ein Flugzeug ohne die stabilisierende Wirkung eines Seitenleitwerks Überschallgeschwindigkeit erreichte. Ferner wurde ein 3D-Audiosystem und eine virtuelle Zieldarstellung durch erweiterte Realität erprobt.
Zur gleichen Zeit wurden in der Nato erfahrene Piloten befragt zu den Themen 3D-Vektorsteuerung, 12-g-Flugenveloppe, Helmvisier und negative g-Lasten durchgeführt, um die Nützlichkeit dieser Konzepte bewerten zu können.

Der Rollout fand am 1. März 1990 und der Erstflug im Oktober des gleichen Jahres statt.
Es wurden 2 Flugzeuge gebaut , von denen eines in den USA wegen Vereisungsprobleme im   
Staurohr und unkontrollierbarem Flug abgestürzt ist. Der Pilot konnte sich durch Ausschuss unverletzt retten.

Die technischen Daten lauten:
Besatzung:   1 Pilot
g-Limits:       7.2 g
Länge:          13.2 m
Spannweite:  7.3 m
Höhe:            4,4 m
Tragfläche:    21 m²
Leergew.    5443 kg
max.Startg.: 7300 kg
Triebwerk:  GE F404-GE-400
Schubkraft: mit Nachbrenner 1 x 71 kN, ohne Nachbr.        1 x 47 kN
Höchstgesch.   Mach 1,3

Die X-31 wurde aus Kostengründen mit vorhandener Technik aus verschiedenen Kampfflugzeugproduktionen gebaut. So stammt das Fahrwerk teilweise  von der F-16 , das Cockpit, Schleudersitz, Aktuatoren und Display von der F-18 usw.

MBB steuerte die Metall-Carbonflügel bei, Canards, Seitenruder war aus CFK mit Wabenkern , der Mittelrumpf wurde mit Titanspanten und Blechen beplankt. Der im Projekt unbedingt nötige Flugkontrollrechner stammt ebenfalls von MBB und bei der Entwicklung griff MBB auf die Erfahrung mit der F-104 CCV zurück. Somit konnten erhebliche Kosten und insbesondere Zeit eingespart werden und das Gesamtprogramm bewegte sich um die 500 Millionen Dollar. Die Kosten haben sich beide Nationen mit höherem Anteil USA geteilt.

Die Schubvektoren bestehen aus drei nach allen Seiten beweglichen Paddel nach der Düse. Das thermisch stark belastete Paddelmaterial stammt aus der Nähe von München und das Gesamtgewicht der drei Paddel beträgt um die 70 kg .

In der Nase der Maschine ist das von MBB entwickelte Flugkontrollsystem eingebaut und drei Rechner ermöglichen fast vollautomatisches Fliegen mit wenigen Steuerknüppel- und Ruderpedale Bewegungen.

Die Amerikaner verwendeten die X-31 nur für allgemeine Versuche z.B. für Luft-Boden-Angriffe im JAST-Programm und die Navy war an den Vorteilen der Vectorsteuerung bei Landungen auf Flugzeugträgern interessiert.
Deutschland dagegen wollte die Schubvektorsteuerung im Eurofighter bzw. Saab 39 Grippen implementieren und die X-31 als Testflugzeug für Düse und Triebwerk verwenden.
So war erwogen worden dies später im Eurofighter mit dem EJ 200 zu verwenden, was aber bis heute nicht verwirklicht wurde.


X-31, Eurofighter und Tornado in Le Bourget 1995

Es sollten bis Januar 1991 300 Flugstunden in 400 Flügen erfolgen. Die Hälfte der Flüge sollte die konventionelle Flugenveloppe erweitern, die andere Hälfte nach einem Strömungsabriss. Die taktische Anwendung sollte in der Naval Air Station Patuxent River demonstriert werden .
Bei den Tests wurde auch ein Helmvisier eingesetzt, um eine Desorientierung des Piloten bei hohem Anstellwinkel  und sein Situationsbewusstsein zu unterstützen.

Das Testprogramm wurde in Simulationen bei der IABG München im Luftkampf gegen F-14B/D, F-18 C, F-15 C und F-16 B vorgenommen. In 125 Simulationsläufen wurde der Dogfight nur mit Kanone simuliert, in 331 der Kampf mit Kanone und Kurzstrecken-Luft-Luft-Lenkwaffe. In allen Situationen war die X-31 allen sog. „Gegnern „ bis zum 10 fachen überlegen. Einzig die F-15 konnte sich durch ihre hohe Schubleistung mit zwei Triebwerken durch „Flucht“ dem Abschuss entziehen .

Der Vortragende zeigte Filmmaterial über die fast unglaublich agile Flugfähigkeit der X-31 mit bis zu 70° Anstellwinkel, horizontale Drehbewegungen in alle Richtung und Kurvenradien mit einer zuvor nie gekannten Agilität d.h. mit dem Herbst -Manöver.

In der Diskussion nach dem Vortrag wurde natürlich die Frage gestellt, warum im Eurofighter beispielsweise nicht die Vectorsteuerung eingebaut worden ist?
Die Antwort des Vortragenden war die, dass durch das in den letzten Jahrzehnten fehlende Kampfszenario in den asymetrischen Konflikten diese Steuerung nicht notwendig gewesen wäre.
Er zeigte aber auch auf, das beispielsweise die Vectorsteuerung es ermöglicht durch engere Kurvenflugmöglichkeit sich aus bestimmten Gefahrenbereichen im Landeanflug zu befreien sowie im letztendlich immer einzukalkulierenden Dogfight eine höhere Überlebensfähigkeit zu besitzen.

Nach einigen Jahren auch finanzieller Probleme wurde ein zweites Versuchsprogramm vereinbart, nämlich die Erprobung von Landungen mit bis zu 24 ° Anstellwinkel.
Dazu wurden in etwa 60 Testflügen eine Reduzierung der Landegeschwindigkeit um mindestens 40% auf etwa 170 km/h erreicht.

Um die Landestrecke um bis zu 50 % zu reduzieren ! , sollten die Anflüge auf die Landebahn mit bis zu 40% Anstellwinkel erfolgen, um die Landegeschwindigkeit um bis zu 50% zu reduzieren .
Die Landeanflüge wurden vom Flugkontrollrechner vollautomatisch geflogen !
Der Pilot aktivierte den Landemodus und nahm die Hände von den Steuerangaben .
Die Maschine flog dann auf dem Schubstrahl stehend  kontrolliert mit 40% Anstellwinkel auf die Bahn zu und kippte dann mit maximal 24 ° Anstellwinkel d.h. nur noch ca. 60 cm Höhendifferenz zwischen Vector-Paddel und Boden auf die Startbahn .

Dies wurde natürlich vorher in größerer Höhe mehrfach simuliert .
All dies ermöglichte das von der DASA entwickelte Luftdatensystem installiert in der Nase der Maschine (Foto unten).

Zusammenfassend kann dazu gesagt werden, dass mit der Kombination Vektor-Steuerung sowie automatisches Landeverfahren bis zu 25% kürzere Startstrecke für den Eurofighter möglich  und noch interessanter bis zu 50% kürzere Landestrecke möglich wären.
Das ermöglicht dann auch das Ausweichen auf kleinere Landebahnen im Konfliktfall oder Auslandseinsätzen.

Die X-31 , als einziges internationales Programm in der Reihe der legendären X-Flugzeuge der USA , war 2004 noch auf der ILA in Berlin zu sehen. Danach wurde sie von der US Air Force zerlegt in Rumpf und abgetrennten Flügeln nach Schleißheim geflogen, wo sie heute zu sehen ist.  

 Bilder X-31 in Oberschleißheim

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v.l.n.r.: X-31 in der Historischen Flugwerft
Spitze mit Messsystem vollautom. Landungen mit hohem Anstellwinkel
Fahrwerk F-16 und Lufteinlauf wie Eurofighter
Knöpfler war Versuchspilot der WTD 61
verstellbare Canards
Programmwappen
Heckleitwerk
Flügel aus GFK deutsche Fertigung tailiert
Vectorpaddel

Daten & Fakten

Gründung: 19.09.1984
Stand 2016:  1.187 Mitglieder

Kontakt

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