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Lockheed SR-71 Blackbird
Mach-3-schnelles, sehr hoch fliegendes Aufklärungsflugzeug der USA
Die Lockheed SR-71 (SR = Strategic Reconnaissance) ist das bekannteste Hochleistungsmodell einer Reihe ähnlicher Flugzeugtypen der Lockheed Corporation. Die Entwicklung erfolgte durch die Lockheed Advanced Development Projects Unit (besser bekannt als Skunk Works).
Die Modelle dieser Reihe wurden in der US Air Force offiziell als Blackbird bezeichnet, waren aber bei den Piloten und Aufklärungsoffizieren unter dem Namen “Habu” bekannt. Sie waren insbesondere für Aufklärungszwecke bestimmt und hatten deshalb eine sehr hohe Geschwindigkeit. Insgesamt wurden 32 Flugzeuge gebaut.
Die Lockheed SR-71 Blackbird (= Amsel) konnte so schnell und hoch fliegen, dass keine einzige der Lockheed SR-71 Maschinen abgeschossen wurde, obwohl über die gesamte Einsatzzeit immer wieder Boden-Luft-Raketen während Aufklärungsflügen auf das Flugzeug abgefeuert wurden.
Eine Besonderheit dieses Flugzeugs ist, dass Undichtigkeiten des Flugzeugs toleriert werden, da schwer entzündlicher JP-7 verwendet wird. Dies tritt insbesondere bei Maschinen auf, die kurz vor einer Generalüberholung stehen. Diese undichten Stellen schließen sich während des Fluges durch thermische Ausdehnung. Deswegen wird das Flugzeug vor dem Start mit mehr Treibstoff als für den Flug eigentlich nötig betankt.
Eine weitere Besonderheit des Flugzeugs ist die geringe Radarsignatur der SR-71. Obwohl es sich bei der SR-71 nicht um ein Stealthflugzeug handelt, weist es einige Stealthmerkmale auf. So verfügt die Blackbird über keine rechten Winkel und die Dreiecksstruktur „schluckt“ Radarstrahlen sehr effektiv. Des Weiteren soll die auftretende Reibungshitze das Reflektieren von Radarstrahlen erschweren, allerdings gibt es für diese Vermutung keine offizielle Bestätigung. Anstatt eines Seitenleitwerks , verwendete man zwei und kippte diese nach innen, was die Radarstrahlung nach oben lenkt. Um die Radar-Rückstrahlfläche (RCS) weiter zu verringern wurden die Seitenleitwerke erstmals aus einem hitzefesten Kunstoffmaterial hergestellt. Bei der Lackierung handelt es sich um ein Carbonyl-Ferritlack der primär das RCS reduziert und sekundär über gute Wärmeabfuhreigenschaften verfügte.
Bei der SR-71 handelt es sich um einen freitragenden Mitteldecker, dessen Tragwerk eine deltaförmige Geometrie mit einem Dickenverhältnis von 3,2 % aufweist. Seine Vorderkantenpfeilung beträgt +60 Grad und die Hinterkantenpfellung liegt bei -10 Grad. Die Vorderkanten der Außenflügel sind zur Widerstandsverminderung im Unterschallbereich extrem nach unten gewölbt. Die gesamte Flügelhinterkante ist als kombiniertes Höhen- und Querruder ausgebildet, sowie als Landeklappe. Strukturell gesehen ist das Tragwerk der SR-71 als Mehrholmer aufgebaut, in dem auch die Triebwerkaufhängungen einbezogen sind. Als Werkstoff kommt in erster Linie eine Titanlegierung zur Anwendung. Die obere und untere Beplankung ist mit der tragenden Struktur verklebt.
Den Rumpf der SR-71 kann man in seinem verlängerten hinteren Bereich fast als Bestandteil des Tragwerks bezeichnen. Der über einen großen Bereich seiner Länge zylindrische Vorderrumpf, mit seinem charakteristischen unten abgeflachten Hohlkehlen-Querschnitt, wächst aus den Flügelvorderkanten heraus. Neben ihrem stabilisierenden Effekt tragen die seitlichen, in die Rumpfspitze einlaufenden Schneiden der Tragflächen erheblich zur Auftriebserhöhung bei.
Primär dient der Rumpf zur Aufnahme des Treibstoffs, während die komplette Kameraausrüstung je zur Hälfte in den Seitenkielen des Mittelstücks installiert ist.
Die beiden J58-Triebwerke der SR-71 sind in zwei Gondeln mit automatischen Lufteinlaufkegeln eingebaut. Diese über 8,00 m langen Triebwerkgondeln tragen auf ihrer Oberseite je ein um 15 Grad nach innen geneigtes Seitenleitwerk.
Das Fahrwerk der SR-71 besteht aus einer nach vorn einziehbaren, zweifach bereiften Bugeinheit und zwei nach innen einziehbaren, dreifach bereiften Haupteinheiten. Es ist mit einem Antiblockiersystem und Scheinwerfern für die Landung ausgestattet. Zur Verkürzung der Landerollstrecke besitzt die SR-71 einen 12-m-Bremsschirm, der unmittelbar nach dem Aufsetzen mit einer Rakete herausgeschossen wird. Bei einem Landegewicht von 27000kg benötigt die SR-71 aber immer noch eine Rollstrecke von über 1000 Meter.
| Länge: | 32,74 m | ||
| Flügelspannweite: | 16,94 m | ||
| Höhe: | 5,64 m | ||
| Flügelfläche: | 149 m² | ||
| Leergewicht: | 27.215 kg | ||
| maximales Startgewicht: | 77.110 kg | ||
| maximale Treibstoffkapazität: | 36.290 kg | ||
| Höchstgeschwindigkeit: | 3.530 km/h | ||
| Dienstgeschwindigkeit: | 3.220 km/h |
| Dienstgipfelhöhe: | 24.385 m | ||
| maximale Flughöhe: | 26.213 m | ||
| Flugreichweite: | 4.830 km (ohne Nachbetankung) | ||
| Radarrückstrahlfläche | ca. 0,012 m² (RCS) | ||
| Besatzung: | 2 | ||
| Bewaffnung: | keine | ||
| Triebwerk: | 2 x Pratt & Whitney J-58 | ||
| Typ: | Strahltriebwerke mit Nachbrenner | ||
| Leistung: | je 14.742 kp Schub |
Zielvorgaben und Entstehungsgeschichte:
Die Entwicklungsgeschichte der SR-71 begann in ihren Grundzügen schon im Jahre 1959, als das Strategic Air Command (SAC) der US Air Force ein Mach 3-Waffensystem forderte, dessen primäre Aufgabe die Abfangjagd sein sollte. Anfang 1960 begann in den sogenannten „Skunk Works“ die geheime Entwicklung des mit A-11 bezeichneten Musters.
Bei Lockheed stieß man mit diesem Flugzeug, das lange Zeit nur Gegenstand von Spekulationen war, das Tor zu einer neuen Generation von Hochleistungsflugzeugen auf. Die Konstrukteure sahen sich dabei einer Vielzahl von technisch völlig neuen Problemen gegenüber, die jedoch im Lauf der Zeit gelöst werden konnten. Der Anfangsauftrag der US Air Force belief sich zunächst auf vier Prototypen, deren erster am 26. April 1962 zu seinem Jungfernflug startete.
Die erste 1-sitzige Variante namens A-12 Oxcart war bis 1968 im Einsatz. Gegenüber der späteren SR-71 war die A-12 geringfügig schneller und konnte auch etwas höher fliegen. Jedoch war die Reichweite der A-12 geringer als die der SR-71. Die Triebwerkssteuerung der A-12 basierte noch auf Analogbasis. Das in allen drei Blackbirds eingesetzte J-58 Triebwerk ist ein sogenanntes Bypass-Jettriebwerk. Es ist eine Kombination aus einem herkömmlichen Jettriebwerk und einem Staustrahltriebwerk. Bei höheren Machzahlen wird der Schub hauptsächlich über das Staustrahltriebwerk produziert. Hierdurch konnten die Blackbirds über weite Strecken mit hohen Machzahlen fliegen.
Von den insgesamt 13 gebauten Exemplaren gingen fünf verloren. Drei A-12 wurden später zur YF-12 umgebaut. Der Rest wurde eingemottet oder ging an Museen.
Die YF-12 A Blackbird war ein Versuchsflugzeug für ein Mach 3 Abfangjäger, von dem nur drei Flugzeuge dieses Typs gebaut.wurden. Der Erstflug war am 7. August 1963. Nach Abbruch des Programms wurden die Flugzeuge der NASA zur Verfügung gestellt und 1979 außer Dienst gestellt.
Diese wohl bekannteste Version, die SR-71 A Blackbird, wurde aus dem Modell A-12 entwickelt. Der Erstflug fand am 22. Dezember 1964 statt. Aufgabe der SR-71 war die strategische Aufklärung. Im Januar 1966 ging die erste Maschine in den aktiven Truppendienst.
Gerüchte über eine etwaige Bomberrolle der SR-71 halten sich bis heute, jedoch eine Bestätigung gibt es dafür m.E. nicht. Die SR-71 war ein so genanntes „graues Projekt“. So war der damaligen Öffentlichkeit zwar bekannt, dass es ein Projekt gab, das etwas mit einem Flugzeug zu tun hatte, doch wurden keine Details genannt. Als das Flugzeug der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, wurde zwar der Name bekannt, doch die Bekanntgabe von Daten schienen in der damaligen Zeit unmöglich.
Die SR-71A unterschied sich äußerlich nur wenig von der YF-12A. Allerdings ist diese Maschine mit 32,76 m um 2 m länger und mit über 77000 kg auch um einiges schwerer als ihre Vorgängerin. Als äußerer Hauptunterschied der SR-71A gegenüber der YF-12A gilt der Wegfall der beiden unteren Stabilisatoren und der klappbaren zentralen Stabilisierungsfläche. Wie bei der YF-12A besteht die Triebwerkanlage der SR-71 aus zwei J58 von Pratt & Whitney, die zusammen einen Schub von 29.480 kp mit Nachverbrennung entwickeln. Beim J-58 Triebwerk handelt es sich um ein Einwellentriebwerk modernster Konzeption mit hohem Nebenstromverhältnis. Durch eine sinnvolle Kombination mit dem automatischen Lufteinlaufsystem und der Gondel selbst sind optimale Schubleistungen im gesamten Geschwindigkeitsbereich sowie in großen Flughöhen gewährleistet.
Die SR-71A kann in ihren fünf Rumpf- und zwei integralen Innenflügeltanks mit Stickstoffbelüftung mehr als 36.000 kg Treibstoff mitführen. Ihr stündlicher Treibstoffverbrauch beträgt 30.280 Liter. Für die Luftbetankung ist auf der Rumpfoberseite ein Füllstutzen vorhanden. Als Tanker dienen ausschließlich Maschinen der aus der KC-135 A Stratotanker abgeleiteten Sonderausführung KC-135 Q.
Von den insgesamt ca. 50 gebauten Exemplaren (29 x SR-71A, 2 x SR-71B und 1 x SR-71C) gingen zwölf durch Unfälle verloren. Dazu gehörte auch die mit einem erhöhten hinteren Cockpit ausgestattete Trainerversion SR-71 B, die durch eine mit SR-71 C bezeichnete Maschine ersetzt wurde. Diese Sonderausführung, die in erster Linie dem Pilotentraining dient, erhielt wieder die von der YF-12A her bekannten Stabilisatoren an der Unterseite. Dieser Hochleistungs-Trainer kommt in seinem gesamten Flugverhalten weitgehend der SR-71 nahe.
Die M-21 Blackbird stellt eine besondere Version zum Transport und Start von speziellen unbemannten Aufklärungsdrohne dar. Von der M-21 wurden lediglich zwei Stück gebaut, und sie ist eigentlich eine umgebaute, 2-sitzige A-12. Das Programm wurde nach einem tödlichen Unfall eingestellt.
Beim allerletzten offiziellen Flug einer SR71 im Januar 1990 wurden noch 4 Streckenrekorde aufgestellt. Der von einer MiG-25 seit Oktober 1967 gehaltene 1000 km Rekord mit 1000 kg Nutzlast wurde von der SR-71A gleich um 450 km/h überboten. So hält die SR-71A bis heute den absoluten Geschwindigkeitsrekord, den ohne Nutzlast und den mit 1000 kg, ferner den Höhenrekord im Horizontalflug.
Bei dem gesamten Programm verunglückten etwa 20 Maschinen, die restlichen 30 Flugzeuge sind teilweise in Museen ausgestellt. Die einzige davon ausserhalb der USA befindet sich im Imperial War Museum, Duxford, GB, nahe Cambridge. Einige wenige Maschinen sind zur Zeit noch einsatzbereit.
Pratt and Whitney J-58: Triebwerk der Lockheed SR-71
Das Pratt & Whitney J58 (zivile Bezeichnung Pratt & Whitney JT11) ist ein Turbostrahltriebwerk des US-amerikanischen Herstellers Pratt & Whitney. Es wurde speziell für den Antrieb der Lockheed A-12 und deren Nachfolger, die Lockheed SR-71 Blackbird, für eine Geschwindigkeit bis Mach 3,2 entwickelt. Neben dem Turbostrahlbetrieb arbeitet es bei hohen Geschwindigkeiten auch als Staustrahltriebwerk. Dies wird durch ein umfangreiches Klappensystem erreicht, da einströmende Luft über sechs Rohre um die Turbojet-Stufe herumgeführt wird und direkt in den Nachbrenner gelangt. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten werden so 80 Prozent des Schubs von der Staustrahlfunktion geliefert. Ein Nebeneffekt war, dass bei Annäherung an die Höchstgeschwindigkeit mit zunehmender Effizienz der Staustrahltriebwerke der Treibstoffverbrauch pro Strecke zurückging.
Es handelt sich um eine Gasturbine in axialer Bauweise, verbunden mit einem Nachbrenner. In den Serientriebwerken wurden 9 Verdichterstufen verwendet. Aus dem Verdichter konnte nach der 4. Stufe Zapfluft entnommen und über 6 Rohrleitungen direkt zum Nachbrenner geleitet werden. Dies verhinderte ein Abreißen der Strömung im Verdichter bei bestimmten Flugzuständen und senkte den Kraftstoffverbrauch um bis zu 15%. Diese Triebwerksform wurde Bypass-Turbojet genannt. Als Treibstoff für die militärische Verwendung war das hochsiedende JP-7 vorgesehen. Die Verbrennung geschah in einer Rohr-Ringbrennkammer mit 8 Brennrohren. Die Turbineneinstrittstemperatur betrug etwa 1100 °C. Die Turbine selbst war 2-stufig ausgeführt. Gestartet wurde sie mit Hilfe eines Startwagens, dessen 600 PS starker V-8 Motor die Turbine auf die Startdrehzahl von 3200 U/min beschleunigte. Zur Zündung wurde pyrophores Triethylboran verwendet. Jedes Triebwerk hatte für diese chemische Zündhilfe einen 600 cm³ großen Vorratstank, der mit Stickstoff unter Druck gesetzt wurde. Der Tank reichte für 16 Startvorgänge.
Wesentliches Merkmal bei der militärischen Ausführung ist der hydraulisch verschiebbare Einlaufkonus im Turbineneintritt sowie die verstellbaren Luftkappen im Einlaufbereich. Die Steuerung erfolgte zunächst durch einen Analogrechner, der jedoch bei geringen Fluggeschwindigkeiten nicht zuverlässig und schnell genug arbeitete. Er wurde bei den Triebwerken für die SR-71 durch einen digitalen Rechner ersetzt.
Klappensystem des Triebwerks:
Das J58 kam in einer Turbinenzelle zum Einsatz, die mit einem umfangreichen System zur Steuerung das Luftflusses zum Triebwerk ausgestattet war. Dazu gehörte der verstellbare Einlasskonus, eine Luftklappe am Zentralkörper, die mit der äußeren der Turbinenzelle in Verbindung stand, sowie Zusatzluftöffnungen sowohl vorn als auch hinten, dazu eine Saugluftöffnung und eine Zusatzluftöffnung direkt vor der Düse. Zusätzlich war die Austrittsdüse verstellbar und im Bereich des Konus gab es eine Zapfluftöffnung, mit der aus der Schockwelle im Einlasskonus Kühlluft für das Triebwerk gefördert werden konnte.
Beim Start und bei niedriger Geschwindigkeit war der Konus ganz nach vorne geschoben. Alle Luftklappen, außer der hinteren Zusatzluftöffnung, waren geöffnet. Über die Luftklappe am Zentralkörper strömte ebenfalls Luft zum Turbineneinlass. Die Saugluftöffnung ließ Luft um die Turbine herum zur Düse strömen, die Düse selbst war auf kleinsten Durchmesser eingestellt.
Ab Mach 0,5 schlossen sich die Saugklappe sowie die vordere und hintere Zusatzluftöffnung. Aus der Luftklappe des Zentralkörpers trat jetzt Luft aus dem Ansaugsystem aus, während aus der Zapfluftöffnung im Konusbereich Luft zur Turbinenkühlung abgenommen wurde. Luft, die nicht vom Verdichter angesaugt wurde, umströmte nun das Triebwerk. Zu diesem Zeitpunkt arbeitete es bereits teilweise als Staustrahltriebwerk, wenn auch der Anteil am Gesamtschub noch gering war.
Bei Mach 1,5 wurde die vordern Zusatzluftöffnung abhängig von der Geschwindigkeit wieder geöffnet, um die Position der Schockwelle im Einlass zu kontrollieren. Die tertiären Zusatzluftklappen wurden geschlossen. Der Auslassquerschnitt der Düse wurde leicht vergrößert.
Bei Mach 2,5 wurde der Konus teilweise eingezogen und die hinteren Zusatzluftöffnungen geöffnet. Der Auslassquerschnitt der Düse wurde weiter vergrößert.
Bei Mach 3,2 war der Konus voll eingezogen und die vorderen Zusatzluftöffnungen in Abhängigkeit von der Position der Einlassschockwelle geöffnet. Der Auslassquerschnitt der Düse wurde maximal vergrößert. Bei dieser Geschwindigkeit wurden 80% des Gesamtschubes vom Staustrahlanteil geliefert. Das Turbojettriebwerk arbeitete dabei als Brennkammer für die Staustrahlkomponente.
Treibstoff JP-7 des Triebwerks Pratt & Whitney J-58:
Man erkannte bereits bei der Entwicklung, dass man bis dato nicht gekannte Maßnahmen zur Kompensierung der erwärmungsbedingten Ausdehnung bei ca 225° Celsius treffen musste. Beim Treibstoffsystem der Tanks wurde keine für diese Anforderung zufriedenstellende Lösung gefunden. So war es eine Besonderheit dieses Flugzeugs, dass technisch unvermeidbare Undichtigkeiten der Treibstoffleitungen und Tanks am Boden toleriert wurden. Das war nur deshalb möglich, weil der verwendete Treibstoff JP-7 schwer entzündlich war. Die undichten Stellen schlossen sich während des Fluges durch die Erhitzung des Rumpfes, während das Flugzeug am Boden geringfügig leckte. Am Boden wurde das Flugzeug wegen der Erhitzung im Flug nur zu einem Dittel befüllt und später in der Luft vor der eigentlichen Mission mit Tankflugzeugen auftankt. Das somit erheblich geringere Startgewicht reduzierte als Nebeneffekt die Belastung der Reifensätze, die von nun an die geplanten 15 Starts und Landungen überstanden, ehe sie ausgewechselt wurden.
Der Treibstooff JP-7 kann nicht auf dem herkömmlichen Weg über Funkenzündung oder Glühkerzen gezündet werden. Beim Anlassen der Triebwerke wird pyrophores Triethylboran (TEB) eingespritzt. Das Triethylboran entzündet sich sofort, wenn es in Kontakt mit dem Luftsauerstoff kommt. Der Nachbrenner wird ebenfalls mit TEB gezündet. Zusätzlich befinden sich an den Flammenhaltern des Nachbrenners katalytische Zünder, um einen Flammabriss des Nachbrenners zu vermeiden.
Im Trainingseinsatz wurde mit normalem JP-7 geflogen. Durch die große Hitze der Nachbrenner ionisierte das Abgas und reflektierte Strahlung im VHF-Bereich, wodurch die SR-71 mittels eines Luftüberwachungsradars leicht entdeckt werden konnte. Im Aufklärungseinsatz wurde dem JP-7 cäsiumhaltiges A-50 zugesetzt und so die Radar-Signatur des Abgasstrahls verringert.
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