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KAMPFFLUGZEUG DER 90ER JAHRE

Zunächst stellt sich die Frage, welche Aufgaben dieses neue Kampfflugzeug erfüllen soll. In einem Papier des Bundesverteidigungsministeriums aus dem Jahr 1974 ist die Mission "Intercept/Air Defence" (also Abfangjagd und Luftverteidigung) genannt, bei MBB ist die Rede von Luft-Luft-Einsatz mit "Dual-Role"-Fähigkeit für Fernkampf mit Lenkwaffen. VFW-Fokker spricht von einem leichten bis mittelschweren allwetterfähigen Air Defence Flugzeugwaffensystem, für das in den 90er Jahren eine Lücke bestehe, und Dornier operiert mit dem Begriff Taktisches Kampfflugzeug (TKF) für die 90er Jahre.

Verteidigungsminister Leber hatte in seiner Rede zum Weißbuch 1973/74 vor dem Bundestag erkennen lassen, daß neben der Panzerabw ehr die Luftverteidigung das wichtigste Problem der künftigen Planung sei. Er kündigte in diesem Zusammenhang außer der Modernisierung der bodengestützten Flugabwehrsysteme die Planung von Abfangjägern an, die die Luftverteldigung sicherstellen sollen.

Offen bleibt die Frage der Abgrenzung, bzw. der Überschneidung mitden Missionen des MRCA Tornado, für das nach wievor auch die Rolle Air Defence/Interception in Anspruch genommen wird.

Große Probleme wird die Abstimmung der Forderungen europäischer Partner aufwerfen, nachdem Frankreich schon die Mirage 2000 in Entwicklung hat und Großbritannien mit der vorläufigen Forderung AST 403 (siehe FR 9/76) bereits konkretere Vorstellungen entwickelt hat.

Wenn im Zusammenhang mit dem künftigen Kampfflugzeug von neuen Technologien die Rede ist, so sind im Bereich der Zelle vor allem drei Gebiete zu nennen, denen Schlüsselfunktionen zukommen:

• neue Aerodynamik
• faserverstärkte Werkstoffe
• CCV-Technik.

Zu den einzelnen Themen sollen nachfolgend einige Ausführungen gemacht werden, die sowohl die Zielsetzung als auch den Stand der deutschen Arbeiten auf diesen Gebieten darstellen.

Neue Aerodynamik

Die sogenannte neue Aerodynamik soll neue Flugbereiche erschließen, insbesondere bei niedrigen Staudrücken. Ziel ist eine wesentliche Verbesserung der Manövrierfähigkeit nicht nur im eigentlichen Einsatz (Kurvenkampf -Dogfight), sondern auch bei Allwetter-Landeanflügen. Im Programm Zukunftstechnik Luft (ZTL) des BMVg sind dazu nur wenige Stichworte zu finden, wie superkritische Flügel, neuartige Flügelgrundrisse, Interferenzprobleme Triebwerk-Zelle. Der superkritische Flügel ermöglicht bei geringerem Widerstand wesentlich höhere Auftriebswerte und vor allem eine Verschiebung der kritischen Machzahl (d. h. der Ablösung der Strömung durch die Schockwellen im transsonischen Geschwindigkeitsbereich) auf höhere Werte.

Im Rahmen des Komponenten- und Experimentalprogramms Luft (KEL) wird für einen Alpha Jet als Versuchsträger bei Dornier ein neuer Flügel mit superkritischem Profil und Manöverklappen gebaut.

Ein ganz wesentlicher Punkt ist der sogenannte Strake-Flügel, bei dem die Flügelvorderkante am Rumpf weit nach vorne gezogen wird, um bei hohen Anstellwinkeln durch die Ablösung eines Wirbelzopfes die Strömung möglichst lange "gesund" zu erhalten (wie es vor allem bei den amerikanischen Typen F-16 und YF-17 schon realisiert wurde).

Ein Schwerpunkt der bisherigen deutschen Arbeiten scheint die Kombination Strake/Schwenkflügel zu sein, für den in Zusammenarbeit zwischen Industrie und DFVLR seit Jahren ausgedehnte Windkanalversuche gefahren werden (siehe FR 5/76).

Darüber hinaus werden natürlich eine Vielzahl von Flugzeugmodellen mit speziellen Flügeln (auch Canards) und Klappenanordnungen (Vorflügel, Hinterklappen) untersucht, um die Fliegbarkeitsgrenzen durch Verbesserung des Auftrieb/Widerstand-Buffeting-Verhaltens und der Start- und Landeleistungen zu erweitern.

Verbundbauweisen

Mit dem Ziel der Gewichtseinsparung mit daraus folgenden erheblichen Kostensenkungen werden neue Bauweisen mit faserverstärkten Werkstoffen untersucht. Wie man bei MBB feststellt, habe diese Bauweise schon heute einen Entwicklungsstand erreicht, der revolutionäre Zellenbauweisen in Aussicht stellt. Ein grundlegenderUnterschiedzu bisherigen Werkstoffen ist der, daß nun nicht mehr ein Material als Halbzeug durch Formgebung verarbeitet wird, sondern der Werkstoff entsteht praktisch erst während des Fertigungsvorgangs. Die Faserverstärkungen werden nach dem berechneten Verlauf der Beanspruchungen genau maßgeschneidert. Das Leergewicht künftiger Flugzeuge kann durch diese neue Technologie dramatisch gesenkt werden, was wiederum Auswirkungen auf die Gestaltung der Zelle haben kann.

Auch hier laufen sowohl Arbeiten im ZTL-Programm (Erprobung von Bauteilen und Verfahren für Konstruktionen aus Faserverbund Kohlenstoff-Faser und Bor-Faser in Kunstharzmatrix, bzw. Bor-Faser in Aluminium eingebettet) als auch im KEL-Programm.

Ein Schwerpunkt der Kohlenfaser-Kunststoffbauweise (KFK) liegt derzeit bei Dornier. Dort wurde zunächst eine aerodynamische KFK-Bremsklappe entwickelt, die für die Alpha-Jet-Serie übernommen wird. Darüber hinaus stehen das Seiten- und Höhenruder für den Alpha Jet in Faserbauweise in Entwicklung, und es ist beabsichtigt, diese neue Bauweise auch an einem Tragflügel zu erproben.

Neben diesen auf den Versuchsträger Alpha Jet bezogenen Arbeiten wird bei Dornier aber auch im Rahmen des ZTL-Programms an einer Aufgabe gearbeitet, die mit "Dünner Flügel" bezeichnet ist. Die Studie soll durch Anwendung modernster Bauweisen und Werkstoffe praxisnaheVergleichswerte über mögliche Gewichtsund Kostenvorteile derartiger Strukturen liefern. Als Basis dient der Flügel der von VFW-Fokker entwickelten VAK 191 B, der eine Spannweite von 5,6 m, eine Streckung von 2,5 und eine relative Dicke von 5% hat. Es wurde ein Flügelmodell im Maßstab 1:2 entwickelt und gebaut, der aus einem Biege-Torsionskasten mit Deckhäuten aus KFK, Vorder- und Hinterholm aus GFK und einem Aluminium-Waben-Vollsandwichkern besteht. Der Flügelkasten, insbesondere der Flügelanschluß wurdegemeinsamvon Dornier und der DFVLR konzipiert, während die Berechnung und Fertigung bei Dornier, der Belastungsversuch wiederum bei der DFVLR durchgeführt worden ist.

Die Resultate mit diesem KFK-Flügelmodell werden bei Dornier positiv bewertet, so daß damit eine gute Voraussetzung für künftige KFK-Flügel eines Kampfflugzeugs gegeben sind.

CCV-Technologie: Der Weg zum Nurflügler?

Unter dem Begriff CCV (Control Configured Vehicle) versteht man im allgemeinen die Technologie des reglergestützten Flugzeugs, d. h. eines Fluggeräts, dessen Flugstabilität nicht mehr wie bisherauf natürlich flugmechanische Weise sichergestellt wird, sondern das vom Entwurf her instabil ausgelegt und nur durch Rechner stabilisiert wird. Für die deutsche Industrie ist dies kein völlkommen neues Arbeitsgebiet; denn ausgehend von der Senkrechtstart(VTOL-)Technik der sechziger Jahre, wo erstmals instabile Flugbereiche (Schwebe- und Transitionsphase) durch Flugregler für den Piloten erschlossen wurden, führt eine direkte Linie über die Erweiterung des Flugbereichs bei variabler Geometrie und einer großen Anzahl von verschiedenen Außenlasten zu den modernsten Kampfflugzeugen, die in gewissen Flugbereichen keine statische Stabilität mehr besitzen.

Um die Flugleistungen nochweiterzu steigern, sollen künftige Kampfflugzeuge weitgehend auf elektronisch geregelte Stabilität hin ausgelegt werden. Das wichtigste CCV-Einzelkonzept ist die künstliche Längsstabilität, auf die hier zunächst näher eingegangen werden soll (weitere CCV-Techniken: künstliche Seitenstabilität, aktive Flatterunterdrückung, aktive Böenabminderung, Manöver- und Böenlaststeuerung und direkte Auftriebs- und Seitenkraftsteuerung). Man kam bei MBB zu dem Ergebnis, daß ein leitwerkloses Flugzeug mit durchgehender Hinterkantenklappe einen vorgegebenen Auftrieb am widerstandsärmsten zu erzeugen vermag. Man führt folgende Widerstandsvorteile der instabilen CCV-Nurflügelkonfiguration an:

* Der Trimmauftrieb wird über eine größere Spannweite verteilt; der Trimmwiderstand ist wesentlich geringer als bei der Drachenkonfiguration.

* Die Klappe induziert eine Druckverteilung am Flügel, die nicht nur den Auftrieb, sondern auch die Vorderkantensaugkraft erhöht. Die Grenzschichtablösung am Flügel wird zu einem größeren Auftriebsbeiwert hinausgeschoben.

Allerdings darf man sich ein leitwerkloses CCV-Flugzeug nicht als "Nurflügel" imstrengen Sinne vorsteilen, da zur Unterbringung von Cockpit, Triebwerk, Ausrüstung etc. ein Rumpf mit einem Mindestmaß an Einbauvolumen vorhanden sein muß. Außerdem muß eine zusätzliche Rotier- und Steuerungs/Stabilisierungseinrichtung, wie z. B. ein kleines Enten- oder Heckleitwerk oder eine dynamische Schwenkdüse vorgesehen werden.

Beim Vergleich zwischen CCV-Konfigurationen in leitwerksloser und in Drachen-Bauart kommt MBB zu dem Ergebnis, daß erstere eine Abflug-Gewichtseinsparung von 21 %, letztere von 10% gegenüber einer natürlich stabilen Konfiguration bedeutet. Der CCV-Nurflügler hat eine 40% kleinere Fläche, ein 28% geringeres Kraftstoffgewicht und 25% höheren Auftriebsbeiwert als der neutral stabile Nürflügler.

Um die CCV-Technologie bis zur Anwendungsreife zu entwickeln, bearbeitet MBB im Rahmen des KEL-Programms des BMVg ein Experimentalprogramm. Dabei sollen nicht nur ein entsprechendes Flugführungssystem entwickelt, sondern auch in einem Erprobungsträger die Flugeigenschaften eines aerodynamisch hochgradig instabilen Überschall-Kampfflugzeuges im gesamten Flugbereich erprobt werden. Der dafür vorgesehene Versuchsträger, eine natürlich stabile F-104G muß zuerst destabilisiert werden, um die CCV-Technologie anwenden zu können. Zu diesem Zweck wird zunächst mit einer Hecktrimmasse von ca. 500 kg der Schwerpunkt auf die hinterste Grenze gebracht, und dann wird durch eine Entenfläche über dem Vorderrumpf der Neutralpunkt nach vorn verschoben.

Diese F-104G hat - noch ohne Entenfläche -ihre ersten Flüge bereits hintersich. Nach Ansicht von MBB stellt das CCV-F-104G-Programm einen erheblichen Fortschritt gegenüber den vorausgegangenen vergleichbaren amerikanischen Programmen dar.

Entscheidend wird jedoch die für CCV-Systeme erzielbare Zuverlässigkeit sein. Die derzeit geforderte missionssichere Abdeckung von zwei Ausfällen wird nach dem Stand der Technik zwar durch ein komplexes und teures Quadruplex-System erfüllt. Verbesserungen bei vermindertem Aufwand erwartet man - so beim Bodenseewerk-Gerätetechnik - durch Kombination verschiedener Redundanzprinzipien,wiez.B.durch Aufteilung der Ruderflächen.

Die CCV-Technik wird zusammen mit Erkenntnissen der neuen Aerodynamik zu ungewohnten Konfigurationen führen, die neuartige Flugmanöver mit verbesserter Wendigkeit bei kleinerem Fluggewicht ermöglichen, dazu aber auch eine hohe Zuverlässigkeit, guteWartbarkeit und damit eine erhebliche Kostenreduzierung.

Kommt ein "lntegrations-Prototyp" ?

Die verschiedenen Arbeitsprogramme der neuen Technologien für ein künftiges Kampfflugzeug laufen bei den deutschen Zellen-, Triebwerks- und Ausrüstungsfirmen trotz gewisser Abstimmung durch die ZTL- und KEL-Aufträge weitgehend parallel nebeneinander, da es natürlich wegen Fehlens einer militärischen Forderung noch keine Zuordnung auf ein fest umrissenes Projekt gibt.

Das Zusammenfügen dieser Elemente, eben das Gestalten eines neuen Flugzeugs, wirft jedoch Probleme auf. Deshalb schlägt MBB vor, noch vor der Formulierung einer Forderung einen sogenannten "Integrationsprototypen" zu bauen, um das Zusammenfügen der technologischen Komponenten realistisch zu erproben. Damit ist nicht ein Prototyp im Sinne eines Vorläufers für eine darauffolgende Serie gemeint, sondern ein echtes Experimentalflugzeug, das möglicherweise erst die Aufstellung einer sinnvollen Forderung ermöglicht. MBB versteht dieses Flugzeug als ein "Instrument zur Annäherungslösung des Integrationsproblems komplexerWaffensysteme". Nicht zuletzt soll ein solcher Integrationsprototyp das Gewicht der deutschen Seite verstärken, wenn es um die Harmonisierung der Forderungen der europäischen Partner geht.

Denn das künftige Kampfflugzeug wird mit Sicherheit in europäischer Zusammenarbeit entstehen, und alle deutschen Vorarbeiten sind nicht zuletzt unter dem Aspekt zu sehen, daß sich die deutsche Industrie eine möglichst gute und kompetente Ausgangsbasis für bevorstehende Kooperationsverhandlungen schafft.

Die Bedeutung und Dringlichkeit dieses künftigen Kampfflugzeug-Programmes für die deutsche Industrie wird von VFW-Fokker unter den beiden Aspekten des Marktes und der Kapazitätsauslastung der Entwicklungsteams gesehen. VFW-Fokker stellte kürzlich fest, daß einerseits die eingearbeiteten Kampfflugzeug-Entwicklungsteams nicht mehr voll ausgelastet sind, und daß andererseits der Bedarf für ein europäisches allwetterfähiges Air-Defence-Flugzeugwaffensystem vorhanden ist (ein Thema, mit ein sich auch die NATO in der erweiterten Eurogroup, also mit Frankreich, bereits befaßt).

Nach Meinung von VFW-Fokker muß mit den Projekt-Arbeiten jetzt begonnen werden, wenn dieser Markt in den neunziger Jahren von der europäischen Industrie bedient werden soll. Die Aufwendungen dürften für die ersten vier Jahre - gemessen am MRCA-Programm und am heutigen Preisstand - für die Bundesrepublik in vertretbaren Grenzen liegen.   Pl