FLUG REVUE Oktober 1977: Shinmeiwa untersucht neue Flugboote

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Neue japanische Flugboot-Projekte

Flugboote und Amphibienflugzeuge sind im Luftverkehr seit Jahrzehnten fast verschwunden. Allerdings haben sich für Spezialaufgaben wie Waldbrandbekämpfung, SAR- und U-Boot-Bekämpfung in den letzten Jahren neue Einsatzgebiete eröffnet. Nun untersucht Japan wieder eine Reihe von Projekten von zivilen Passagier-Flugbooten.

Während die PS-1-Flugboote und deren Amphibien-Version US-1 noch in Produktion stehen, betreibt die japanische Firma Shinmeiwa Studien für fortschrittliche zivile Flugboot-/Amphibien-Projekte, die als eine aussichtsreiche Lösungsmöglichkeit für künftige Flughafenprobleme gelten.

Shinmeiwa argumentiert, daß der Einsatz von Flugbooten . helfen könnte, die Bau- und Unterhaltskosten für Land-Flughäfen einzusparen, die überall in der Welt, und vor allem in Japan drastisch ansteigen. Diese Flughafenkosten treiben wiederum die Landegebühren und als Folge davon die Flugpreise hoch. Die Kosten für Flugboot-Abfertigungsanlagen dagegen wären erheblich niedriger, was die höheren Anschaffungs- und Betriebskosten für Flugboote wieder wettmachen würde. Shinmeiwa schätzt, daß für das Beispiel Osaka die Kosten um $ 700 Mio. geringer sein würden als für den derzeit geplanten Off-shore-Flughafen.

Als weiteres Plus wird angeführt, daß im mehr rechteckigen Rumpf eines Flugbootes mehr Passagiere und Fracht untergebracht werden könnten als in Landflugzeugen mit kreisförmigem Rumpfquerschnitt, und diese höhere Nutzlastkapazität könnte die direkten Betriebskosten senken. Obwohl Flugboote mit ihrer aufwendigeren und steiferen Rumpfstruktur einen Gewichtsnachteil haben, könnte dieses Handicap durch eine günstigere Gestaltung des Rumpfbodens gemildert werden. Ein weiterer Vorteil des Flugbootes ist die Tatsache, daß durch die Kombination weiter offener Wasserflächen und dreidimensionaler Flächennavigationssysteme sowohl die Fluglotsen als auch die Besatzungen eine größere Freizügigkeit in der Wahl des Anflugkurses und des Aufsetzpunktes haben als Landflugzeuge, selbst bei Kategorie-III-Bedingungen.

Aerodynamik

Um die aerodynamischen Nachteile der Bootsform zu verringern, untersucht Shinmeiwa die Möglichkeit der besseren Gestaltung der Zelle einschließlich integrierter, nicht verstrebter Stützschwimmer, eine verkleidete Stufe und abgerundete seitliche Kanten. Der Übergang vom Bootsboden zur seitlichen Rumpfwand soll möglichst parallel zur Luftströmung liegen, um den Widerstand zu vermindern. Shinmeiwa hofft, daß diese Maßnahmen zusammen mit einem superkritischen Flügel die Gleitzahl und den Treibstoffverbrauch von Flugbooten erheblich verbessern könnten.

Das schon in den PS-1 / US-1-Typen angewandte Spritzwasser-Unterdrückungssystem (ein abgedeckter Kanal am Rumpfvorderteil) hat sich gut bewährt und würde auch in künftigen Flugbooten verwendet werden. Als weitere Verbesserung würde man allerdings diesen Kanal abdeckbar ausführen. Für die Entwicklung der neuen Rumpfform und des Spritzwasser-Unterdrückungssystems schätzt Shinmeiwa etwa drei, für den superkritischen Flügel von rund fünf Jahren.

Die Einsatzmöglichkeiten eines Flugbootes hängen weitgehend von seinen Start- und Landeeigenschaften ab, und die Verminderung der Abhebe- und Aufsetzgeschwindigkeit ist der wichtigste Punkt, um die Beanspruchung durch den Wellengang möglichst gering zu machen und ungünstige Spritzwasserbildung in rauher See zu vermeiden.

Neben Leichtbaukonstruktion und geringer Flächenbelastung ist die Entwicklung eines effektiven aktiven Hochauftriebssystems das dringendste Erfordernis für künftige Flugboot-Entwürfe.

Nach den bei Shinmeiwa durchgeführten Untersuchungen scheint dafür das Upper-Surface-Blowing (Anblasen der Flügeloberseite), wie es bei der Boeing YC-14 bereits realisiert wurde, am geeignetsten zu sein. Es bietet gleichzeitig die Möglichkeit, die Triebwerke zur Vermeidung der Spritzwassergefahr sehr hoch zu installieren. Man schließt aber nicht aus, daß ein Luftkissen-Landesystem eine sehr aussichtsreiche Alternative sein könnte.

Um die Korrosionseffekte möglichst gering zu halten, schlägt Shinmeiwa moderne Verbundwerkstoffe vor, die daneben natürlich die ohnehin bekannten Festigkeits- und Gewichtsvorteile bieten. Es wird allerdings eine etwa fünf Jahre lange Entwicklungszeit beanspruchen, geeignete Werkstoff-Kombinationen zu finden. Auf der Grundlage dieser geschilderten neuen Technologien untersucht Shinmeiwa nun vier verschiedene Flugboot-Typen, die Modelle GS, MA, MS und LA.

Die vier Shinmeiwa-Verkehrsflugboot-Projekte

Der größte Typ ist das Modell GS mit 520 t Fluggewicht und sechs Triebwerken, das in einer Höhe von 37 000 ft mit Mach 0,85 Strecken von 6300 km zurücklegen kann. Es bietet in drei Decks 1200 Passagieren Platz. Die Gewichtseinbuße durch die etwas schwerere Bootsbodenkonstruktion und durch die Stützschwimmer wird mit nur 2-3% veranschlagt, das ist weniger als das Gewicht des Fahrwerks der meisten Landflugzeuge. Das Modell GS braucht als Start- und Landefläche nur ein Areal von rund 2500 x 250 m. Bei einer Serie von 150 Maschinen dürfte der Stückpreis bei etwa $ 60 Mio. liegen. Die direkten Betriebskosten werden bei einer jährlichen Nutzung von 3000 h auf 7,5 Cents pro Tonnenmeile geschätzt. Allerdings existieren noch keine geeigneten Triebwerke der dafür erforderlichen 40-t-Klasse.

Shinmeiwa GS (Zeichnung)

Shinmeiwa GS-Projekt

Der nächste kleinere Typ, das Modell MA würde etwa in der Größenklasse der DC-10 und L-1011 liegen und 400 Passagiere fassen.

Eine stark verkleinerte Ausführung der GS wäre das Modell MS mit vier Triebwerken und etwa 300 Passagieren.

Das kleinste Projekt, Modell LA, ist ein zweistrahliges Amphibium für 40 Passagiere und wird von Shinmeiwa vor allem für Zubringerdienste von entlegenen Inseln vorgeschlagen. Daneben können auch Fracht- und SAR-Einsätze durchgeführt werden. Dieses am ehesten realisierbare Projekt LA ist bereits im Stadium der Windkanalversuche. Die Entwicklungszeit soll vier Jahre bis zum Bau des Prototyps betragen, und nach sechs Jahren könnte die Produktion aufgenommen werden. Um die Kosten möglichst gering zu halten, will man bei diesem Typ auf die meisten der oben beschriebenen neuen Technologien verzichten, außer der Triebwerksinstallation mit UpperSurface-Blowing.

Zunächst war bei diesem Projekt vorgesehen, zwei 3800-PS-Propellerturbinen zu verwenden, aber man entschied sich bei Shinmeiwa nun doch für Turbofans wegen ihrer einfacheren Handhabung und den Möglichkeiten späterer Leistungssteigerungen und Lärmreduzierung. Man denkt dabei entweder an das General Electric CF-34 oder das Hamilton/NASA QFT-55, beide in der 4-t-Schubklasse.
Der ohne superkritisches Profil sehr einfach aufgebaute Flügel hat eine Spannweite von 23,1 m, eine Fläche von 62,96 m2 und eine Streckung von 8,5. Die Flächenbelastung liegt bei 270 kg/ qm, und als Auftriebskoeffizient wird ein Wert von ca = 4 angegeben, so daß keine speziellen Grenzschichtkontrollsysteme nötig sind. Für die Landeklappen ist ein Schnelleinfahrmechanismus vorgesehen, um Spritzwasserschäden zu vermeiden.

Aus Gründen der Vereinfachung soll im Modell LA aber kein Spritzwasser-Unterdrückungssystem am Rumpfbug wie in der PS-1 / US-1 angewandt werden. Auch beim Rumpf wird eine weitgehende Vereinfachung angestrebt, so erwägt Shinmeiwa zum Beispiel, den Druckrumpf der Fokker F-27 zu verwenden. Mit dem T-Leitwerk wird eine Spritzwasser-Beaufschlagung der Höhenflosse vermieden.

Das Fahrwerk wird in die Triebwerksgondeln eingefahren, um die Raumverhältnisse im Rumpf nicht zu beeinträchtigen. Wenn die Stützschwimmer seitlich in die Flügelspitzen eingeklappt sind, bewirken sie, wie Shinmeiwa glaubt, einen ähnlichen Effekt wie Endscheiben oder Winglets.

Mit einer Nutzlast von 3920 kg (40 Passagiere) kann bei einer Geschwindigkeit von 650 km/h eine Reichweite von 800 km erzielt werden, mit 20 Passagieren rund 2300km. Was die Entwicklungskosten betrifft, so schätzt Shinmeiwa den Aufwand auf $ 53 Mio. einschließlich dem Bau von Prototypen. Die Kosten würden sich allerdings auf $ 45 Mio. verringern, wenn vorhandene Systeme für Druckkabine, Fahrwerk etc. verwendet werden. Für die Produktionsvorbereitung sind weitere $ 31 Mio. geplant, und als Stückpreis wird bei einer Serie von 300 Maschinen $ 3 Mio. angegeben. Bei einer Jahresnutzung von 3000 h würden die Betriebskosten bei 1,7 Cents pro Sitzkilometer liegen.

Wenn auch die Studienarbeiten für dieses kleinste der Shinmeiwa Flugboot-Projekte schon relativ weit fortgeschritten sind, ist derzeit noch offen, ob die japanische Regierung grünes Licht für dieses Programm geben wird. E. Sekigawa

Last updated 30 September 2002

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