FLUG REVUE April 1978: Deutsche Firmen untersuchen TKF

TKF: Ersatz für die F-4F Phantom Il?

Kampfflugzeugstudien für die 90er Jahre

Die nächste Generation von Kampfflugzeugen kündigt sich an. Nach der 1978/79 beginnenden Einführung der Typen Alpha Jet und MRCA Tornado entsteht ein Bedarf für ein Luftüberlegenheitsflugzeug als Ersatz für die F-4F Phantom II. Die deutsche Industrie arbeitet an Studien für dieses TKF (Taktisches Kampfflugzeug).

Die deutsche und andere europäische Luftwaffen sehen für die neunziger Jahre einen Bedarf für ein neues taktisches Kampfflugzeug (TKF). Zwar liegen noch keine fixierten Forderungen vor, doch scheint festzustehen, daß es sich dabei um die Hauptaufgabe Luftverteidigung mit der gleichrangigen Zweitrolle Luft-/Boden-Einsatz handelt. Die Spezialaufgabe Abfangjagd gegen sehr schnell und hoch fliegende Flugzeuge spielt dabei kaum mit herein, vielmehr geht es um die Sicherung der Luftüberlegenheit gegen Angriffe in niederen bis mittleren Höhen.

Die deutsche Industrie arbeitet seit geraumer Zeit an Studien für das TKF (siehe FR 1/77), und auch in anderen europäischen Ländern werden neue Konzepte für diese Aufgabe untersucht. Unterschiedlich sind jedoch die Vorstellungen für die Einführung dieses neuen Kampfflugzeuges. Während Großbritannien möglichst bald damit rechnet (etwa 1987), sieht die Bundesrepublik Deutschland den Bedarf mittelfristig (1990-92) und Frankreich glaubt, den Einführungstermin noch später ansetzen zu können. Diese versetzten Einführungsvorstellungen werden jedoch nicht als Hindernis, sondern als Vorteil für eine Kooperation gesehen, da auf diese Weise über einen langen Zeitraum eine relativ gleichmäßige Produktionsauslastung der europäischen Industrie gewährleistet wäre. Differierende Forderungen der Partnerländer könnten mit entsprechenden Versionen des Basistyps befriedigt werden.

Noch ist weder von Industrie- noch von Regierungsseite im europäischen Rahmen Einigung über das weitere Vorgehen erzielt worden, aber es laufen auf beiden Ebenen bereits intensive Gespräche und Studienarbeiten. Wir berichten über den Stand der Arbeiten bei den deutschen Unternehmen Dornier, MBB und VFWFokker.

DORNIER

Im Vordergrund der Überlegungen steht die Ansicht, daß bei den erwarteten engen finanziellen Grenzen der wachsenden Bedrohung nur dann eine adäquate Kampfkraft entgegengestellt werden kann, wenn auch eine ausreichende Stückzahl beschafft und eingesetzt werden kann. überlegene Quantität lasse sich erfahrungsgemäß nur begrenzt durch die höhere Leistungsfähigkeit des einzelnen Kampfflugzeuges wettmachen.

Dieser Gedanke erscheint logisch, wenn man den Bestand an Kampfflugzeugen der Luftwaffe bis zum anvisierten Einführungstermin des TKF Anfang der neunziger Jahre betrachtet.

Ausgehend von einer Stückzahl von etwas über 1100 Flugzeugen im Jahr 1973, dürfte sich dieser Bestand durch Ausmusterungen und bei Annahme einer Verlustrate von 2 % pro Jahr, nach Einführung von Alpha Jet und Tornado bis 1987 auf weniger als 700 und bis 1992 auf knapp 500 Kampfflugzeuge verringern. Dornier arbeitet deshalb an Entwürfen, die in der Gewichtsklasse der F-16 liegen und somit in größeren Stückzahlen beschafft werden könnten. Dabei soll es, bis auf die Waffenzuladung, jedoch keine Abstriche an den wesentlichen Leistungen geben. Als Hauptanforderungen führt Dornier an:

hohes Durchsetzungsvermögen
großeTrefferwahrscheinlichkeit
Einsatzflexibilität
geringer Aufwand, auch bei der Instandsetzung
großes Entwicklungspotential.

Die Betonung der Einfachheit und Kostenwirksamkeit bedeutet aber kein „Wegwerfflugzeug", sondern höchste Qualität bei geringstmöglichem Aufwand, d. h. nicht maximale, sondern gezielte, kostenwirksame Anwendung neuer Technologien. Die beiden Rollen Luftverteidigung und Luftangriff sind nach Ansicht von Dornier auch in einem leichteren Flugzeug ohne unvertretbare Kompromisse möglich. Dabei müsse das Flugzeug bei unseren geographischen Verhältnissen nicht mit Mach 2 fliegen können, sondern es genüge eine Maximalgeschwindigkeit von Mach 1,8. Dieses Ziel ist mit einem einfachen, festen Lufteinlauf und Nachbrenner erreichbar.

Wesentlich größerer Wert wird bei Dornier auf hohe Manövrierfähigkeit gelegt. Durch geeignete Tragflügelauslegung, verbunden mit einem günstigen Schub/Gewichtsverhältnis könnte die Wendigkeit noch um etwa 20% gesteigert werden. Auch eine Verbesserung des Bahnverzögerungsvermögens wird in Betracht gezogen.

Obwohl nach Meinung von Dornier das TKF gegen Luftziele überwiegend Lenkwaffen einsetzen wird, legt man großen Wert auf gute „dogfight"-Eigenschaften. Dies kann erreicht werden durch geringe Spannweitenbelastung und gute Steuerbarkeit bis zu hohen Anstellwinkeln. Allerdings sieht Dornier wenig Sinn in einer zu großen Betonung der Poststall-Eigenschaften, da die vermeintlichen Vorteile einen hohen zusätzlichen Aufwand erfordern.

Was das Triebwerk betrifft, so werden bei Dornier Trade-off-Untersuchungen mit ein- und zweistrahligen Entwürfen durchgeführt. Mit Sicherheit wird kein völlig neuer Triebwerkstyp verwendet werden, aber man glaubt bei Dornier auch nicht, daß das RB 199 der Tornado ohne weiteres geeignet ist. Günstiger erscheint eine für die speziellen TKF-Aufgaben zugeschnittene, einfachere Version der RB 199. Wesentliche Gewichts- und Kosteneinsparungen erwartet man sich durch sinnvolle Anwendung der Verbundbauweise mit Kohlenstoffasern (KFK) und der künstlichen Stabilisierung (CCV).

Obwohl man bei Dornier diese heute noch wenig erprobten Technologien nicht bis zum Extrem anwenden will, glaubt man doch gegenüber dem amerikanischen Light Weight Fighter eine Gewichtseinsparung von etwa 10% erreichen zu können. Die bisher bei Dornier mit KFK-Bauteilen (z. B. Luftbremsen des Alpha Jet) gewonnenen Erfahrungen sollen in den nän als „fall-out“ erreichbar sein. Nähere Auslegungsdetails dazu sind jedoch derzeit nicht zu erfahren. Zur Triebwerksfrage legt man sich bei MBB noch nicht fest, aber bei dem anvisierten Abfluggewicht von 14-15 t dürfte eine zweistrahlige Ausführung naheliegen, um mit den in Frage kommenden Triebwerkstypen (RB 199 oder US-Triebwerk?) das erforderliche hohe Schub/Gewichts-Verhältnis zu erreichen. Was die Kooperation für das TKF-Programm betrifft, so sieht MBB natürlich die größten Chancen im Rahmen einer „uml;tze können vier bis sechs Lenkwaffen, z. B. Maverick, mitgeführt werden. Modulbauweise und Schnellrüstsätze sollen ein Höchstmaß an Einsatzflexibilität sicherstellen.

Wenig Sinn sieht Dornier derzeit in der Senkrechtstart- und -landefähigkeit. Man argumentiert, daß in der Bundesrepublik außer Autobahnabschnitten etwa 100 Flugplätze mit etwa 1000 m Landebahn existieren. Diese Zahl sei ausreichend und überschreite schon die Grenze des vertretbaren logistischen Aufwandes. Mit dem hohen Beschleunigungsvermögen einerseits und einer niedrigen Anfluggeschwindigkeit andererseits dürfte die Startstrecke des TKF unter 500 m liegen.

Was den Beginn der eigentlichen Entwicklungsphase betrifft, so plädiert Dornier für einen möglichst kurzen Zeitraum von der Definition des Flugzeuges bis zu seiner Einführung, um modern zu bleiben und den letztmöglichen Stand gesicherter Technologie einbeziehen zu können. Wenn man von einem Einführungstermin im Jahr 1990 ausgeht und eine acht- bis neunjährige Entwicklungsphase mit Flugerprobung zugrunde legt, wäre nach Ansicht der Firma Dornier nach Festlegen der Forderungen der Programmbeginn nicht vor 1982 nötig; der Erstflug könnte dann etwa 1985/ 86 erfolgen.

Eine ausgedehnte Vorphase mit sorgfältigen Untersuchungen, rechtzeitige, aber nicht unnötig frühe Entscheidungen, dann aber schnelle, zügige Entwicklung- dies sieht Dornier als besten und wirksamsten Weg zum TKF. Natürlich setzt Dornier voraus, daß es für dieses taktische Kampfflugzeug der neunziger Jahre zu einer internationalen Kooperation kommen muß. Die Situation sei jedoch derzeit noch völlig offen. Dornier praktiziert einen Erfahrungsaustausch mit Northrop.

Bei einer europäischen Kooperation sähe Dornier die besten Chancen in einer bilateralen Zusammenarbeit mit Frankreich. Die Einbeziehung Großbritanniens dürfte sich schwieriger gestalten, da dort möglicherweise ein nationales Programm, AST 403, favorisiert wird. Dornier ist realistisch genug, die Gefahr der Beschaffung eines amerikanischen Flugzeugmusters nicht von vornherein auszuschließen. In der jetzigen Vorphase sieht Dornier seine wichtigste Aufgabe darin, dem BMVg unabhängig eigene Vorschläge zu unterbreiten und damit die Meinungsbildung iterativ zu beeinflussen. Nur durch Abwägen verschiedener Alternativen könne eine optimale Lösung für die Aufgaben der Luftwaffe erzielt werden. Spätestens in der Entwicklungsphase werde es ohnehin eine umfassende Zusammenarbeit geben.

MBB

TKF-Windkanalversuche

Bei Messerschmitt-Bölkow-Blohm gehören die laufenden Studienarbeiten für ein Kampfflugzeug der 90er Jahre zu den Entwicklungs-Schwerpunkten des Unternehmensbereichs Flugzeuge (UF). Obwohl ein „Pflichtenheft" der Luftwaffe in nächster Zeit noch nicht zu erwarten ist, steht die prinzipielle Aufgabe des TKF natürlich fest: Hauptrolle Luftverteidigung, Nebenrolle Luft/Bodeneinsätze. In der Luftverteidigungsmission sollen einfliegende feindliche Maschinen in mittleren Höhen bei mittleren Geschwindigkeiten bekämpft werden können. Dazu gehört aber auch die „snapdown"-Fähigkeit, d. h. das Abfangen tieffliegender Kampfflugzeuge. „Dogfight" ist zwar nicht die Hauptkampfart bei diesen Einsätzen, sollte aber von der Konzeption des Flugzeugs her möglich sein, da er auch mit Kurzstrecken-Lenkwaffen Vorteile bringt. MBB betreibt in diesem Punkt intensive Untersuchungen über das Ausmaß an Kompromissen, die für die „Dogfight"-Fähigkeit eingegangen werden müßten.

Um diese Ziele zu erreichen, scheinen gewisse Auslegungsmerkmale von vornherein vorgegeben, andere müssen erst gegeneinander abgewogen werden (trade-off-Untersuchungen). Mit ziemlicher Sicherheit dürfte eine niedrige Flächenbelastung und ein hohes Schubgewichtsverhältnis (1,3 bis 1,4) nötig sein. Bei MBB wird intensiv untersucht, wie es möglich gemacht werden kann, die Überziehgrenze hinauszuschieben („Poststall"-Verhalten). MBB untersucht derzeit eine Reihe von aerodynamischen Konzepten, um dem Ziel höchster Manövrierfähigkeit von der strömungstechnischen Seite her möglichst nahe zu kommen.

Schwerpunkte sind dabei Delta-Konfigurationen mit Strakes oder Entenleitwerk. Im Gegensatz zu konventionellen Hochauftriebssystemen, mit denen die Strömungsablösung möglichst weit hinausgeschoben wurde, soll mit den neuen Konzepten bewußt eine kontrollierte Ablösung erzeugt werden, deren Vorderkanten-Wirbelsysteme einen erheblichen Zusatzauftrieb liefern (grundsätzlich wurde dieses Prinzip schon bei Flugzeugen wie Concorde, F-16 und YF-17 realisiert).

In Zusammenarbeit mit Instituten der DFVLR und VFW-Fokker studiert MBB eine weitere Optimierung der kontrollierten Ablösung. Dabei wurde ein völlig neues Verfahren untersucht, das sogenannte „spannweitige Blasen". Man versucht, durch Ausblasen von Luft in Spannweitenrichtung aus etwa 15 mm großen Düsen in der Rumpfseitenwand im Flügelwurzelgebiet die Strömung wesentlich zu verbessern. Durch richtige Wahl des Blasortes und der Blasrichtung kann somit ein stabiles Wirbelsystem erzeugt oder ein vorhandenes - z. B. Strakewirbelsystem - verstärkt und kontrolliert werden. Die größte Wirksamkeit des spannweitigen Blasens wurde am Hochauftriebsflügel ohne Strake gefunden. Am Strakeflügel erwies sich die Auftriebssteigerung zwar als weniger deutlich, jedoch liegt das Ausgangsniveau des Strakeflügels schon beträchtlich höher, so daß die absolute Überlegenheit der Strakeflügel-Konfiguration erhalten bleibt.

Zu den günstigen Nebeneffekten des spannweitigen Blasens gehört auch die Erhöhung der Rollstabilität, die Verbesserung der Buffet-Grenzen und auch der mittelbare positive Einfluß auf die Strömungsverhältnisse im Nachlauf, d. h. an den Leitwerken. Im gesamten Anstellwinkelbereich wird so die Seitenruderwirksamkeit verbessert. Allerdings strebt man durch die Anwendung der künstlichen Stabilisierung (CCVTechnik) u. a. ohnehin eine radikale Verkleinerung der Leitwerksflächen an, die bei heutigen Kampfflugzeugen schon bis zu 100% der Flügelflächen ausmachen.

Mit der CCV-Technik und gleichzeitiger Anwendung der neuesten aerodynamischen Erkenntnisse auf dem Hochauftriebssektor kann die Leitwerksfläche auf etwa 22% der Flügelfläche verringert werden. Eine weitere Widerstandsverkleinerung und Auftriebserhöhung ermöglicht die CCV-Technik durch die optimale Rückverlegung des Schwerpunkts eines Flugzeugs. Durch den Verzicht auf die natürliche Stabilität kann nämlich der Flügel gegenüber dem Rumpf so angeordnet werden, daß die resultierende Auftriebs-Luftkraft immer im Schwerpunkt angreift, und so die unerwünschten Trimmungsverluste überflüssig macht.

Aber auch aus anderen Gründen scheint die CCV-Technik für künftige Kampfflugzeuge außerordentliche Vorteile zu bieten. Man könnte damit laut MBB beim TKF auch die direkte Auftriebs- und Seitenkraftsteuerung zur Erhöhung der Waffen-Zielgenauigkeit einführen, darüber hinaus eine aktive Flatterunterdrückung und Böenabminderung anwenden, um Flugbereichs-Beschränkungen durch unerwünschte Strukturschwingungen zu bekämpfen und die Belastung des Piloten durch Böen im Tiefflug zu vermindern.

Im Endeffekt führen alle diese Vorteile der CCV-Technik bei einem Hochleistungskampfflugzeug mit vorgegebenen Leistungen über den verminderten Schub- und Treibstoffbedarf zu einer Reduzierung des Abfluggewichtes um rund 15 %. Dies hat wiederum possitive Auswirkungen auf die Beschaffungs- und Betriebskosten. Um diese noch exotische Technologie eines reglerstabilisierten Flugzeugs bis zur Anwendungsreife zu entwickeln, arbeitet MBB schon seit 1974 an einem Experimentalprogramm. Eine F-104G wurde so modifiziert, dass der Schwerpunkt durch Trimmmassen so weit wie möglich nach hinten, der Neutralpunkt durch späteres Anbringen einer zusätzlichen Enten-Höhenflosse um 35 % nach vorne verschoben wird. In dieser instabilen Konfiguration soll mit dieser F-104 G das von MBB und einer Reihe von Unterauftragnehmern entwickelte digitale künstliche CCV-Flugführungssystem erprobt werden.

Außer diesen neuen Konzepten in der Aerodynamik und Flugführung dürften jedoch beim TKF mit Sicherheit große Teile der Struktur aus Faser-Verbundwerkstoffen, vornehmlich KFK (Kohlefaserkunststoff) bestehen. Gegenüber der konventionellen Metallbauweise sind dabei für Flügel und Leitwerk mit Gewichtseinsparungen von 15-30 % und für den Rumpf von 10-20 % zu rechnen. MBB hat bereits sehr umfangreiche Strukturversuche mit KFK-Bauteilen durchgeführt. Für das MRCA Tornado wird versuchsweise ein KFK-Taileron gebaut.

Allerdings ist man bei MBB der Meinung, es sei nicht sinnvoll, für ein bereits vorhandenes Flugzeug einen kompletten KFK-Flügel zu bauen und zu erproben. Der Effekt sei bei diesem Verfahren nicht annähernd so positiv wie bei einem von vornherein für diese Bauweise ausgelegten Flugzeugmuster. Bekanntlich favorisiert MBB zur anwendungsorientierten Erprobung aller in Frage kommenden neuen Techniken den Bau eines Experimentalflugzeugs, in dem diese Technologien (Aerodynamik, CCV, KFK) integriert werden sollen. Dieses Experimentalflugzeug sei notwendig, da man sich auf mehreren Gebieten noch „auf dünnem Eis“ befinde. Sollte dieses Flugzeug realisiert werden, müsste jedoch sehr bald eine Entscheidung fallen, um noch rechtzeitig vor der Inangriffnahme des operationellen TKF über gesicherte Daten verfügen zu können. Ein Verzicht auf diesen Vorläufer würde mehr technologisches Risiko für das TKF bedeuten.

Interessant ist die Tatsache, dass man bei MBB die VTOL-Komponente nicht außer acht lässt. Allerdings geht man davon aus, dass die Senkrechtstart-, bzw. landefähigkeit keine Forderung sein wird, der sich die anderen Auslegungskriterien anpassen müssten, sondern die „Schwebefähigkeit“ könnte im Gegenteil eventuell durch sonstige Forderungen als „fall-out“ erreichbar sein. Nähere Auslegungsdetails dazu sind jedoch derzeit nicht zu erfahren.

Zur Triebwerksfrage legt man sich bei MBB noch nicht fest, aber bei dem anvisierten Abfluggewicht von 14-15 t dürfte eine zweistrahlige Ausführung nahe liegen, um mit den in Frage kommenden Triebwerkstypen (RB 199 oder US-Triebwerk?) das erforderliche hohe Schub/Gewichts-Verhältnis zu erreichen.

Was die Kooperation für das TKF-Programm betrifft, so sieht MBB natürlich die größten Chancen im Rahmen einer „verbesserten“ Panavia-Organisation, doch sucht MBB auch das Gespräch mit weiteren potentiellen Partnern. Die vor kurzem angekündigte Zusammenarbeit mit McDonnell-Douglas will man jedoch nur als „Versuchsballon“ verstanden wissen. Wünschenswert sei eine europäische Zusammenarbeit mit Frankreich und Großbritannien, wobei vor allem mit der englischen Industrie bereits eine gewisse Annäherung der technischen Standpunkte erkennbar sei.

Spätestens 1979 müsste sich eine Konstellation für die Kooperation ergeben, da nach Meinung von MBB das Programm möglichst bald gestartet werden sollte. MBB sieht sich als erfahrene Waffensystem-Integrationsfirma besonders dazu prädestiniert, als maßgeblicher Partner im künftigen TKF-Gesamtsystem mitzuarbeiten.

VFW-FOKKER

In einer gemeinsamen Arbeitsgruppe mit MBB arbeitet seit Ende 1977 ein Team von VFW-Fokker an Studien für das TKF. Nicht zuletzt war die bisherige Kooperation zwischen den beiden Unternehmen beim MRCA Tornado ein Grund für dieses Vorgehen. VFW-Fokker bringt in diese Zusammenarbeit eigene Arbeiten ein, die in diesen Monaten mit MBB abgestimmt und zu einem gemeinsamen Entwurf ausgearbeitet werden sollen. VFW-Fokker hat schon vor der Kooperation mit MBB eine gewisse Bandbreite von verschiedenen Auslegungsmöglichkeiten untersucht, die auf zwischen MBB und VFW-Fokker abgestimmten Basisforderungen beruhten.

Im Vordergrund stehen Deltaflügel-Konzepte, die in der Luft-Luft-Rolle den Manöveranforderungen im Unterschall genügen und gute Überschalleistungen erwarten lassen. Der Deltaflügel verspicht außerdem wegen des kleineren Auftriebsanstieges bei Anstellwinkeländerungen geringere Böenempfindlichkeit im Tiefflug. Hierbei ist natürlich die Wahl der Flächenbelastung zu berücksichtigen. Der Flügel soll mit automatischen Manöverklappen und direkter Auftriebs- und Seitenkraftsteuerung ausgestattet werden. Wenn sich eine Auftriebssteigerung bei hohen Anstellwinkeln als vorteilhaft erweist, kann der Deltaflügel auch mit einem zusätzlichen Strake kombiniert werden: entsprechend sind auch die bisherigen Windkanaluntersuchungen geführt worden. Parallel zu diesen Untersuchungen wurde schon 1975 zusammen mit Instituten der DFVLR in Braunschweig und Göttingen sowie MBB/Unternehmensbereich Flugzeuge eine Arbeitsgruppe „Flügel mit kontrollierter Ablösung“ gebildet. VFW-Fokker hat dabei die Aufgabe übernommen, den Einfluss der Grundrißform des Flügels auf die Wirksamkeit des Querausblasens von Luft über die Flügeloberseite zu untersuchen. Durch Einsatz der Teillast-Technik sollen die Interferenz-Einflüsse der verschiedenen Bauteile, wie z.B. der Strakes, bestimmt werden.

Zu den Vorarbeiten bei VFW-Fokker zählen aber auch die Untersuchungen mit dem Versuchsträger G91 (RPV), aus denen wertvolle Erkenntnisse für Navigations- und Zielerfassungsgeräte künftiger Kampfflugzeuge gewonnen werden können. Wertvolle Erfahrungen stehen auch aus dem Flugerprobungsprogramm des Senkrechtstarts VAK 191 zur Verfügung.

Für TKF sieht VFW-Fokker eine bedingte Senkrechtstartfähigkeit (V/STOL) als möglich an, die Für und Wider müssen aber unter Berücksichtigung der damit in Kauf zu nehmenden „Penalties“ für die Hauptaufgaben des TKF erst noch erarbeitet werden. Das Interesse bei der Luftwaffe für die V/STOL-Technik ist jedenfalls wieder deutlich erkennbar als noch in den letzten Jahren.

Als Triebwerke für das TKF kommt nach Meinung von VFW-Fokker nur ein bereits vorhandenes Muster in Frage, wobei man sich – wie bei MBB – aber noch nicht definitiv für das RB 199 entschieden hat. Mit MBB ist auch VFW-Fokker davon überzeugt, dass ein Experimentalflugzeug zur Integration verschiedener neuer Technologien eine sinnvolle Vorstufe für das TKF sein könnte, um das Zusammenspiel neuer Verbundbauweisen, Flugführungs- und Datenverarbeitungssysteme sowie unkonventioneller aerodynamischer Auslegung zu überprüfen, bevor ein operationelles TKF im Detail definiert wird. Eine Entscheidung darüber müsste in Bonn allerdings sehr bald fallen, um noch genügend Vorlaufzeit bis zum Beginn des operationellen TKF-Programms zu haben.

Erst wenn zwischen VFW-Fokker und MBB ein gemeinsames Konzept erarbeitet worden ist, sollen Gespräche über die Aufteilung von Arbeitspaketen für Entwicklung und Produktion folgen, wobei aber auch rechtzeitig andere TKF-Partnerfirmen im europäischen Rahmen einbezogen werden. Ebenso wie Dornier und MBB pflegt VFW-Fokker Kontakte zu amerikanischen Firmen, um einen Erfahrungsaustausch bei neuen Technologien sicherzustellen
Text: Peter Pletschacher

Letzte Änderung: 5. Mai 2003

FLUG REVUE, Ubierstr. 83, 53173 Bonn, Germany