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Lexikon der Flugzeuge

- Modelle, Technik, Daten, Fakten -

Geschichte des Starfighter, das Triebwerk und Versuche an der Maschine

Inhaltsverzeichnis:

(Quelle: EADS)

1. Die F-104 entsteht

 

2. Triebwerk General Electric 79-J

 

3. An der Grenze zum Weltraum:  Die NF-104A

 

4. Ungewöhnliche Ideen:  SATS und ZELL

 

5. Kuriose Projekte und Technologieträger

Die F-104 entsteht: Der Lockheed F-104 Starfighter war zum einen das Ergebnis der Lehrer aus dem Koreakrieg, zum anderen schon damals ein Versuch, den Trend zu immer schwereren, komplexeren und teueren Kampfflugzeugen umzukehren. Konzipiert als leichter Luftüberlegenheitsjäger war er als erstes Flugzeug überhaupt in der Lage, die Geschwindigkeiten von mehr als Macht 2 über einen längeren Zeitraum beizubehalten. Obwohl keine Forderung für ein derartiges Flugzeug existierte, begann im November 1952 ein Team der Firma Lockheed unter Leitung von Clarens L. „Kelly“ Johnson mit Studien zum Projekt 242. Nach einer hausinternen Präsentation erhielt Johnson seitens der Firma die Genehmigung, mit seinen Arbeiten fortzufahren, und im Frühjahr 1953 war daraus das Projekt L-246, auch Modell 83 genannt, geworden. Es handelte sich dabei um einen einstrahligen Jäger mit einem zylindrischen spitzt zulaufenden Rumpf, seitlichen Lufteinläufen, einem T-Leitwerk und extrem dünnen Trapezflügeln. Die endgültige Form der Tragflächen wurde in langwierigen Versuchen mit 12,7-cm Feststoffraketen mit entsprechenden Tragflächen North American F-107A: Merkmal ist der Triebwerkslufteinlass oberhalb des Rumpfes des Jagdflugzeugs ermittelt. Die USAF, von der Idee eines leichten Luftüberlegenheitsjägers mittlerweile überzeugt, gab ein General Operatioal Requirement heraus. Die Firmen Republic mit den späteren XF-91, North American mit der NA-212, der späteren glücklosen F-107 A, sowie Nothrop mit der N-102 beteiligten sich ebenfalls an der Ausschreibung. Da der Lockheed-Entwurf am weitesten fortgeschritten war, erging am 12. März 1953 der Bauauftrag für zwei Prototypen mit der Bezeichnung XF-104.

Am 30. April 1954 konnte das Mock-up fertig gestellt und die Entscheidungen bezüglich Bewaffnung und Triebwerk getroffen werden. Als Bewaffnung wählte man eine 20-mm-General-Electic-Vulcan-Gatling-Kanone mit einer Kadenz von 4.000 Schuss pro Minute sowie zwei der neuen Luft-Luft-Raketen vom Typ AIM-9B „Sindwinder“. Als Triebwerk war das neue J79 von General Electic vorgesehen, das aber noch nicht zur Verfügung stand. Als Ersatz kam am ersten Prototypen ein Wright J65 B-3, die US-Lizenzproduktion des britischen Armstrong Siddely „Sapphire“, zum Einsatz. Dieses Triebwerk hatte noch keinen Nachbrenner. 

Das Triebwerk General Electric 79-J:    Die Entwicklung des J-79 bei General Electric durch den deutschstämmigen Gerhard Neumann begann bereits im Jahre 1952. Im Laufe der Zeit entwickelte es sich zu einem der erfolgreichsten militärischen Strahltriebwerke. Das J-79 war die erste Einwellen-Hochdruck Axialturbine der USA mit vorstellbaren Leitschaufeln. Darüber hinaus verfügte es über einen 17-stufigen Verdichter, eine dreistufige Antriebsturbine sowie 10 Rohrbrennkammern. Hervorzuheben war die rasche Schubreaktion auf die Eingabe des Piloten. Durch die variable Austrittsdüse wurde innerhalb der zulässigen Temperaturbegrenzungen eine maximale Schubzuwachsrate erreicht. Im Falle eines Durchstartens erreichte das Triebwerk bereits ca. 4 Sekunden wieder die volle Leistung.

Über einen Zeitraum von mehr als 30 Jahren wurden insgesamt mehr als 17.000 „J-79“ hergestellt. Neben der F-104 , in ihr wurde übrigens der Erstflug der J-79 durchgeführt, fand es weite Verbreitung in anderen militärischen Mustern, z.B. F-4 „Phantom II“, A-5 „Vigilante“ und B-58 „Hustler“.

In Form des „CJ805“ existierte sogar eine zivile Version ohne Nachbrenner, die aber nur in der etwas glücklosen Convair 880/990 eingesetzt wurde.

Mit dem Lizenzbau und der Lieferung des GE J79-11A-Triebwerks für die europäische F-104-Produktion waren 4 Firmen beauftragt:

  • BMW-Triebwerksbau GmbH im München
  • Allach (heute MTU Aero Engines)
  • Fabrique Nationale (FN) in Herstal, Belgien
  • Fiat Aviazione in Turin, Italien

Jede dieser Firmen hatte einen Fertigungsanteile von etwa ein Drittel des Gesamttriebwerkes, wobei jeder Partner seinen Bauanteil für alle Triebwerke lieferte. Die Endmontage erfolgte dann in allen drei Unternehmen, die auch über eigene Prüfstände verfügten.

Die ersten 144 Triebwerke wurden noch aus amerikanischen Bausätzen gefertigt. Das erste Triebwerk mit eigenen Bauanteil lieferte BMW am 30. Januar 1962 aus. Insgesamt wurden 1.228 Triebwerke gefertigt

Die aus dem BMW-Triebwerksbau und der MAN-Turbomotoren hervorgegangenen MTU lieferte noch zusätzlich 50 verbesserte J79-MTU-1K sowie ca. 1000 Umrüstsätze für das J79-11A.   

An der Grenze zum Weltraum:  Die NF-104A --  Das damals allerorten ausgebrochener "Weltraumfieber" machte auch vor dem "Starfighter" nicht Halt. Er erschien als der ideale Astronauten Trainer.

Im Jahre 1963 wurden daher eingemottete F-104A zu "Aerospace-Trainern" umgebaut. Bei diesen nun als NF-104A bezeichneten Maschinen entfernt man die gesamte militärische Ausrüstung, rüstete auf die größere Seitenflosse der D-Version um, vergrößerte die Spannweite und verlängerte das Radom. Außerdem brachte man eine Reihe von mit Wasserstoffperoxyd betriebenen Strahltriebwerken an Nase, Leitwerk und Flächenenden sowie einen Rocketdyne AR-2 Flüssigkeitsraketenantrieb mit 2.722 kp Schub im Seitenleitwerk oberhalb des normalen Triebwerks an (siehe Abbildung). Als Treibstoff diente eine Mischung aus Wasserstoffperoxyd und Kerosin.

Nachdem die NF-104 auf 18.000 m gestiegen war, zeichnete der Pilot das Raketentriebwerk. Es lieferte zwar nur für 10 Sekunden Schub, dies genügte aber, um die Maschine auf rund 25.000 m zu katapultieren. Danach wurde das J79-Triebwerk abgestellt und die Maschine flog ballistisch bis auf rund 36.000 m Höhe weiter. Der Pilot konnte dabei für kurze Zeit Aufgaben in annähender Schwerelosigkeit verrichten.

Zum Einsatz kamen dieser Maschinen bei der „ Aerospace Resurch Pilot School“ in Edwards AFB, die zu diesem Zeitpunkt unter dem Kommando des damals schon legendären Charles „Chuck“ Yeage stand, der 1947 als erster die Schallmauer im Horizontalflug durchbrochen hatte.

Am 6. Dezember 1963 bescherte die NF-104A den USA einen inoffiziellen Höhlenweltrekord von 36.229 m. Der Rekordstand in dieser Zeit bei 34.695 m, gehalten von einer MiG Ye-66A, einer Experimentalausführung der MiG-21. Kurz darauf stieg Major R.W. Smith mit der gleichen NF104A sogar auf 36. 901 Meter.

Am 10. Dezember 1963 verlor „Chuck“ Yeager in einer zweiten NF-104A in einer Höhe von 31.800 m die Kontrolle über die Maschine, als sie sich bei einem Anstellwinkel von 28 Grad aufgeräumte. Die Steuertriebwerke zeigten keine Wirkung und das Flugzeug ging in ein Flachtudeln über. Nach 13 Umdrehungen, nun schon in gerade noch knapp 3.400 m Höhe, betätigte der Pilot den Schleudersitz, nach der 14. Umdrehung schlug die Maschine auf dem Boden auf und explodierte.      

Ungewöhnliche Ideen:  SATS und ZELL -- Um die Abhängigkeit von landen Start- und Landebahnen zu verringern, kamen schon im Jahre 1959 zwei Entwicklungsvorhaben zustande.

  • (Quelle: EADS)SATS (Short Airfield for Tactical Support), in Zusammenarbeit mit dem US Marine Corps, war ein Erprobungsprogramm für Start und Landung auf kurzen Bahnen mit Hilfe von Katapulten und Fanghaken, ähnlich wie auf Flugzeugträgern.1964/65 modifizierte man drei deutsche F-104G entsprechend, u.a. erfolgte eine Verstärkung des Fahrwerks und der Einbau von zwei Katapulthaken. Die Erprobung fand in den USA statt. Insgesamt absolvierte man einige 100 Starts und Landungen mit Erfolg. Indirekt führte dies später zur Einführung von Fanganlagen auf bundesdeutschen Jet-Flugplätzen.
  • Das andere Entwicklungsvorhaben ZELL (Zero Lenght Launch), eine Zusammenarbeit mit Lockheed, gab der F-104G sog. Nullstartfähigkeit, das heißt Start aus dem Stand heraus. Von 1963 an entwickelte Lockheed dieses System zur Serienreife. Es erfolgten mehrere bemannte Starts, zuerst in den USA, ab 1966 dann in Lechfeld.
  • In die Startvorrichtung wurde eine F-104 in einem Winkel von etwa 20 Grad eingehängt. Unter der Maschine befand sich ein abwerfbarer Raketentreibsatz. Beim Start lief die Turbinen mit voller Leistung im Nachbrennerbetrieb, erst dann zündete das Zusatztriebwerk mit seinen 28.000 p Schub. Diese geballte Kraft war für einen raketenähnlichen Start mehr als ausreichend. Innerhalb von nur knapp 8 Sekunden beschleunigte die F-104G auf ca.500 Km/h. Nach dem Start warf der Pilot das Zusatztriebwerk ab und setzte den Flug normal fort.

    (Quelle: EADS)Lockheed-Testpilot Ed Brown flog in Lechfeld fünf erfolgreichen Starts, der deutsche Testpilot Horst Philipp zwei, wobei seine Maschine bereits mit dem neuen Martin-Baker GQ7-Schleudersitz ausgerüstet war. Der C-2-Sitz war als Rettungssystem, besonders bei Start und Landung, nach wie vor mangelhaft. Das Programm beschleunigte die Umrüstung aller F-104G auf den besseren Martin-Baker-Schleudersitz.

Sowohl SATS als auch SELL fielen der geänderten Nato-Strategie zum Opfer und wurden eingestellt.    

Kuriose Projekte und Technologieträger auf Basis der F-104: Für die F-104G führte man in der Bundesrepublik ab 1960 diverse, zum Teil damals schon "gewagte" Studien zur Weiterentwicklung durch. Zur Realisierung gelangte jedoch keine.

(Quelle: EADS)Möglichkeiten einer senkrechtstartfähigen F-104G mit zusätzlichen Hubtriebwerken im Rumpf oder in Tragflächengondeln oder Lösungen für eine kurzstartfähige F-104G mit schwenkbaren Hubtriebwerken standen ab 1960 zur Überlegung an..

Ab 1963 wurden in den wir um Verlängerung und vergrößerte Tiptanks untersucht, um die Reichweite zu steigern. Wesentlich unorthodoxer war das geplante Mitführen von Zusatztanks im Deichselschlepp oder deren Aufnahme im Flug direkt am Boden. Am ungewöhnlichsten aber war der Vorschlag einer doppelrümpfigen F-104G als Begleitjäger für Langstreckenpatrouillen über See.

Ab 1964 untersuchte man eine Reihe von Umbauvorschlägen für doppelsitzige F-104G und ab 1965 dann einen Höhenaufklären mit Staustrahl- oder Raketenantrieb.

Lockheed selbst durchdachte eine Vielzahl von Projektvarianten. Endpunkt war die Entwicklung eines völlig neuen "europäischen" Jagdflugzeuges, CL-1200 „Lancer“ genannt, von dem zwei Exemplare gebaut wurden. Es besaß die Grundstruktur der F-104G, war aber als Schulterdecker mit konventionellem Leitwerk ausgelegt. Sein Pratt & Whitney Torbofan erreichte rund 60% mehr Maximalschub als das J 79-Triebwerk. Gegenüber der F-104G war die Nutzlast mehr als verdoppelt und die Startstrecke halbiert worden. Dennoch fand das Modell keine Kunden. (Quelle: EADS)

Selbst F-104 mit Doppelrumpf wurden konstruiert, aber nie gebaut. > > > > > >

Zwischen 1976 und 1984 unternahm man mit einer umgebauten F-104G bei der damaligen Firma MBB im Regierungsauftrag ausgiebige Versuche zur Erprobung der CCV-Technologie (Control Configured Vehicle). Neben dem Einbau eines Fly-by-Wire-Steuerungssystems war die augenscheinlichste Veränderung die Anbringung von diversen abwerfbarer Gewichten sowie eines zweiten Höhenleitwerkes hinter dem Cockpit. Aus einem aerodynamisch stabilen Flugzeug wurde so ein aerodynamisch instabiles Flugzeug gemacht, das nur mit Computerhilfe geflogen werden konnte. Das Programm war sehr erfolgreich und lieferte eine Fülle von Daten für die Entwicklung von neuen Flugzeugsteuerungssystemen im militärischen und zivilen Bereich.

 

 

Copyright © Lexikon der Flugzeuge und Hubschrauber von Wolfgang Bredow - Berlin, Spandau

 

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