Imperial War Museum Duxford

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Concorde - BAC / Aerospatiale: Das erste erfolgreiche Überschall-Passagierflugzeug der Welt im Linienflugdienst

Die Concorde war eines der bemerkenswertesten Flugzeuge der Welt und eine hoch extravagante Erscheinung. Die Concorde gehört zu den berühmtesten Flugzeugen der Geschichte und war das erste Überschallflugzeug für planmäßige Passagierflüge. Diese begannen am 21. Januar 1976, als Air France und British Airways von Paris nach Rio de Janeiro, bzw. London nach Bahrein flogen. Wegen der Überschallschleppe (typischer Doppelknall) kann die Maximalgeschwindigkeit nur auf dem Ozean erreicht werden. Über Land fliegt die Concorde im Unterschallbereich.

Die Kabinenbreite beträgt nur knapp 2,90 Meter. Ein separater Frachtraum ist nicht vorhanden. Bei diesen Maßen ist nur eine Bestuhlung von vier Sitzen nebeneinander und einem Mittelgang möglich. Die Passagierkapazität ist daher beschränkt: Je nach Sitzreihenabstand finden zwischen 100 und 128 Fluggäste Platz. Für das Wohl der Passagiere sorgt eine 6-köpfige Besatzung, im Cockpit sitzt eine 3-köpfige Crew.

Die Concorde hat ein maximales Startgewicht von 185 Tonnen. Über die Hälfte des Startgewichts geht auf das Konto des Treibstoffs (circa 120 000 Liter). Die Triebwerke verbrauchen ca. 20 Tonnen Kerosin pro Stunde. Dies bedeutet bei 2.000 km/h einen Verbrauch von 1.250 Liter auf 100 Kilometer. Damit erzielt die Concorde eine Reichweite von rund 5.900 Kilometer. Deshalb gelangt sie gerade von London oder Paris nach New York im Direktflug. Bei einem Flug von (z.B.) London nach Südamerika müsste sie in Lissabon zum Auftanken zwischenlanden.

Zum Vergleich: Der Treibstoffverbrauch einer Boeing-747 “Jumbo” beträgt knapp die Hälfte von dem der Concorde. Bei gleichem Vorrat von rund 70 Tonnen hat ein Jumbo damit eine Reichweite von etwa 12.000 Kilometer, kann aber etwa 350 bis 400 Passagiere transportieren.

Das Überschallflugzeug Concorde fliegt doppelt so schnell wie der Schall. Die hohe Zielsetzung der erreichbaren Geschwindigkeit erforderte einen Konstruktionsaufwand, der sich wenig an der Wirtschaftlichkeit orientierte, wohl aber an der unbedingten Machbarkeit. Zu der Machbarkeit gehörte auch, deutlich enger an die Grenzen der Belastbarkeit zu gehen.

Im Überschallflug erhitzt sich die Außenhaut des Flugzeugs beträchtlich. Herkömmliche Leichtmetallegierungen und standardmäßige Konstruktionsmethoden der meisten Teile können den Auswirkungen der kinetischen Erwärmung bei dieser Geschwindigkeit gerade noch standhalten. Der Bug der Concorde ist einer Temperatur von rund 150°C und die Flügelvorderkante 130°C ausgesetzt. Die übrigen Flächen erhitzen sich auf unter 125°C. Dadurch verlängert sich die Cocorde um bis zu 30 cm.

Um der Erwärmung standzuhalten, bestehen die grundlegenden Formteile aus einer speziellen hitzebeständigen Aluminiumlegierung, die anfänglich für Bauelemente der Turbojet-Triebwerke entwickelt wurden. Die Zähfestigkeit dieser Legierung wird erst bei Temperaturen von mehr als 130°C in Mitleidenschaft gezogen. Bis 130°C ist die Dauerfestigkeit jedoch gut. Bei der Concorde wurde eine Verbesserung der Dauerfestigkeit erreicht, die bei 150°C immer noch gut war. Um die Zelle dennoch aus dem üblichen Leichtmetall herstellen zu können, wurde bei der Concorde die Maximalgeschwindigkeit auf Mach 2,2 begrenzt. Bei dieser Geschwindigkeit erhitzt sich die Außenhaut lediglich auf 125 Grad Celsius, so dass bis zur Differenz von 150 Grad noch genügend Sicherheitsabstand bestand . Um die Sicherheit nicht zu verringern, war der Überprüfungsaufwand während des Fluges und am Boden erheblich größer als sonst. In den Tragflächen wirkt das Kerosin in den integrierten Tanks als Kühlblock.

Trotzdem dehnt sich die Concorde wegen der Hitze etliche Zentimeter im Überschallflug aus. Ein bei Mach 2,2 entstandener Spalt zwischen (z.B.) zwei Schränken, in den man bequem seine Handfläche stecken kann, ist beim Langsamflug, bzw. am Boden nicht mehr vorhanden. Die Einbauten stehen wieder bünbig.

Um schneller als der Schall fliegen zu können, benötigt das Flugzeug eine besondere Flügelform, die sogenannten Deltaflügel. Diese sind aber im Langsam-Flug - also bei Start und Landung - aerodynamisch ungünstig, weil Deltaflügel wegen der fehlenden Wölbung der Tragflächenoberseite keinen Auftriebssog erzeugen. Daher kann die Concorde nur mit Hilfe von Nachbrennern - wie sonst nur beim Kampfjet - starten, die kurzfristig 20 Prozent mehr Schub bringen, weil die erforderliche höhere Startgeschwindigkeit ausgeglichen werden muss.

Technische Kurzbeschreibung:

  • Rumpf: Ganzmetall-Halbschalenbauweise; Rumpfnase um 17,5° absenkbar.
  • Tragflächen: freitragender Tiefdecker; Ganzmetall-Deltaflügel mit mehreren Holmen; vordere Flügelteile als Einzelteile an den Rumpf angebaut; drei Klappen an jeder Flächen-Hinterkante; elektrische Nasenenteisung.
  • Leitwerk: Seitenleitwerk in Ganzmetallbauweise; zwei Seitenruder; keine Enteisung.
  • Fahrwerk: einziehbares Bugfahrwerk mit Zwillingsrädern und 2 Haupt-Fahrwerksschlitten mit je vier Rädern; einziehbarer Sporn.
  • Prototyp: Nicht verglastes Visier, Bug konnte nur auf 12.5° (statt 17.5°) abgesenkt werden.

Technische Daten:

Spannweite

25,56 m

Länge

62,74 m

Höhe

11,32 m

Höhenleitwerk (Fläche)

32 m2 (incl. Querruder)

Seitenleitwerk (Fläche)

10,4 m²

Rumpfdurchmesser

2,88 m innen

Kabinenlänge

39,32 m

Max. Kabinenbreite

2,63 m

Max. Kabinenhöhe

1,96 m

Kabinenvolumen

238 m³

Flügelfläche

358,25 m²

Flächenbelastung

517 kg/m²

Fahrwerk (Spur)

7,7 m

Fahrwerk (Radstand)

18,2 m

Max. Tankkapazität

ca. 120.000 Liter

Max. Rollgewicht

186.880 kg

Max. Startgewicht

185.065 kg

Max. Landegewicht

ca. 110.000 kg

Höchstgeschwindigkeit

2.639 km/h

Höchstgeschwindigkeit

2,2 Mach

Max. Reisegeschwindigkeit

2.180 km/h / 2,04 Mach

Startgeschwindigkeit

ca. 380 km/h

Landegeschwindigkeit

300 km/h

Startrollstrecke

2.800 m bis 3.400 m

Landerollstrecke

ca. 2.000 m bis 2.220 m

Max. Steigleistung

25 m/s

Max. Flughöhe

ca. 18.300 m

Max. Reichweite

ca. 8.330 km

Max. Passagiere

125 bei 86 cm Bestuhlung

Max. Passagiere

100 bei 94 cm Bestuhlung

Frachtvolumen

ca 20 m³ (Unterflur)

Besatzung

3

Triebwerke

Rolls Royce / SNECMA Olympus

.

593 Mk 610

Triebwerksanzahl

4

Schubkraft (Dauer)

4 x 13.060 kp

Schubkraft (Start)

4 x 14.220 kp

Schubkraft mit Nachbrenner

4 x 17.260 kp

Geräuschpegel (Start)

ca. 120 dB

Verbrauch

50.000 lbs/h

Rolls Royce / SNECMA Olympus 593 Mk. 610

Zusammen mit der SNECMA wurde das Olympus 593 für die Concorde entwickelt. Das Triebwerk wurde aus dem Olympus 22R-320 entwickelt, ein Strahltriebwerk, das ursprünglich beim Versuchsflugzeug BAC TSR.2 verwendet wurde. SNECMA übernahm dabei 40 % der Arbeiten und entwickelte Schubdüse, Schubumkehrvorrichtung, Schalldämpfer und Nachbrenner, während Bristol Engine Division von Rolls-Royce für das Rumpftriebwerk zuständig war.

Dabei handelt es sich um ein Zweitrommeltriebwerk, und die beiden Niederdruckkompressoren haben sieben Stufen. Das Verdichtungsverhältnis beträgt 1:14,8. Der Luftstrom steht beim Eintritt in das Triebwerk unter einem Druck von 2 bar und hat eine Temperatur von 150°C. Dies steht im krassen Gegensatz zur Außentemperatur von 0.07 bar und einer Außentemperatur von -57°C in 18.300 m Höhe. Daher wird der Druck auf ca. 5,8 bar und die Temperatur auf 550°C durch mechanische Verdichtung erhöht, respektive angeglichen.

Die Form der Düse muß folglich den unterschiedlichen Flugbedingungen permanent angepaßt werden können. Bei etwa 1.500 km/h wird z.B. die Düse geschlossen, und durch darüber- und darunterliegende Hilfseinlaßöffnungen strömt zusätzliche Luft ein. Bei Reisegeschwindigkeit über Mach 2 ist die Düse jedoch vollständig geöffnet. Nach der Landung wird die Schubumkehr in Betrieb genommen. Hierzu entweicht der Gasstrom durch herkömmliche Kaskaden oben und unten, die sich direkt hinter den Zusatzklappen der Düse befinden (siehe Foto).

Die 4 Rolls-Royce Bristol/SNECMA Olympus Triebwerke erzeugten eine Schubkraft von jeweils rund 15.000 kp. Sie sind außenbords des Hauptfahrwerks in zwei Triebwerkzellen unter der Tragfläche montiert. Auf diese Weise sind die Ansaugöffnungen durch den Überstand der Tragflächen geschützt, und dies sorgt für einen geradlinigeren Luftstrom und reduziert die negative Wirkung der Anstellwinkelveränderung bei Starts und Landungen auf die Ansaugleistung auf ein Mindestmaß. Wie bereits erwähnt, hängt die Leistungsfähigkeit eines Überschalltriebwerkes hauptsächlich von der Leistungsfähigkeit der Ansaugöffnung und Abgassysteme ab. Bei der Concorde verfügen die Ansaugöffnungen daher über eine verstellbare Rampe. Damit kann die Luftzufuhr zum Triebwerk reguliert werden.

Für den erheblichen Kerosinbedarf mußten die Ingenieure Platz finden. Sie verteilten daher die großen Tanks in den gesamten Flügelflächen und im Rumpf. Um die Flugeigenschaften nicht zu beeinträchtigen, wurde ein System installiert, mit dem das Kerosin während des Fluges in den Tanks wie gewünscht verteilt werden kann.

Das Treibstoffsystem der Concorde wird nicht nur zur Treibstoffversorgung der Triebwerke benutzt, sondern auch zur Kühlung und Veränderung der Trimmlage. Jede Haupttankgruppe hat zwei Sammeltanks, die stets gefüllt sind und die Triebwerke auf ihrer Seite mit Treibstoff versorgen. Besondere Tanks am Ende jeder Rumpfseite werden zur Trimmung benutzt, um das Flugzeug in der Waage zu halten, d.h. um das korrekte Verhältnis zwischen Schwerpunkt und aerodynamischem Druckzentrum aufrechtzuerhalten. Treibstoff wird beim Start und während die Maschine auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt nach hinten gepumpt, und nach vorne, wenn der Flug im Unterschallbereich fortgesetzt wird. Während des Überschallflugs wird der Schwerpunkt innerhalb enger Richtwerte gehalten. Die verwendete Triebwerksregelung von Lucas war das erste einsatzbereite FADEC der zivilen Luftfahrt.

Technische Daten des Olympus 593 Mk. 610

    Länge: 4.039 mm, mit Düse: 7.112 mm
    Einlaufdurchmesser: 1.212 mm
    Gewicht: 2.971 kg (6,550 lb), mit Nachbrenner, Düse und Schubumkehr: 3.175 kg
    Schub: trocken 139,4 kN, mit Nachbrenner: 169,2 kN
    Luftdurchsatz: 186 kg/s
    Verdichtungsverhältnis: 15,5:1

Concorde - Rolls-Royce - Snecma Olympus 593

 

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