Lockheed L-2000 - Lockheed L-2000

Lockheed L-2000
Lockheed L-2000 mockup.jpg
Vollständiges Modell des L-2000-7-Designs
Rolle Überschallflugzeug
Hersteller Lockheed Corporation
Status 1971 abgesagt

Die Lockheed L-2000 war der Beitrag der Lockheed Corporation zu einem von der Regierung finanzierten Wettbewerb zum Bau des ersten Überschallflugzeugs der USA in den 1960er Jahren. Der L-2000 verlor den Vertrag an die Boeing 2707 , aber dieses konkurrierende Design wurde letztendlich aus politischen, ökologischen und wirtschaftlichen Gründen annulliert.

1961 verpflichtete Präsident John F. Kennedy die Regierung, 75% der Entwicklung eines Verkehrsflugzeugs zu subventionieren, um mit der damals in Entwicklung befindlichen anglo-französischen Concorde zu konkurrieren . Der Direktor der Federal Aviation Administration (FAA), Najeeb Halaby , entschied sich dafür, das Design der Concorde zu verbessern, anstatt sich direkt mit ihr zu messen. Die SST , die möglicherweise einen bedeutenden Fortschritt gegenüber der Concorde darstellte, sollte 250 Passagiere befördern (eine große Anzahl zu dieser Zeit, mehr als doppelt so viele wie die Concorde), mit Mach  2,7-3,0 fliegen und eine Reichweite von 4.000 haben 7.400 km.

Das Programm wurde am 5. Juni 1963 gestartet, und die FAA schätzte, dass es bis 1990 einen Markt für 500 SST geben würde. Boeing , Lockheed und North American antworteten offiziell. Das Design von North American wurde bald abgelehnt, aber die Designs von Boeing und Lockheed wurden für weitere Studien ausgewählt.

Design und Entwicklung

Frühe Designstudien

Der CL-823 verwendete einen Flügel mit Kurbelpfeil und vergrabene Motoren, der L-2000 hatte ein zusammengesetztes Delta und Motoren mit Pods und war insgesamt größer.

Die meisten großen US-Luftfahrtunternehmen haben in den 1950er Jahren mindestens einige Zeit damit verbracht, sich mit SST-Designs zu befassen. Die ersten Versuche von Lockheed stammen aus dem Jahr 1958. Lockheed suchte ein Flugzeug mit einer Reisegeschwindigkeit von rund 3.200 km / h (2.000 Meilen pro Stunde) mit Start- und Landegeschwindigkeiten, die mit denen großer Unterschalljets der gleichen Zeit vergleichbar waren.

Frühe Entwürfe folgten Lockheeds sich verjüngendem geraden Flügel, ähnlich dem des F-104 Starfighter , mit einem deltaförmigen Canard für aerodynamische Trimmung. Bei Windkanaltests zeigte diese Konstruktion erhebliche Verschiebungen im Druckmittelpunkt (C / L) des Flugzeugs . Diese würden große Trimmänderungen erfordern, wenn das Flugzeug die Geschwindigkeit ändert, was einen Trimmwiderstand verursacht .

Ein Delta-Flügel wurde ersetzt, der einen Teil der Bewegung erleichterte, aber als nicht ausreichend angesehen wurde. Lockheed wusste, dass eine variable Geometrie und ein Schwingflügeldesign dieses Ziel erreichen konnten, fand es jedoch zu schwer: Sie bevorzugten eine Starrflügellösung. Im schlimmsten Fall waren sie bereit, ein Starrflügelflugzeug mit Treibstoff für Ballast zu entwerfen.

Bis 1962 kamen Lockheed mit einem stark gepfeilten, gekröpft Pfeil Entwurf , die vier Motor Schoten in den Flügeln begraben und ein canard. Die Verbesserung war näher an ihrem Ziel, aber immer noch nicht optimal.

Bis 1963 verlängerten sie die Vorderkante des Flügels nach vorne, um die Notwendigkeit des Canards zu beseitigen, und formten den Flügel in eine Doppeldelta-Form mit einer leichten Drehung und Wölbung um . Dies, zusammen mit einer sorgfältigen Formgebung des Rumpfes, war in der Lage, die Verschiebung des Druckzentrums zu steuern, die durch den stark nach vorne geschwungenen Teil des Flügels verursacht wurde, der den Auftrieb überschallt. Die Motoren wurden von den in den Flügeln vergrabenen auf einzelne unter den Flügeln hängende Hülsen verlagert.

Spätere Designstudien

Künstlerkonzept eines L-2000 in Pan Am- Lackierung in voller Höhe mit vollem Nachbrenner (oben) und ausgefahrenem Fahrwerk

Das neue Design wurde als L-2000-1 bezeichnet und war 70 m lang und hatte einen schmalen Rumpf mit einer Breite von 335,2 cm (132 Zoll), um den aerodynamischen Anforderungen gerecht zu werden. So konnten fünf Sitzplätze nebeneinander im Reisebus und vier Sitzplätze für Passagiere eingesetzt werden - Erstes Arrangement in erstklassigen Sitzgelegenheiten. Eine typische Sitzanordnung mit gemischten Klassen würde etwa 170 Passagieren entsprechen, wobei die Layouts mit hoher Dichte mehr als 200 Passagiere umfassen würden.

Der L-2000-1 verfügte über eine lange, spitze Nase, die oben fast flach und unten gebogen war, was eine verbesserte Überschallleistung ermöglichte und zum Starten und Landen heruntergeklappt werden konnte, um eine ausreichende Sichtbarkeit zu gewährleisten. Das Flügeldesign zeigte eine scharfe Innenbordbewegung von 80 ° nach vorne, wobei der verbleibende Teil der Vorderkante des Flügels um 60 ° nach hinten gekehrt wurde, mit einer Gesamtfläche von 778 m². Die hohen Pfeilungswinkel leistungsstarken erzeugen Wirbel an der Vorderkante , die zu hohen Auftrieb bei moderaten erhöhten Anstellwinkeln , dennoch beibehalten noch stabil Luftstrom über die Steuerflächen bei einem Strömungsabriß . Diese Wirbel lieferten auch eine gute Richtungskontrolle, die etwas mangelhaft war, da die Nase bei niedrigen Geschwindigkeiten herabgesunken war. Der Flügel war zwar nur 3% dick, bot jedoch aufgrund seiner großen Fläche einen erheblichen Auftrieb, der mit Hilfe des Wirbelauftriebs Start- und Landegeschwindigkeiten ermöglichte, die mit denen einer Boeing 707 vergleichbar waren . Zusätzlich ist ein Deltaflügel eine von Natur aus starre Struktur, die nur eine geringe Versteifung erfordert.

Das Fahrwerk des Flugzeugs war ein traditioneller Dreirad-Typ mit einem zweirädrigen Bugfahrwerk. Jedes der beiden sechsrädrigen Hauptgetriebe verwendete die gleichen Reifen wie der Douglas DC-8 , die jedoch mit Stickstoff gefüllt waren und den Druck senkten.

Um ein optimales Datum für die Inbetriebnahme zu gewährleisten, entschied sich Lockheed für ein verstärktes Turbofan- Derivat des Pratt & Whitney J58 . Der J58 hatte sich bereits auf dem streng geheimen Lockheed A-12 (und anschließend auf dem Lockheed SR-71 Blackbird) erfolgreich als Hochdruck-Triebwerk mit hohem Schub bewährt . Da es sich um einen Turbofan handelte, wurde er als solcher angesehen Leiser als ein typischer Turbostrahl in geringer Höhe und bei niedriger Geschwindigkeit, erforderte keinen Nachbrenner für den Start und ermöglichte reduzierte Leistungseinstellungen. Die Triebwerke wurden in zylindrischen Hülsen mit einem keilförmigen Verteiler und einem quadratischen Einlass angeordnet, der das Einlasssystem für das Flugzeug bereitstellte. Der Einlass wurde mit dem Ziel entworfen, keine beweglichen Teile zu benötigen und war von Natur aus stabil. Um das Geräusch von Überschallknallen zu reduzieren , anstatt die Schallmauer in einer idealeren Höhe von 9.144 m (30.000 ft) zu durchdringen, wollten sie sie stattdessen in einer Höhe von 12.802 m (42.000 ft) durchdringen. An heißen Tagen wäre dies nicht möglich, aber an normalen Tagen wäre dies erreichbar. Die Beschleunigung würde durch die Schallmauer auf Mach 1.15 fortgesetzt, und an diesem Punkt wären Schallknalle am Boden hörbar. Das Flugzeug würde präzise steigen, um den Schallknall zu minimieren. Nach einer anfänglichen Abflachung auf 21.793 m (71.500 ft) würde das Flugzeug nach oben klettern und schließlich 23.317 m (76.500 ft) erreichen. Abfahrten würden auch präzise durchgeführt, um die Schallknallpegel zu verringern, bis die Unterschallgeschwindigkeit erreicht ist.

Bis 1964 gab die US-Regierung neue Anforderungen an das SST-Programm heraus, nach denen Lockheed ihr Design ändern musste, das inzwischen als L-2000-2 bezeichnet wird . Das neue Design hatte zahlreiche Modifikationen am Flügel; Eine Änderung war das Abrunden der Vorderseite des Vorwärtsdeltas, um die Pitch-Up- Tendenz zu beseitigen . Um die aerodynamische Effizienz bei hohen Geschwindigkeiten zu erhöhen, wurde die Dicke des Flügels auf 2,3% reduziert, die Vorderkanten wurden schärfer gemacht, die Schwenkwinkel wurden von 80/60 ° auf 85/62 ° geändert und der Vorwärtsrichtung wurden erhebliche Verdrehungen und Wölbungen hinzugefügt Delta; Ein Großteil des hinteren Deltas wurde nach oben gedreht, damit die Elevons bei Mach 3.0 bündig bleiben konnten. Zusätzlich wurden an der Unterseite des Rumpfes, an der sich die Flügel befinden, Flügel- / Körperverkleidungen angebracht, so dass eine normal geformte Nase verwendet werden kann. Um die Leistung bei niedriger Geschwindigkeit beizubehalten, wurde das hintere Delta erheblich vergrößert. Um die Nutzlast zu erhöhen, wurde an der Hinterkante eine Vorwärtsbewegung von 10 ° vorgenommen, die den inneren Teil des Flügels nach hinten verlängerte. Die neue Nase reduzierte die Gesamtlänge auf 65,2 m (214 Fuß), während praktisch die gleichen Innenabmessungen beibehalten wurden. Die Spannweite war identisch wie zuvor, und trotz des dünneren Flügels ermöglichte die vergrößerte Flügelfläche von 838,5 m² die gleiche Startleistung. Das Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand des Flugzeugs stieg von 7,25 auf 7,94.

Im Laufe der Entwicklung des L-2000-2 wurde der zuvor von Lockheed ausgewählte Motor nicht mehr als akzeptabel angesehen. In der Zeit zwischen L-2000-1 und L-2000-2 entwickelten Pratt und Whitney einen neuen Turbofan mit Nachverbrennung namens JTF-17A , der mehr Schub erzeugte. General Electric entwickelte den GE4 , einen nachverbrannten Turbostrahl mit variablen Leitschaufeln, der auf Meereshöhe zwar der weniger leistungsstarke der beiden war, in großen Höhen jedoch mehr Leistung erzeugte. Beide Motoren benötigten während der Fahrt einen gewissen Nachbrenner. Das Design von Lockheed bevorzugte den JTF-17A gegenüber dem GE-4, aber es bestand das Risiko, dass GE den Motorwettbewerb gewinnen und Lockheed den SST-Auftrag gewinnen würde. Daher entwickelten sie neue Motorgehäuse, die beide Motoren aufnehmen konnten. Aerodynamische Modifikationen ermöglichten die Verwendung eines kürzeren Motorgehäuses, das ein neues Einlassdesign verwendete. Dieser Einlass wies minimale Außenverkleidungswinkel auf und war präzise konturiert, um eine Hochdruckwiederherstellung ohne bewegliche Teile zu ermöglichen, und ermöglichte maximale Leistung mit beiden Motoroptionen. Um einen zusätzlichen Luftstrom zur Geräuschreduzierung zu ermöglichen oder die Leistung des Nachbrenners zu unterstützen, wurde dem hinteren Teil des Pods ein Satz Ansaugtüren hinzugefügt. Ein Teil der Düse könnte als Schubumkehrer bei Geschwindigkeiten unter Mach 1,2 verwendet werden , um die Fähigkeit zum Bremsen in der Luft für schnelles Abbremsen und schnelles Absenken bereitzustellen und das Bremsen am Boden zu unterstützen . Die Kapseln wurden auch auf dem neuen Flügel neu positioniert, um sie besser vor plötzlichen Änderungen des Luftstroms zu schützen.

Durch den zusätzlichen Schub der neuen Motoren konnte das Eindringen von Überschall unter praktisch allen Bedingungen auf bis zu 13.716 m (45.000 ft) verzögert werden. Da zu diesem Zeitpunkt die Möglichkeit eines Überschall-Überlandfluges noch als Option in Betracht gezogen wurde, erwog Lockheed auch größere Versionen der L-2000-2B mit geringerer Reichweite. Alle Konstruktionen wogen genau das gleiche, mit einem neuen Heckdesign, Änderungen der Rumpflänge, Verlängerungen des vorderen Deltas, erhöhter Kapazität und Schwankungen der Kraftstoffkapazität. Die größte Version bot Platz für 250 inländische Passagiere, während die mittlere Version eine transatlantische Kapazität mit 220 Passagieren aufwies. Trotz der Änderungen der Rumpflänge gab es keinen nennenswerten Anstieg des Risikos, dass sich das Flugzeug beim Start zu weit nach oben neigt (Überdrehung).

Designwettbewerb

Bis 1966 nahm das Design seine endgültige Form als L-2000-7A und L-2000-7B an . Die L-2000-7A verfügte über einen neu gestalteten Flügel und einen Rumpf, die auf 83 m verlängert wurden. Der längere Rumpf bietet Platz für 230 Passagiere in gemischten Klassen. Der neue Flügel wies ein proportional größeres Vorwärtsdelta auf, wobei die Verdrehung und Krümmung des Flügels stärker verfeinert wurde. Trotz der gleichen Flügelspannweite wurde die Flügelfläche auf 875 m² (9.424 ft²) mit einem leicht verringerten 84 ° -Rücklauf und einem erhöhten 65 ° -Delta-Hauptflügel mit verringertem Vorwärtsschwenk entlang der Hinterkante vergrößert. Im Gegensatz zu früheren Versionen verfügte dieses Flugzeug über eine Vorderkantenklappe, um den Auftrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten zu erhöhen und eine leichte Auslenkung nach unten zu ermöglichen. Der Rumpf veränderte aufgrund der größeren Länge das Flügeldesign und versuchte, den Luftwiderstand weiter zu verringern. Er wies eine leichte vertikale Ausdünnung des Rumpfes auf, in dem sich die Flügel befanden, und einen deutlicheren Flügel- / Körper- "Bauch", um Treibstoff und Fracht zu transportieren , eine längere Nase und einen raffinierten Schwanz. Da das Flugzeug nicht mehr so ​​richtungsstabil war wie zuvor, verfügte das Flugzeug über eine Bauchflosse, die sich an der Unterseite des hinteren Rumpfes befand. Der L-2000-7B wurde unter Verwendung einer verlängerten Kabine und eines stärker nach oben gekrümmten Hecks auf 89 m verlängert, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Heck bei Überdrehung auf die Landebahn trifft. Beide Konstruktionen hatten das gleiche maximale Gewicht von 267.600 kg und das aerodynamische Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand wurde auf 8: 1 erhöht.

Full-Scale - Attrappen der Boeing 2707-200 und L-2000-7 Entwürfe wurden den FAA vorgestellt und am 31. Dezember 1966 die Boeing Design ausgewählt wurde. Das Lockheed-Design wurde als einfacher in der Herstellung und weniger riskant beurteilt, aber seine Leistung während des Starts und bei hoher Geschwindigkeit war etwas geringer. Aufgrund des JTF-17A wurde auch vorausgesagt, dass der L-2000-7 auch lauter ist. Das Boeing-Design wurde als fortschrittlicher angesehen, was einen größeren Vorsprung gegenüber der Concorde darstellt und somit besser zum ursprünglichen Designmandat passt. Boeing änderte schließlich sein fortschrittliches Flügeldesign mit variabler Geometrie in einen einfacheren Delta-Flügel, ähnlich dem von Lockheed, jedoch mit einem Heck. Die Boeing SST wurde schließlich am 20. Mai 1971 abgesagt, nachdem der US-Kongress am 24. März 1971 die Bundesfinanzierung für das SST-Programm eingestellt hatte.

Technische Daten (L-2000-7A)

Daten von

Allgemeine Charakteristiken

Performance

  • Höchstgeschwindigkeit: Mach 3
  • Reichweite: 4.000 nmi (4.600 mi, 7.400 km)
  • Servicedecke: 23.300 m
  • Tragflächenbelastung: 62,61 lb / sq ft (305,7 kg / m 2 )

Siehe auch

Flugzeuge mit vergleichbarer Rolle, Konfiguration und Ära

Verwandte Listen

Verweise

Weiterführende Literatur

  • Boyne, Walter J , Jenseits der Horizonte: Die Lockheed-Geschichte . New York: St. Martin's Press, 1998. ISBN   0-312-19237-1 .
  • Francillon, René J, Lockheed Aircraft Seit 1913 . Annapolis, Maryland: Naval Institute Press, 1987. ISBN   0-87021-897-2 .

Externe Links