Überschallgeschwindigkeit

Überschallgeschwindigkeit

Korrekt: 9. April 1945 Hans Guido Mutke, der erste Mensch, der die Schallmauer durchbrach

Als Überschallgeschwindigkeit, kurz (der) Überschall, wird die Geschwindigkeit von Objekten bezeichnet, wenn sie größer ist als die Schallgeschwindigkeit, d. h. wenn sich die Objekte schneller bewegen, als sich der Schall im selben Medium ausbreitet.

Überschallflug

Fliegen mit Überschall bedeutet, dass die Fluggeschwindigkeit größer als die Schallgeschwindigkeit in der Umgebung des Luftfahrzeugs ist. In der Flugphysik werden Geschwindigkeiten mit der Schallgeschwindigkeit dimensionslos gemacht und Mach-Zahl genannt (Abkürzung M oder Ma), benannt nach dem Physiker Ernst Mach. Überschallflug heißt also Fliegen mit Ma > 1.

Heinkel He 178

Die Heinkel He 178 war ein Versuchsflugzeug der Ernst Heinkel Flugzeugwerke. Es war das erste Flugzeug der Welt, das von einem Strahltriebwerk angetrieben wurde. Der Erstflug mit Strahlantrieb wurde am 27. August 1939, wenige Tage vor dem Beginn des Zweiten Weltkriegs, von Testpilot Erich Warsitz in Rostock-Marienehe durchgeführt. Er dauerte rund acht Minuten.

Campini-Caproni C.C.2

Die Campini-Caproni C.C.2 (oft als „Campini-Caproni N.1“ bezeichnet) ist ein luftansaugendes, thermojetgetriebenes Flugzeug, das in Italien gebaut wurde. Der Erstflug war am 27. August 1940. Die C.C.2 war das zweite strahlgetriebene Flugzeug der Welt.

Messerschmitt Me 262

Die Messerschmitt Me 262 (Suggestivname: Schwalbe bzw. Sturmvogel), eine Entwicklung der Messerschmitt AGAugsburg, war das erste in Serie gebaute Strahlflugzeug. Zwischen 1943 und 1945 wurden 1433 Exemplare der zweistrahligen Maschine gebaut, von denen im Zweiten Weltkrieg etwa 800 Stück an die Luftwaffe der Wehrmacht ausgeliefert wurden. Das Flugzeug wurde wie die Me 163 und die Heinkel He 280 ab Anfang 1939 mit mittlerer bis geringer Priorität entwickelt. Sie wurde von der NS-Propaganda als Wunderwaffe bezeichnet.

Thermojet (Strahltriebwerk)

Ein Thermojet (auch bekannt als Motorluftstrahltriebwerk, Motorstrahltriebwerk oder seltener Motorjet, auch Campini-System) ist die einfachste Form eines Strahltriebwerks.

Das wahrscheinlich bekannteste Flugzeug, das dieses Antriebsprinzip verwendete, war die italienische Campini-Caproni C.C.2 (auch Campini-Caproni N.1), die im August 1940 zum ersten Mal flog. Für den Antrieb des Kamikaze-Flugzeugs Ōka war ein Ishikawajima Tsu-11-Triebwerk mit Thermojet vorgesehen, diese Entwicklung kam jedoch nicht mehr zum Einsatz.

Die Forschung wurde Ende des Zweiten Weltkriegs eingestellt, als klar war, dass Turbojets (Turbinenluftstrahltriebwerke – TL) die bei weitem bessere Lösung waren und auch ein besseres Leistungsgewicht boten.

Heinkel HeS 3

Das HeS 3 ist ein Strahltriebwerk, das in den 1930er-Jahren von Hans Joachim Pabst von Ohain entwickelt wurde. Mit diesem Triebwerk erfolgte in einer He 178 wenige Tage vor Beginn des Zweiten Weltkriegs der erste Düsenflug der Welt.

Junkers Jumo 004

Das Junkers Jumo 004 war das erste serienreife Strahltriebwerk der Welt. Von Februar 1944 bis März 1945 wurden 6010 Jumo-004-Aggregate der Serienversionen B1 und B2 hergestellt, von denen 4752 Stück zur Auslieferung kamen. Diese wurden vornehmlich für die Messerschmitt Me 262 sowie die Arado Ar 234 verwendet. Die Konstruktion der Junkers Flugzeug- und Motorenwerke wurde in weiterentwickelten Varianten auch nach dem Krieg noch in einigen osteuropäischen Ländern produziert und eingesetzt.

General Electric CJ610

Das General Electric CJ610 ist ein Turbostrahltriebwerk ohne Nachverbrennung, das vom militärischen J85 abgeleitet wurde und in zahlreichen zivilen Geschäftsreiseflugzeugen verwendet wird. Das Modell hat über 16,5 Millionen Betriebsstunden hinter sich. Zivile Versionen wurden in Geschäftsreiseflugzeugen wie dem Learjet 23 und dem HFB 320 Hansa Jet von Hamburger Flugzeugbau eingesetzt. Die Triebwerke kommen auch in flugfähigen Nachbauten der Messerschmitt Me 262 zum Einsatz, die im Rahmen des Me 262-Projekts in den USA gebaut werden. Bei einer Weiterentwicklung, dem CF700, wurde ein heckseitig angebrachter Fan hinzugefügt, der direkt an der frei laufenden Niederdruckturbine montiert ist.

Operation Seahorse

Flugfähige Exemplare der Me 262, Arado Ar 234Heinkel He 219 und Horten IX wurden unter der Leitung von Colonel Harold E. Watson auch in den Hafen von Cherbourg überführt. Die dortige Leitung beim Verladen der Maschinen auf den britischen Flugzeugträger HMS Reaper hatte der Lieutenant Colonel „Bud“ Seashaw, so dass die Operation, davon abgeleitet, schnell den Namen „Seahorse“ erhielt. Die etwa 40 Flugzeuge wurden nach Newark in New Jersey gebracht und von dort zum Newark Army Airfield transportiert. Die für die Erprobung bei der US Navy vorgesehenen Me 262 flogen zur NAS Patuxent River, diejenigen für die USAAF gingen zum Wright Field und dem daran angeschlossenen Freeman Field in Indiana, wo das Foreign Aircraft Evaluation Center beheimatet war. Bei einer Zwischenlandung zum Tanken auf dem Pittsburgh Airport verbrannte Beutenummer 666 nach einem Bremsversagen. Nach dem Ende der Flugtests wurden die verbliebenen Exemplare an das 803rd Special Depot, Orchard Place AirportPark Ridge, Illinois übergeben. Dieser Bestand ausländischer Kampfflugzeuge wurde später auf verschiedene Luftfahrtmuseen in den USA verteilt.

Nachbauten

In den Jahren 2004/2005 wurden in Everett im US-Bundesstaat Washington einige Nachbauten fertiggestellt, die auf dem im National Museum of Naval Aviation in Pensacola ausgestellten Doppelsitzer basieren. Dieser wurde dazu im Rahmen des Projektes restauriert und vermessen. Eine dieser Maschinen, die mit geringem Umbauaufwand sowohl als einsitzige als auch als doppelsitzige Variante geflogen werden kann, gehört der Messerschmitt Stiftung und ist im Flugmuseum Messerschmitt in Manching ausgestellt. Sie flog erstmals am 25. April 2006 mit dem Kennzeichen D-IMTT. Diese Maschine wurde auf der Internationalen Luftfahrtausstellung in Berlin-Schönefeld vom 16. bis 21. Mai 2006 zum ersten Mal vor Publikum geflogen und wird seitdem bei zahlreichen Flugschauen in Europa präsentiert. Im Unterschied zur ursprünglichen Me 262 werden die Nachbauten nicht vom originalen Jumo-Triebwerk, sondern von moderneren General Electric J85/CJ-610 angetrieben, welche in Jets wie dem Gates Learjet, der Northrop F-5 Freedom Fighter oder der Cessna A-37 Dragonfly eingesetzt werden. Dieser Antrieb ist gut verfügbar und zudem auch wesentlich sicherer zu betreiben. Ein deutscher Sammler rekonstruierte unter Verwendung von etwa 35–40 % Originalteilen eine Me 262 A-1a. Nach den Arbeiten, die etwa 20 Jahre in Anspruch nahmen, gab er dieses als Leihgabe an das kleine „Flugzeugmuseum Hangar SW“ in Höfen in Österreich. Es ist in einem Hangar südwestlich des Flugplatz Reutte-Höfen ausgestellt.

Avia S-92

Die tschechoslowakische Flugzeugindustrie produzierte nach dem Zweiten Weltkrieg weiterhin einsitzige (Avia S-92) und zweisitzige (Avia CS-92) Varianten der Me 262. Ab August 1946 wurden insgesamt neun S-92 und drei zweisitzige CS-92 fertiggestellt und Testflüge absolviert. Sie wurden 1947 eingeführt und 1950 an das 5. Jagdgeschwader geliefert. Sie waren die ersten Düsenjäger im Dienst der tschechoslowakischen Luftstreitkräfte. Sie blieben bis 1951 im Einsatz und wurden dann durch sowjetische Düsenjäger ersetzt. Beide Versionen sind im Prager Luftfahrtmuseum in Kbely ausgestellt. Die erste Maschine flog am 27. August 1946. Das Muster blieb bis in die frühen 1950er-Jahre im Einsatz und wurde dann durch Jak-17/Jak-23 und in Lizenz gebaute MiG-15 ersetzt. Die Verfügbarkeit der MiG-15 machte Pläne der jugoslawischen Luftwaffe überflüssig, S/CS-92-Maschinen zu beschaffen. Zudem konnte das blockfreie Jugoslawien später auch US-amerikanische F-84 und F-86 erwerben.

Me 262 Projekt ‘D-IMTT’

Das Me 262-Projekt ist ein Unternehmen, das gegründet wurde, um flugfähige Nachbauten der Messerschmitt Me 262 zu bauen, des ersten einsatzfähigen Düsenjägers der Welt. Das Projekt wurde von der Texas Airplane Factory gestartet und von Classic Fighter Industries verwaltet. Es ist auf dem Paine Field in Everett im US-Bundesstaat Washington in der Nähe von Seattle stationiert. Das Projektteam aus Designern, Ingenieuren und Technikern schloss das Flugerprobungsprogramm 2012 ab und lieferte den ersten von fünf Jets aus. Die Flugzeuge werden von General Electric CJ610-Turbojet-Triebwerken angetrieben, die in detailgetreuen Nachbauten der originalen Triebwerke und Motorgondeln des Junkers Jumo 004B verborgen sind.

Hans Guido Mutke

Hans Guido Mutke (* 25. März 1921 in Neisse; † 8. April 2004 in München) diente im Zweiten Weltkrieg als Jagdflieger in der Luftwaffe, betätigte sich nach dem Krieg zunächst als Verkehrspilot und war später als Arzt in der Luftfahrtmedizin sowie als Gynäkologe tätig.

Zweiter Weltkrieg

Der Sturzflug

Am 9. April 1945 startete Fähnrich Mutke, Mitglied der Umrüstungsstaffel 3 des Ergänzungs-Jagdgeschwaders 2 (EJG 2), mit seiner Messerschmitt Me 262, gekennzeichnet als Weiße 9, von Lagerlechfeld zu einem geplanten Höhenflug. Er stieg in 12.000 m Höhe bei nahezu perfektem Wetter mit einer Sichtweite von über 100 km auf und hörte den Funkverkehr zu, als sein Chefausbilder, Oberstleutnant Heinz Bär, eine P-51 Mustang entdeckte, die sich dem Flugzeug eines Kameraden, Unteroffizier Achammer, von hinten näherte. Mutke ging mit voller Motorleistung in einen steilen Sturzflug von 40°. Beim Durchqueren der Höhe von 12.000 Metern (39.000 Fuß) begann seine Me 262 zu vibrieren und von einer Seite auf die andere zu schwingen. Der Geschwindigkeitsmesser blieb an seinem Limit von 1.100 km/h (684 mph) hängen (die Höchstgeschwindigkeit der Me 262 beträgt 870 Kilometer pro Stunde (540 mph)). Die Schallgeschwindigkeit beträgt in 12.000 Metern (39.000 Fuß) Höhe 1.062 km/h (660 mph), abhängig von den Umgebungsvariablen. Die Schüttelbewegungen wurden stärker und Mutke verlor vorübergehend die Kontrolle über sein Flugzeug. Er berichtete, dass er, als der Geschwindigkeitsmesser immer noch außerhalb des Skalenbereichs lag, versuchte, den unkontrollierbaren Sturzflug durch Verstellen des Anstellwinkels des Hauptleitwerks zu beenden. Statt nur ein schwenkbares Höhenruder zu haben, konnte die Me 262 den Anstellwinkel des ganzen Höhenleitwerks ändern, ein Konstruktionsmerkmal, das später beim Bell X1 hinzugefügt wurde. Plötzlich hörte das Schütteln auf und die Kontrolle war für einige Sekunden wieder gegeben. Mutke drosselte die Geschwindigkeit, seine Triebwerke fielen aus und nach der kurzen Phase ruhigen Flugs setzten die Schüttelbewegungen wieder ein und das Flugzeug begann wieder heftig zu wackeln. Er kämpfte darum, die Kontrolle zurückzuerlangen und die Triebwerke wieder zu zünden, bis er die Geschwindigkeit schließlich auf unter 500 km/h (310 mph) reduzierte. Nach einer schwierigen Landung stellte sich heraus, dass an seinem Flugzeug viele Nieten fehlten und es außerdem verformte Tragflächen hatte. 

Me 262A-1a 500 071 von Hans Guido Mutke ausgestellt im Deutschen Museum.

Theorie

Mutke verstand damals die Gründe für dieses seltsame Verhalten nicht. Erst als er 1947 von den Überschallflügen Chuck Yeagers erfuhr, schrieb er diese Phänomene den Auswirkungen des Überschallflugs zu und behauptete, die Schallmauer durchbrochen zu haben – Jahre vor Yeager. Diese Behauptung ist umstritten, und es gibt zahlreiche andere Piloten und Länder, die den ersten Überschallflug für sich beanspruchen. Mutke behauptete jedoch nie, er sei der erste Mensch gewesen, der die Schallmauer durchbrochen habe, sondern argumentierte, sein Flug sei lediglich ein Beweis dafür gewesen, dass die Me 262 in der Lage war, Mach 1 zu erreichen und zu überschreiten, und dass dies daher anderen deutschen Kampfpiloten bereits vor ihm gelungen sein könnte. Bei einer Reihe sorgfältig kontrollierter Flugtests, die Messerschmitt im Zweiten Weltkrieg durchführte, wurde festgestellt, dass die Me 262 bei einem Sturzflug bei Mach 0,86 außer Kontrolle geriet und dass höhere Mach-Zahlen zu einer Trimmung nach unten führten, der der Pilot nicht mithilfe des Steuerknüppels entgegenwirken konnte. Der dadurch steilere Sturzflug führte zu noch höheren Geschwindigkeiten und zur Selbstzerstörung der Zelle aufgrund übermäßiger negativer G-Kräfte. Nachkriegstests der britischen Regierung bestätigten die Ergebnisse von Messerschmitt, obwohl keines der beiden Flugzeuge Mach 0,86 überschritt. Mutke behauptete, den immer steileren Sturzflug durch Anpassung des Höhenleitwerks der 262 verhindert zu haben. Dies ist die gleiche Technik, die Chuck Yeager in der Bell X-1 verwendet hatte, um den sogenannten Mach Tuck zu vermeiden. Darüber hinaus stimmt Mutkes Beobachtung, dass er während der Beschleunigung kurzzeitig die Kontrolle über das Flugzeug wiedererlangte, mit späteren Berichten über Überschallflüge überein. Nach dem Krieg reichten amerikanische Testpiloten Berichte über die Me 262 ein, in denen auch eine mögliche Geschwindigkeit von Mach 1 erwähnt wurde. Die Kompressibilität in den Staurohren der damaligen Zeit führte häufig zu überhöhten Geschwindigkeitswerten in der Nähe der Schallgeschwindigkeit, insbesondere bei deutschen Geräten, die im Verlauf des Krieges durch Lieferengpässe noch weiter beeinträchtigt wurden. Auch bei amerikanischen Sabrejets und anderen Hochgeschwindigkeitsflugzeugen (einschließlich der Bell X-1) wurden im stark unterschallschnellen Flugbereich (zwischen Mach 0,8 und Mach 1) anomale Luftgeschwindigkeitswerte gemessen. Der Rumpf der Me 262 ohne Flächenregel hätte zusätzlich zu einem sehr hohen transsonischen Luftwiderstand geführt, und ihre Triebwerke waren von Anfang an untermotorisiert und empfindlich. Allerdings hatten auch Flugzeuge wie die Bell X-1, die F-86 Sabre und die Convair F2Y Sea Dart keinen flächenbegrenzten Rumpf, und trotzdem flogen sie nachweislich mit Überschallgeschwindigkeit. Dabei liefert der Triebwerksschub entweder allein oder in Kombination mit der Schwerkraft während eines Sturzflugs genügend Kraft, um das Flugzeug auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen. Aufgrund der Art von Mutkes Kampfflug ist es unmöglich, die genaue Geschwindigkeit seines Flugzeugs zu bestimmen. Auch die genaue Schallgeschwindigkeit bei dieser Temperatur und Höhe lässt sich nur schwer schätzen. Seine Behauptungen lassen sich daher weder beweisen noch widerlegen. Unter Experten wird heftig darüber diskutiert, ob die Me 262 in der Lage war, Schallgeschwindigkeit zu erreichen. Man geht davon aus, dass die Schäden, die Mutke erfuhr, eine Nebenwirkung des Überschall-Luftstroms und der Stoßwellen über verschiedenen Teilen der Flugzeugzelle waren, die als Buffeting bezeichnet werden. Dieser Effekt tritt bei Geschwindigkeiten nahe Mach 1 auf, hört jedoch über Mach 1 auf. Mehrere andere Me 262 erlebten ähnlich seltsame Unfälle oder zerbrachen am Himmel aufgrund von Buffeting und der unterschiedlichen Aerodynamik an der Schallmauer. Auch Piloten alliierter Propellerkampfflugzeuge wie der Supermarine Spitfire, der P-38 Lightning, der P-47 Thunderbolt und der P-51 Mustang hatten häufig von transsonischen Buffeting-Effekten berichtet. Diese Flugzeuge hatten bekanntermaßen maximale Sturzfluggeschwindigkeiten von weniger als Mach 0,85 (bei einer Spitfire wurde jedoch Mach 0,92 gemessen). Alliierte Kampfpiloten berichteten von Überschall-Stoßwellen und platzenden Nieten im Sturzflug, da die Luft, die mit hoher Geschwindigkeit über die Tragflächen strömte, Mach 1 überschritt, obwohl die Vorwärtsfluggeschwindigkeit des gesamten Flugzeugs weit unter dieser Geschwindigkeit lag. Viele Befürworter dieser Behauptung glauben auch, dass die alliierten Mächte nach Kriegsende kein Interesse daran hatten, irgendwelche deutschen Leistungen während des Krieges hervorzuheben. Mutkes Behauptung ist jedoch ohne kontrollierte, experimentelle Bestätigung.

Eine 1999 an der Technischen Universität München durchgeführte computergestützte Leistungsanalyse der Me 262 kam zu dem Schluss, dass die Me 262 tatsächlich Mach 1 überschreiten konnte.

Nach dem Krieg

Nach dem Krieg setzte Hans Guido Mutke in Bern und Zürich sein bereits vor dem Krieg begonnenes Medizinstudium fort und arbeitete mehrere Jahre als Pilot für Fluglinien in Argentinien und Bolivien. Nach seiner Rückkehr nach Deutschland praktizierte er als Frauenarzt, seine Verbindung zur Fliegerei behielt er jedoch als Reserveoffizier bei der Bundeswehr bei. Von 1967 bis Mitte der 1980er Jahre führte er als einer der Pioniere auf diesem Gebiet in seiner Praxis in München heterologe Inseminationen mit Spendersamen (AID) durch, er forschte insbesondere auf dem Gebiet der Verwendung von gefrorenem Spendersamen. Auf diese Weise wurden in seiner Praxis weit über 1000 Kinder gezeugt. Abweichend zu den heutigen Erkenntnissen und dem aktuellen gesetzlichen Stand ging Mutke bei seiner Tätigkeit damals noch davon aus, dass es für die betroffenen Familien psychologisch am besten wäre, wenn sämtliche Informationen über die Tatsache der Zeugung durch eine Samenspende und die Herkunft des Spenders geheim bleiben würden und dieser Umstand dem entstandenen Kind niemals zur Kenntnis gelangen sollte. Darüber hinaus forschte Mutke auch an luft- und raumfahrtmedizinischen Fragestellungen und erhielt mehrere Patente auf diesem Gebiet.

Hans Guido Mutke starb am 8. April 2004 während einer Herzoperation. Seinen Körper hatte er dem Plastinator Gunther von Hagens zur Verfügung gestellt.

Charles Elwood ‘Chuck’ Yeager

Inkorrekt: 14. Oktober 1947 Chuck Yeager, offiziell der erste Mensch, der die Schallmauer durchbrach

Charles Elwood „Chuck“ Yeager (* 13. Februar 1923 in MyraWest Virginia; † 7. Dezember 2020 in Los AngelesKalifornien) war ein US-amerikanischer Fliegerveteran des Zweiten WeltkriegsTestpilot und Brigadegeneral. Als offiziell erster Mensch durchbrach er 1947 die Schallmauer im Horizontalflug. In der Folgezeit stellte Yeager weitere Geschwindigkeits- und Höhenrekorde auf.

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