Welches Nurflügel-Layout? Warum verwendet das Flugzeug der sechsten Generation ein „altes“ Design von vor Jahrzehnten?

Das Nurflügel-Layout bedeutet, wie der Name schon sagt, „Vollflügel“. Dabei entfallen Rumpf und Heckstruktur, sodass die Flügel sämtliche Funktionen des Flugzeugs direkt übernehmen und die gesamte Ausrüstung, der Treibstoff und die Waffen darin integrieren können. Obwohl es wie ein Entwurf aus einem Science-Fiction-Werk aussieht, hat das Nurflügel-Layout tatsächlich eine lange Geschichte. Schon während des Zweiten Weltkriegs begannen die Gebrüder Holden in Deutschland mit diesem Entwurf zu experimentieren, weil sie glaubten, dass er zu revolutionären Flugleistungen führen könnte. Deutschland brauchte damals dringend einen solchen Durchbruch.

So entstand der Horton Ho 229. Dies ist der weltweit erste Kampfjet mit Nurflügel-Design. Seine Flügelfläche ist riesig, etwa 51,8 Quadratmeter, was den Auftrieb erheblich steigern und gleichzeitig den Luftwiderstand verringern sowie die Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit verbessern kann. Die Vorteile der Nurflügelkonstruktion werden insbesondere beim Fliegen mit hoher Geschwindigkeit deutlich, da sie den durch den herkömmlichen Rumpf und das Heck verursachten Luftwiderstand verringern kann. Allerdings kam es zu spät und änderte nichts am Schicksal Deutschlands. Das Ende des Zweiten Weltkriegs bedeutete das Ende der Entwicklung des Horton Ho 229. Obwohl die Vorteile des Nurflügeldesigns offensichtlich waren, wurden viele komplexe Steuerungssysteme damals nicht effektiv gelöst und sein Potenzial nicht vollständig getestet, sodass nur eine revolutionäre Designidee übrig blieb.

Die Amerikaner übernahmen diese Idee und probierten während des Kalten Krieges ebenfalls die Nurflügel-Bauweise aus, und der berühmte Bomber Northrop YB-49 feierte sein Debüt. Dieses Flugzeug verfügte über eine erstaunliche Reichweite und Nutzlast, doch da es kein Heck hatte, gestaltete sich die Flugsteuerung sehr schwierig, und die elektronische Steuerungstechnologie war damals noch nicht ausgereift, sodass es letztlich nicht zum Einsatz im tatsächlichen Kampfeinsatz kam.

Die Vor- und Nachteile der Nurflügelbauweise sind nahezu gleich ausgeprägt.

Lassen Sie uns zunächst über den größten Vorteil sprechen – die Verringerung des Luftwiderstands. Beim Nurflügler sind Flügel und Rumpf eine Einheit, wodurch der Luftstrom während des Fluges gleichmäßiger wird, Wirbel und Wirbelschleppen reduziert werden und so die Flugeffizienz verbessert wird. Gleichzeitig kann durch die Nurflügelkonstruktion ein größerer Auftrieb erzielt und der durch den Heckflügel verursachte Luftwiderstand verringert werden. Bei Hochgeschwindigkeitsflügen und hoher Manövrierfähigkeit ist das Nurflügel-Layout besonders stabil und die Flugleistung wird deutlich verbessert. Schließlich verringert das Nurflügeldesign auf natürliche Weise die Radarreflexionsfläche. Sein stromlinienförmiger Rumpf und weniger spitze Winkel reflektieren weniger Radarwellen. Insbesondere im modernen Stealth-Design ist das Nurflügel-Layout zu einer guten Grundlage für die Stealth-Technologie geworden.

Der Nachteil besteht darin, dass die Flugsteuerung schwierig ist. Da es kein Heck gibt, wird die Flugsteuerung zu einem großen Problem. Bei der frühen Horton Ho 229 wurde versucht, dies durch komplexe Steuerflächen auszugleichen, doch ohne Fly-by-Wire-System war das Flugzeug für den Piloten fast unmöglich zu steuern. Erst als die B-2 Spirit über ein modernes Flugsteuerungssystem verfügte, wurde die Nurflügelkonstruktion tatsächlich im Kampf eingesetzt.

Mit dem technologischen Fortschritt, insbesondere mit Durchbrüchen in der Flugsteuerungstechnologie, der Materialwissenschaft und der Tarnkappentechnologie, ist das Nurflügel-Layout nach und nach zur ersten Wahl für die neue Generation von Kampfjets geworden, weshalb die Flugzeuge der sechsten Generation wie ein Blatt aussehen. Die stromlinienförmige Form und das schwanzlose Design des Nurflügelflugzeugs verringern den Radarquerschnitt (RCS) des Flugzeugs erheblich. Beispielsweise entspricht der RCS eines B-2-Bombers nur dem einer Taube, und bei den Flugzeugen der sechsten Generation wurde dieser Wert noch weiter reduziert, insbesondere bei Blickrichtung nach unten und von der Seite. Die Nurflügelkonstruktion trägt außerdem dazu bei, dass das Flugzeug der sechsten Generation seine Überschall-Reisefähigkeit verbessert, den Luftwiderstand verringert, ein höheres Auftriebs-Luftwiderstands-Verhältnis aufweist und die Treibstoffeffizienz sowie Reichweite deutlich verbessert.

Das Nurflügel-Layout bietet nicht nur Vorteile hinsichtlich der aerodynamischen Form, es macht auch die Innenausstattung des Flugzeugs kompakter, erhöht die Flexibilität des Flugzeugs und eignet sich für Mehrzweckjäger. Durch die Hinzufügung der Schubvektortechnologie und der KI-gestützten Flugsteuerung verschwinden die Mängel des Nurflügel-Layouts fast vollständig, und es bleiben nur seine zahlreichen Vorteile übrig.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird. Autor: Rocket Uncle Science Popularization Autor

Gutachter: Zhang Zhang, Forscher am Beijing Institute of Space Mechatronics

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.