Forschungsflugzeuge – Grundlagenuntersuchungen

Im Bereich der angewandten Forschung werden Flugzeuge eingesetzt, die von der Konzeption her nur als Versuchsflugzeuge gedacht sind. Es werden grundlegende Lösungen für technisch-wissenschaftliche Fragestellungen im Bereich der Aerodynamik, des Triebwerkbaus und der grundlegenden Auslegung von Flugzeugen gesucht. Ebenso kann unter diesem Punkt die Forschungstätigkeit im Zusammenhang mit der technischen Umsetzbarkeit von physikalischen Effekten, die als im Flugzeugbau verwendbar angesehen werden, eingeordnet werden.

Die Konstruktionen, die in der Anfangszeit der Luftfahrt entstanden, kann man im weiteren Sinne generell als Forschungsflugzeuge bezeichnen, da nur wenig über die physikalischen Grundlagen der Aerodynamik und über die baulichen Anforderungen an ein sicheres Flugzeug bekannt war. Jedes neu gebaute Flugzeug unterschied sich, zumindest in Details von seinem Vorgänger, da die zuvor gewonnenen Erkenntnisse berücksichtigt wurden.

Eines der ersten Versuchsflugzeuge mit einem Forschungszweck im engeren Sinne war sicher die Junkers J1, die 1915 zum ersten Mal flog. Das Untersuchungsziel war die grundlegende Erprobung neuer Konstruktionsprinzipien. Dazu gehörten:

• Freitragende Ganzmetallbauweise
• Neuartiger konstruktiver Aufbau ähnlich einem Monocoque, mit einer teilweisen Aufnahme von Kräften durch die Flugzeughaut.

Zu dieser Kategorie gehört die Mehrzahl der US-amerikanischen Flugzeuge, die von der NASA und der USAF betrieben wurden und Bezeichnungen innerhalb der „X“ Reihe erhielten.

Weitere Beispiele:

• Junkers Ju 49 – Höhenforschungsflugzeug der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL)
• He 176 – Erprobung neuartiger Antriebe (Raketenantrieb)
• He 178 – Erprobung neuartiger Antriebe (Strahlantrieb)
• Avro 707 – Eigenschaften eines neuartigen Flügelgrundrisses im kleinen Maßstab
• NASA AD-1 – Machbarkeit unkonventioneller Layouts (Oblique Wing)
• Antares DLR-H2 – Brennstoffzellen als APU in Verkehrsflugzeugen

Einsatzorientierte Forschungsflugzeuge

Flugzeuge, die die praktische Umsetzbarkeit der in den Grundlagenuntersuchungen gefundenen Lösungen für einen spezifischen Einsatzzweck zeigen sollen. Ebenso fällt hierunter die Optimierung der grundsätzlich als durchführbar gefundenen Lösungen für eine vorgegebene Rolle.

Das erste Versuchsflugzeug dieser Kategorie war vielleicht die 1916 gebaute Junkers J2. Die grundsätzlichen Erkenntnisse zum Ganzmetallbau, die bei der Junkers J1 gewonnen wurden, sollten in einem Jagdflugzeug umgesetzt werden.

Weitere Beispiele:

• Lockheed XFV-1, Convair XFY-1 – Eignung von VTOL-Flugzeugen für die Rolle als militärisches Jagdflugzeug
• Do 31, XC-142 – Eignung von VTOL-Flugzeugen als ziviler und militärischer Transporter
• X-35 – Einsatz einer einfachen S/VTOL-Technologie für ein Hochleistungsjagdflugzeug
• XB-35, XB-49 – Eignung der Nurflügelauslegung für den Einsatz als Bomber
• XP-55 – Eignung der Nurflügelauslegung für den Einsatz als Jagdflugzeug

Prototypen als Erprobungsflugzeuge

Flugzeuge, die ursprünglich als Prototypen einer Serienfertigung geplant waren, bleiben manchmal Einzelexemplare. Dies kann z. B. dadurch bedingt sein, dass sich die Anforderungen an das in Auftrag gegebene Flugzeug kurzfristig geändert haben. Es ist aber genauso möglich, dass durch den Einsatz ungenügend erprobter Technologien sich nicht vorhersehbare Schwierigkeiten ergeben können, die eine Serienfertigung verhindern. Die bereits produzierten Exemplare werden in Einzelfällen dazu verwendet neue Technologien zu erproben, v. a. dann wenn der Grund des Abbruchs der Serienfertigung durch unerprobte technische Umsetzungen bedingt war.

Beispiele:

• Short Sperrin – Triebwerkserprobung
• XB-70 – Machbarkeit eines Mach-3-Bombenflugzeugs

Auch Prototypen, die vom Hersteller nicht verkauft wurden, können als Versuchsflugzeuge verwendet werden. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Boeing 367-80 „Dash-80“, die zuerst als Prototyp für die KC-135 und Boeing 707 diente, anschließend aber noch viele Jahre als Flugzeug für unterschiedliche Versuchsprogramme eingesetzt wurde.

Umgerüstete Serienflugzeuge als Versuchsträger

Aus einer laufenden oder auch bereits abgeschlossenen Serienfertigung werden Einzelexemplare zu Testträgern für unerprobte Geräte, Triebwerke usw. umgerüstet.

Beispiele:

• Focke-Wulf Fw 58 – Untersuchungen zur Grenzschichtabsaugung
• Boeing NB-52 – Trägerflugzeug für verschiedene nicht eigenstartfähige Luftfahrzeuge
• Avro Vulcan – Fliegender Prüfstand für das Concorde-Triebwerk
• Lockheed F-104 G CCV – Versuchsträger für die Nutzung einer Fly-by-Wire-Steuerung bei vorgegebenem instabilen Flugverhalten zur Entwicklung von Kampfflugzeugen der Generation 4 bzw. 4+

Sonstige Forschungsflugzeuge

Dazu zählen alle Flugzeuge, die für Forschungsthemen außerhalb der flugzeugbezogenen Technik eingesetzt werden. Vorwiegend sind dies Flugzeuge, die als Träger für Experimente dienen, die nur luftgestützt durchgeführt werden können.

Beispiele:

• Sammeln von meteorologischen Daten
• Atmosphärenforschung, (z. B. High Altitude and Long Range Research Aircraft)
• Träger für astronomische Teleskope, (z. B. Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy)
• Taifunvorhersage
• Sammeln von Luftproben (CV-990 der NASA)

In Deutschland wird der Begriff „Forschungsflugzeug“ fast ausschließlich für diese Kategorie von Versuchsflugzeugen verwendet. In den USA steht „Research Aircraft“ jedoch auch für den Einsatz von Flugzeugen im Bereich grundlegend neuer Konzeptionen. Der Grund für diese unterschiedliche Begriffsverwendung kann darin liegen, dass in Deutschland so gut wie keine grundlegende Forschung im Bereich neuer Flugzeugkonzepte mehr betrieben wird. Anders war dies noch in den 1950er Jahren, als v. a. bei der Technologie senkrechtstartender Flugzeuge in Deutschland umfangreiche Grundlagenuntersuchungen durchgeführt wurden.

Gelegentlich werden auch Flugzeuge, die zur logistischen Unterstützung von Forschungsmaßnahmen/-expeditionen dienen, als Forschungsflugzeuge bezeichnet, obwohl sie ganz normale Serienflugzeuge darstellen.