Nr Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h.

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1 FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt

2 Prof. Dr.-lng. Edgar Rößger Dipl.-lng. Günther Sögtrop Institut für Flugführung und Luftverkehr der Technischen Universität Berlin Der Überschall-Luftverkehr Teil I: Grundlagen der Technik und des Betriebes von Überschall-Verkehrsflugzeugen für den gewerblichen Luftverkehr SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH 1966

3 ISBN DOI / Verlags-Nr ISBN (ebook) by Springer Fachmedien Wiesbaden Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen 1966 Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag

4 Vorwort Die vorliegende Arbeit will eine Übersicht über die mit der Einführung von Überschall-Flugzeugen in den gewerblichen Luftverkehr zusammenhängenden Probleme geben. Eine erschöpfende Behandlung aller denkbaren Auswirkungen - insbesondere der wirtschaftlichen und kostenmäßigen Fragen-ist zurzeit noch nicht möglich, da über das Fluggerät und seine Parameter bisher zu wenig Material vorliegt. In dem vorliegendem Bericht sind daher vor allem die Probleme angesprochen, für deren Bearbeitung schon genügend Datenmaterial und Kenntnisse vorliegen Manche wichtigen Probleme konnten daher nur angedeutet werden. Sie weiter zu verfolgen ist daher unbedingt erforderlich. Es ist mir eine angenehme Pflicht, an dieser Stelle dem Landesamt für Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen zu danken, das durch die Bereitstellung von Mitteln diesen Beitrag ermöglichte. Berlin, im März 1965 Professor Dr.-Ing. E. RössGER

5 Inhalt 1. Organisationen, die sich mit Fragen der Einführung des Überschallverkehrs befassen Stand der Entwicklung von Überschallflugzeugen für den gewerblichen Luftverkehr Allgemeine Grundlagen Konstruktionsgrundlagen der Zelle Der britisch-französische Entwurf Concorde Die U S-amerikanischen Entwürfe Triebwerke Vergleich der amerikanischen Entwürfe und der Concorde mit der Boeing Flug- und Betriebseigenschaften von Oberschallflugzeugen Flugeigenschaften Allgemeine Grenzen Flugprofile Stabilität und Steuerbarkeit Störungen des normalen Flugablaufs Kraftstoffverbrauch Wartung von Oberschallflugzeugen Lufttüchtigkeit und Zulassung von Oberschallflugzeugen Führungs- und Navigationssysteme für Überschallflugzeuge Vertikale Navigation Horizontale Navigation Optimale Flugwege für Überschallflugzeuge Systeme der horizontalen Navigation Betriebsausrüstung von Überschallflugzeugen System der Flug- und Triebwerksüberwachung Kabinendruck und Kabinentemperatur

6 6. Technische Flugsicherung Navigationshilfen Flugfunkdienst Luftverkehrsüberwachung Meteorologische Flugsicherung Geräuschbelästigung durch Überschallflugzeuge Triebwerkslärm Der Überschallknall Anthropotechnische Gesichtspunkte des Überschalluftverkehrs Auswirkungen des Überschallverkehrs auf Flughafenanlagen und Flughafenbetrieb Länge der Start- und Landebahnen Raddrücke und Festigkeit der Start- und Landebahnen Zu- und Abrollbahnen Bodenabfertigung Zubringer... : Die Kosten des Überschallverkehrs Die Entwicklungskosten und der Preis der Überschallflugzeuge Die direkten Betriebskosten Planungsgrundlagen für den zukünftigen Überschallverkehr Entwicklung des Luftverkehrsbedarfs Planungen für Überschallfluglinien Literaturverzeichnis

7 Verzeichnis der Abbildungen Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 Abb. 8 Abb. 9 Abb. 10 Abb. 11 Abb. 12 Abb. 13 Abb. 14 Abb. 15 Abb. 16 Abb. 17 Abb. 18 Diagramm zur Ermittlung wirtschaftlicher Fluggeschwindigkeiten 14 Änderung der Oberflächentemperatur mit der Machzahl und Warmfestigkeit einiger Werkstoffe Gesamtreisezeit in Abhängigkeit von der Reiseflugmachzahl Übersichtszeichnung der Concorde Übersichtszeichnung der North-American NAC Übersichtszeichnung der Lockheed CL Übersichtszeichnung der Boeing Vergleich der verschiedenen Entwürfe für ein Überschallverkehrsflugzeug mit der Boeing Betriebsbedingungen für Überschallflugzeuge Flugprofil eines Mach2,2-Flugzeuges für eine Strecke von 3100 n. m Flugprofil eines Mach3-Flugzeuges für einen Flug London-New York. 34 Startbahnlänge in Abhängigkeit vom Schub/Gewichtsverhältnis und der Abhebegeschwindigkeit für einen heißen Tag Vertikalschnitte der Atmosphäre bei unterschiedlichen Luftmassen Zusätzlicher Treibstoffverbrauch bei Abweichungen von der optimalen Reiseflughöhe Höhenrudertrimmausschlag in Abhängigkeit von der Machzahl und Höhe 41 Kraftstoffverbrauch eines Mach3-Überschallflugzeuges Erforderlicher Geschwindigkeitsspielraum in Abhängigkeit von der Reisegeschwindigkeit bei Störungen des normalen Flugablaufs Flugzeiten für einen reinen Überschallflug zwischen New Y ork und London v. v. für verschiedene Flugbedingungen im 100-mb-Niveau mit Mach2, Abb. 19 Flugzeiten für einen reinen Überschallflug zwischen New York und London v. v. für verschiedene Flugbedingungen im SO-mb-Niveau mit Mach 3, Abb. 20 Vorschlag eines Luftstraßensystems für die Strecke New York-London Abb. 21 Abb. 22 Abb. 23 Abb. 24 Abb. 25 Abb. 26 Abb. 27 Abb. 28 Abb. 29 Abb. 30 v.v Flugabschnitt eines Mach3-Fluges von einer Stunde und Genauigkeit verschiedener Navigationssysteme.... Blockdiagramm eines Navigationssystems für Überschallflugzeuge.... Kontroll- und Anzeigetafel eines integrierten Überwachungs- und Führungssystems für Überschallflugzeuge.... Anordnung der Instrumente für den Flugzeugkommandanten in einem Überschallflugzeug.... Luftkühlungssystem für Überschallflugzeuge.... Zusätzlicher Kraftstoffverbrauch bei Abweichungen von der Auslegungsflugmachzahl M = 3,0.... Temperaturverteilung auf der Nordhalbkugel im 100-mb-Niveau längs 40 westlicher Länge am und (schematisch).... Druckwelle eines Überschallflugzeuges im Reiseflug.... Intensität des Überschallknalls für ein Mach3-Flugzeug.... Seitliche Ausbreitung des Überschallknalls eines Mach3-Flugzeuges in Fuß Reiseflughöhe und Wirkungen des Schalldruckes auf Bodenstrukturen und Öffentlichkeit

8 Abb. 31 Notwendige Erweiterung der Rollwege für Überschallflugzeuge Abb. 32 Vorfeldabfertigung des Boeingentwurfs für ein Überschallverkehrsflugzeug Abb. 33 Zeitplan der Abfertigung des Lockheedentwurfs für ein Überschallverkehrsflugzeug Abb. 34 Beispiel eines Nordatlantik-Umlaufplans zwischen Frankfurt und New York für die Boeing 707 und ein Mach3-Überschallverkehrsflugzeug Verzeichnis der Tabellen Tab. 1 Tab. 2 Tab. 3 Tab. 4 Tab. 5 Tab. 6 Tab. 7 Bau- und Betriebsdaten des ursprünglichen und des überarbeiteten Entwurfs des Überschallverkehrsflugzeuges Concorde Technische Daten der North American NAC Technische Daten der Lockheed CL Technische Daten der Boeing Technische Daten der amerikanischen Entwürfe eines Überschallverkehrsflugzeuges, der Concorde und der Boeing Flugzeiten für einen reinen Überschallflug zwischen New York und London v. v. für verschiedene Flugbedingungen im 100-mb-Niveau mit Mach2, Flugzeiten für einen reinen Überschallflug zwischen New York und London v. v. für verschiedene Flugbedingungen im SO-mb-Niveau mit Mach3, Tab. 8 Genauigkeit verschiedener V erfahren der Standortbestimmung Tab. 9 Einzelradlasten der Boeing und der Entwürfe für ein Überschallverkehrsflugzeug Tab. 10 Erforderliche Rollbahnradien für Überschallflugzeuge Tab. 11 Direkte Betriebskosten der Concorde für verschiedene Streckenlängen bei 10 Std. täglicher Einsatzdauer und 118 Sitzplätzen Tab. 12 Direkte Betriebskosten des Lockheedentwurfs für ein Überschallflugzeug für verschiedene Streckenlängen bei 221 Sitzplätzen Tab. 13 Direkte Betriebskosten für ein Unterschallstrahlverkehrsflugzeug, die Concorde und ein Mach3-Überschallverkehrsflugzeug für verschiedene Streckenlängen Tab. 14 Vergleich der Schätzungen des Stanford Research Institute über die Entwicklung des Luftverkehrsbedarfs mit anderen Voraussagen Tab. 15 Schätzung des planmäßigen Luftverkehrsbedarfs der freien Welt für verschiedene Regionen für die Jahre Tab. 16 Schätzung des planmäßigen Luftverkehrsbedarfs der freien Welt für verschiedene Entfernungsbereiche Tab. 17 Optionen der Luftverkehrsgesellschaften für Überschallflugzeuge