Wenn die Höchstgeschwindigkeit für moderne militärische Kampfflugzeuge und Bomber Priorität hätte, wie schnell wären sie dann ungefähr?

Burt Rutan spricht ziemlich leidenschaftlich über den Mangel an Innovation in der Raumfahrt, erwähnt aber auch, wie die (maximale) Geschwindigkeitsleistung von Kampfjets ins Stocken geraten ist:

Tatsächlich stagniert die Höchstgeschwindigkeit nach dem Wenigen, das ich über Jäger der fünften Generation weiß, nicht nur, sondern verschlechtert sich sogar.

Eigenschaften wie Stealth verbieten variable Einlassgeometrie und variable Flügelgeometrie, die Höchstgeschwindigkeit scheint in der Realität nie ausgenutzt zu werden, ist wahrscheinlich kostspielig und verursacht andere Probleme (wir müssen uns hier nur den SR-71 ansehen). Darüber hinaus sind andere Motoreigenschaften wahrscheinlich wünschenswerter, wie z. B. Supercruise und eine gute Beschleunigung im Bereich, in dem dies kritisch und tatsächlich nützlich ist.

In dieser Frage frage ich jedoch, was ungefähr (Mach 4, 5, 6?) Die Höchstgeschwindigkeit wahrscheinlich wäre, wenn der Höchstgeschwindigkeit ein ähnliches Budget und eine ähnliche Priorität wie in der Zeit des Kalten Krieges zugewiesen würde?

Der Grund, warum ich denke, dass diese Frage überhaupt beantwortet werden kann, ist, dass ich mir vorstelle, dass es einige sehr reale, praktische Probleme mit sehr leistungsstarken Flugzeugen gibt, die außergewöhnliche Lösungen erfordern, um sie zu überwinden. Eine Antwort, die angibt, wo sich diese ungefähr befinden, würde daher einen großen Beitrag zu einer zufriedenstellenden Antwort leisten.

Grundsätzlich besteht der Kern dieser Frage darin, festzustellen, ob es signifikante aerodynamische, motorische oder andere leistungsbezogene Fortschritte gegeben hat, die es einem Kampfjet ermöglichen würden, deutlich schneller zu fliegen als z. B. die F-15 oder MiG-25, während die gleiche Funktionalität wie nämlich gleiche Flugzeugtypen.

In ähnlicher Weise ist für einen Bomber bekannt, dass ein anhaltender Mach-3-Flug erreicht werden kann, indem man sich zB die XB-70 oder SR-71 ansieht. Sogar mit Designs aus den 1950er Jahren. Was ist heute realistisch?

Nur um das klarzustellen: Ich erwarte hier keine genaue Zahl, aber wenn es Studien gibt, die sich damit befasst haben, wäre es eine sehr interessante Lektüre. Wenn es keine Studien gibt, möchte vielleicht jemand die Herausforderung annehmen und trotzdem eine einigermaßen umfassende Antwort als Vermutung anbieten. Mathe/Physik wäre toll.

Ich nehme an, um diese Frage überhaupt beantworten zu können, muss definiert werden, was ein "Kampfjet" ist, muss er einen luftatmenden Motor haben oder kann er auch einen Raketenmotor haben, ähnlich dem X-15? Da ich die Frage stelle, erlaube ich mir auch, dies hier willkürlich zu definieren: Der Motortyp ist irrelevant, es kann mehr als einen Motor geben, von verschiedenen Typen, vom gleichen Typ. Was auch immer im Zusammenhang mit einem Kampfjet oder sogar einem Bomber sinnvoll wäre. Außerdem muss es sich um ein bemanntes Luftfahrzeug handeln. Wenn es wie die X-15 einen suborbitalen Flug und darüber hinaus erreichen kann, ist es immer noch ein Flugzeug (wiederum willkürlich definiert).

Eine Antwort, die Luftatmung und Raketentriebwerke als zwei verschiedene Kategorien trennt, ist in Ordnung.

Diese Definition der Herstellung von Kampfjets / Bombern basiert hauptsächlich darauf, unbemannte Versuchsflugzeuge ausschließen zu wollen, auch wenn Hyperschallflugzeuge wie die X-43 wahrscheinlich als gute Referenz dienen, ich denke, sie haben wenig Wurzeln in der Realität, da sie keine Lebenserhaltung haben , keine Waffensysteme und vielleicht überhaupt keinen praktischen Zweck jenseits der Datenaufzeichnung.

Es mag auch wie eine sinnlose Frage erscheinen, aber dies könnte sehr nützlich sein, um die Lücke zwischen Flugzeugen und Raumfahrzeugen oder jeder anderen Anwendung zu schließen, an die man denken könnte - suborbitale Passagierflugzeuge usw.

Wenn Sie keine Reichweite und Nutzlastkapazität und sogar ein Missionsprofil angeben, werden Sie nie etwas Praktischeres bekommen als einen Forschungsprototyp wie x43.
Sie sprechen davon, dass die Höchstgeschwindigkeit "abgebaut" wurde, als ob das etwas zu beklagen wäre. Tatsächlich muss wie bei allen Dingen die Verbesserung der Leistung in einem Bereich durch Kompromisse in anderen ausgeglichen werden, und die Höchstgeschwindigkeit über Mach 1 ist im Vergleich zu anderen Faktoren wie Manövrierfähigkeit, Nutzlast, Tarnung, Reichweite, Ausdauer usw. von minimalem Nutzen .... Alles, was Ihnen ein Höchstgeschwindigkeitsvorteil bietet, ist die Möglichkeit, vor einem anderen Flugzeug davonzulaufen, das nicht so schnell fliegen kann wie Sie, und das nur, wenn Sie genug Treibstoff haben, um es zu nutzen.
@ user3528438 Ich habe es indirekt angegeben, indem ich bestimmte Beispiele wie die F-15 und MiG-25 gegeben habe, obwohl diese unterschiedliche Nutzlasten haben, haben sie ähnliche Missionsprofile, und genaue Zahlen sind hier nicht wichtig. Ich denke, die Art der hier anwendbaren Antwort wird in der Frage selbst gut genug erklärt.
@Charles Bretana Es ist wahrscheinlich in einem Zusammenhang gut, dass es sich verschlechtert hat, wie Sie betonen, und in einem anderen negativ. Entwicklungen in der Militärluftfahrt neigen dazu, nützliche Technologien auch für andere Sektoren bereitzustellen, insbesondere ein Beispiel wäre Weltraumtechnologie, da Unternehmen, die Flugzeuge bauen, in der Vergangenheit mit dem Bau von Raumfahrzeugen beauftragt wurden. Je näher diese Technologien sind, desto mehr Raumfahrt würde davon profitieren. Dies ist jedoch mit ziemlicher Sicherheit nicht der einzige Fall, in dem dies von Vorteil wäre.
Wir wissen es nicht nur nicht, wir können es auch nicht wissen. Wenn Geschwindigkeit eine hohe Priorität hätte, wäre in diesen Jahrzehnten viel geforscht worden, mit Ergebnissen, die wir nicht vorhersagen können; neue Materialien/Brennstoffe erfunden usw. Selbst auf sozialer Ebene, wenn es wirklich so wichtig wäre, würden die Menschen (oder vielleicht nicht!) Überschallknall, Lärm usw. mehr oder weniger glücklich in verschiedenen Ländern mit unterschiedlichen Problemumgehungen in Kauf nehmen Ort...
@Zeus Weit genug; Offensichtlich haben Sie Recht, dass wir nicht wissen können, was zusätzliche Forschung liefern könnte. Es sollte jedoch immer noch möglich sein, eine Vermutung über eine "Untergrenze" dessen anzugeben, was heute getan werden könnte. Wenn in diesen Jahrzehnten zusätzliche Forschung in sie einfließen würde, wäre es mit ziemlicher Sicherheit besser, aber zumindest würde eine solche untere Grenze auf der Grundlage dessen, was wir heute haben, immer noch eine gewisse Orientierung bieten. Darüber hinaus würde eine solche Vermutung wahrscheinlich zumindest auf einige der Probleme hinweisen, die weitere Forschung wahrscheinlich nicht leicht überwinden wird, wie z. B. harte körperliche Einschränkungen ohne Lösung.

Antworten (2)

Die Erhöhung der Geschwindigkeit eines Flugzeugs führt dazu, dass Kompromisse eingegangen werden müssen. Der Luftwiderstand nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, was bedeutet, dass eine Verdoppelung der Geschwindigkeit die 4-fache Leistung erfordert, um erreicht zu werden. Dieses Problem wird durch die Tatsache verstärkt, dass es sehr schwierig ist, ein Triebwerk (und eine Flugzeugzelle) zu konstruieren, das bei Überschallgeschwindigkeiten wirklich gut funktioniert, während es bei Unterschallgeschwindigkeiten immer noch gut funktioniert.

Alle Designentscheidungen enden immer in Kompromissen. Um die Manövrierfähigkeit zu erhöhen, müssen Sie im Allgemeinen Dinge tun, die den Luftwiderstand erhöhen, was bedeutet, dass Sie mehr Leistung benötigen, um dies auszugleichen (was dann einen größeren Motor erfordert, der Ihre Manövrierfähigkeit aufgrund des erhöhten Gewichts verringert).

All diese Entscheidungen bedeuten, dass die Erhöhung der Geschwindigkeit eines Jägers am Ende unweigerlich die Verringerung von etwas anderem erfordert, entweder der Drehgeschwindigkeit oder der Waffennutzlast oder der Reichweite. Während uns bessere Technologie leistungsstärkere Triebwerke beschert hat und neue Materialien und Legierungen es uns ermöglichen, wendigere Flugzeuge zu bauen, haben wir tatsächlich gesehen, wie die Höchstgeschwindigkeiten von Flugzeugen im Vergleich zu früheren Kampfflugzeugen gesunken sind, obwohl wir ein Flugzeug so schnell bauen könnten wie alles aus der Vergangenheit, mit im Vergleich dazu erhöhter Manövrierfähigkeit und Waffennutzlast.

Diese Entscheidungen werden getroffen, weil sie durch die Reduzierung der Höchstgeschwindigkeit von Flugzeugen im Gegenzug auch eine bessere Manövrierfähigkeit erhalten, also ist es eine bewusste Entscheidung, die höhere Waffennutzlast, die größere Reichweite und die höhere Manövrierfähigkeit anstelle einer höheren Höchstgeschwindigkeit zu nehmen, weil sie sehr schnell sind Höchstgeschwindigkeit ist im Vergleich zu allem anderen in der Kriegsführung einfach nicht so nützlich. Die Aufklärung (wofür die SR-71 entwickelt wurde) wird besser von Satelliten gehandhabt, die in der Praxis nicht abgeschossen werden können und nicht erfordern, den Luftraum eines anderen Landes auf eine Weise zu überfliegen, die wahrscheinlich ihren Zorn auf sich zieht. Bomber würden lieber eine größere Nutzlast tragen und schnell genug sein, um das Ziel zu erreichen, aber es wird Ihnen nicht viel bringen, sie auf Kosten einer reduzierten Nutzlast deutlich schneller zu machen. Dasselbe gilt für Jäger, sie müssen ziemlich schnell herumfliegen, aber ein reiner Geschwindigkeitsvorteil gegenüber einem Gegner ist auch nicht so nützlich (im Vergleich dazu, nur einen besseren Kämpfer zu haben). Es ist also eine Kombination aus Physik und speziell den Dingen, die das Militär schätzt, was nur bedeutet, dass es wenig Wert hat, die Geschwindigkeit nur zu erhöhen.

Vielen Dank für die Antwort, aber dies gibt hauptsächlich die Gründe an, warum eine erhöhte Höchstgeschwindigkeit keine Priorität hat. Ich habe bereits in der Frage selbst verschiedene Gründe dafür angegeben, und es geht nicht darum, worauf sich die Frage bezieht. Die Tatsache, dass der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt, ist wahr, aber auch die Luftdichte spielt dabei eine Rolle, und das Flugzeug kann einfach seine Dienstobergrenze erhöhen, um dieses Problem zu mildern – so schaffen es Raumfahrzeuge schließlich, die Umlaufbahn zu erreichen Geschwindigkeit, was am Boden nicht möglich wäre.
Das Erhöhen der Service-Dichtung funktioniert nur, wenn Sie Ihr eigenes Oxidationsmittel mitführen, irgendwann ist nicht mehr genug Luft vorhanden, um den Auftrieb und / oder Schub im Motor aufrechtzuerhalten. Sie müssen also Kompromisse eingehen, denn wir haben keine Flugzeuge, die bei allen Höhen und Geschwindigkeiten optimale Leistung erbringen. Sie können ein Flugzeug bauen, das sehr schnell fliegt, auf Kosten von etwas anderem. Am Ende sind Sie durch die militärische Mission, die Sie oben angegeben haben, gezwungen, die passieren muss. Ein Kampfjet ist kein Kampfjet, wenn er nicht kämpfen kann.

Wenn wir den Höhepunkt der Entwicklung schneller konventioneller Flugzeuge betrachten – die SR71 und XB70 – stellen wir fest, dass Mach 3 angesichts der aktuellen Metallurgie ungefähr die praktische Grenze für einen Dauerflug darstellt. Darüber hinaus wird die Temperatur zum begrenzenden Faktor, wie bei der Reibungstemperatur, da sich die Flugzeughaut bei einer anhaltenden Mach 3 auf 600-800 Grad F erwärmt. Wir müssen noch ein Material entwickeln, das höheren Temperaturen standhält und gleichzeitig das geringe Gewicht beibehält und Festigkeit von Titan (SR71) und Waben-Edelstahl (XB70). Ein Ausfall der Cockpit-Klimaanlage bedeutet auch sehr schnell entweder eine erhebliche Verlangsamung oder eine gut gekochte Flugzeugbesatzung.

Der aus der Luft gestartete X15 hielt Geschwindigkeiten von über Mach 6 aufrecht, aber nur für sehr kurze Zeiträume, einige Minuten ... Kraftstoff war dort der begrenzende Faktor. Der X15 konnte Mach 6 nicht lange genug aushalten, damit die Temperatur seine Auslegung überstieg, während der SR71 und der XB70 Mach 3 über eine Stunde lang aushalten konnten. Wäre der X15 in der Lage gewesen, Mach 6 auszuhalten, wäre er auf sehr ernsthafte Hitzeprobleme gestoßen, anstatt auf die etwas ernsthaften Hitzeprobleme, die er bei seinen kurzen Sprüngen zu hoher Geschwindigkeit hatte.

Mit der aktuellen Technologie ist Mach 3 also die praktische Grenze für einen Dauerflug. Darüber hinaus nehmen die Probleme exponentiell zu. Und das geht noch nicht einmal in die Kosten ... Denken Sie daran, dass der SR71 ein spezielles JP7 mit hohem Flammpunkt plus Spezialöl und vieles mehr erforderte. Es wurde hauptsächlich aufgrund der Betriebskosten ausgemustert.

Was hindert ein raketengetriebenes Flugzeug/Raumfahrzeug daran, sich einfach suborbitalen (oder höheren) Höhen zu nähern, um das Problem mit der Hitze zu vermeiden?
Wenn Sie die Luftdichte verringern, ändert sich die Art des Triebwerks, das zum Antreiben des Flugzeugs benötigt wird. Ein Strahlturbinentriebwerk hängt davon ab, dass es Luft ansaugen kann (und daher keinen Oxidationsmitteltank benötigt), um zu funktionieren. Dieselbe Luft, die ein Düsentriebwerk verwendet, um Schub zu erzeugen, verursacht die Probleme mit der Hitze. Damit die Luft in einer Standardturbine richtig verbrennt, muss sie auf Sub-Mach-1-Geschwindigkeiten verlangsamt werden. Wenn Sie bei etwa Mach 2,5+ aufstehen, werden Stauluftmotoren effizienter.
Wenn die Höchstgeschwindigkeit für moderne militärische Kampfflugzeuge und Bomber Priorität hätte, wie schnell wären sie dann ungefähr?
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