Wie genau kamen die Ingenieure zum endgültigen Design von Jets wie der F-16 oder SR-71?

Die kurze Antwort lautet: Wenn wir es in einen Computer programmieren können, können wir es manuell tun, es dauert nur viel länger.

Früher war ein „ Computer “ ein Bürokaufmann oder Mathematiker und mit Papier, Bleistift, Rechentafeln, Rechenschieber und dergleichen auf dem Schreibtisch. Das damalige Rechenzentrum war eine große Halle voller Reihen von Schreibtischen, an denen jeweils ein Computer fleißig arbeitete und jeder eine genau festgelegte Routine ausführte. Die Aufseher sammelten ihre Berechnungen und gaben sie an den nächsten Rechner in der Kette weiter, der die nächste Routine durchführte. Es könnte ein paar Jahre dauern, bis eine große Flugzeugzelle für die Produktion vollständig berechnet ist.

Der mechanische Tischrechner sah eher aus wie eine kleine Registrierkasse im alten Stil und erleichterte ihnen das Leben erheblich. Elektronische Tischrechner haben ihr Spiel noch einen Schritt weiter gebracht.

Der Computer war einer der ersten Berufe, der von der Elektronikrevolution vollständig an sich gerissen wurde. Programmierer sprachen lange danach davon, ihren Code modular zu schreiben, als Routinen und Unterroutinen.

Heutzutage können wir die grundlegende Flugzeugzelle im schlimmsten Fall in ein paar Wochen herausfinden, während die Windkanalmodelle in 3D gedruckt werden, und iterieren, bis wir grenzenlose Freude haben. Das Design für die Fertigung ist jedoch immens anspruchsvoller geworden, ganz zu schweigen von den Standards, und der Zeitrahmen hat sich eher verlängert.

Aber alle Computer leiden unter einem bestimmten Phänomen, das in der Branche als GIGO - Garbage In, Garbage Out - bekannt ist. Sie brauchen wirklich einen kompetenten und erfahrenen Designer an der Spitze der Nahrungskette. Ein GA-Designer, der seine Hand einem Kampfflugzeug zuwendet, hat eine steile Lernkurve; Leute wie der SR-71-Designleiter Kelly Johnson tauchen nicht immer noch nass hinter den Ohren auf. (Das war nicht immer so; die britische Firma de Havilland hat das Luftfahrtministerium jahrelang belästigt, wurde abgespeist und auf Schritt und Tritt beschimpft, weil sie nur zivile Designer waren, also bauten sie ihre Idee als privates Unternehmen und nannten sie Mosquito .... )

Die A-12 und SR-71 waren aus einem bestimmten Grund flach wie ein Bügelbrett. Auf diese Weise war das Nickmoment bei Mach 3+ einfach zu berechnen. Zum Zeitpunkt des Entwurfs waren Mach-3-Windkanäle rudimentär und hatten sehr kleine Testabschnitte, sodass ihre Ergebnisse unzuverlässig waren. Tatsächlich wurde die meiste Arbeit mit Intuition und Rechenschiebern erledigt. Berechnungen wurden von Räumen voller menschlicher Computer durchgeführt, da digitale Computer selten und kompliziert zu bedienen waren (haben Sie jemals versucht, ein Lochkartenspiel zu sortieren, nachdem Sie versehentlich die Metallbox fallen gelassen hatten, die sie auf den Boden hielt?). Zugegeben, diese Computer waren dem Digitalcomputer, der in der Flügelkonstruktion der Messerschmitt 262 zum Einsatz kam, meilenweit voraus, aber es gab nur wenig Software. Wenn Sie also ein schnelles Ergebnis brauchten, waren diese menschlichen Computer die richtige Wahl.

Während heute viel Rechenaufwand um das iterative Lösen großer Gleichungssysteme herum entfällt, wobei jede Gleichung den Zustand in einem winzigen Fleckchen eines großen, dortdimensionalen Gitters beschreibt, wurde damals viel mit Differentialgleichungen, die einmal für ein komplettes System gelöst wurden, gemacht es heizt in einem Motor auf oder hebt auf einem Flügel ab. Viele Daten wurden tabellarisch erfasst und mussten nur nachgeschlagen werden, aber das funktionierte nur, wenn man im Reich bewährter Parameter blieb. Bei neuen Materialien und Machzahlen war die Entwicklung eine Kombination aus Grundlagenforschung und Versuch und Irrtum. Um Ihnen einen Eindruck davon zu geben, was für Berechnungen von Strömungsparametern verfügbar war, schauen Sie sich den NACA-Bericht 1135 an , der 1951 veröffentlicht wurde. Ich bin sicher, Papiere wie dieses stapelten sich hoch oben auf den Schreibtischen der damaligen Lockheed-Ingenieure.

Aber diese Ingenieure hatten viel mehr Zeit, um die neuen Sachen auszuprobieren und zu lernen. Meetings waren kurz und bündig, Erbsenzähler und Anwälte sahen sich noch als unterstützende Mitarbeiter und (noch) nicht als Mittelpunkt des Unternehmens, so viel Bullshit, der heutige Ingenieure daran hindert, produktiv zu sein, war noch nicht da. Wenn Sie die Biographie von Menschen wie Ben Rich lesen, werden Sie erfahren, dass Kelly Johnson aufgrund jahrelanger Erfahrung aus Windkanaldaten die Spitzentemperatur eines Schocks auf wenige Grad erraten konnte. Ich habe mit Ingenieuren zusammengearbeitet, die Ihnen die Steigung der Auftriebskurve einer beliebigen Planform auf zwei Stellen nach dem Dezimalkomma genau sagen konnten, indem Sie sie einfach betrachten.

Mit der F-16 war schon vieles anders geworden. Leistungsstarke und flexible Computercodes ersetzten die Windkanalforschung und machten komplexe gekrümmte Oberflächen möglich. Wenn Sie sich den Überschallwiderstand der sauberen F-16 ansehen, sehen Sie, dass die Form des Flugzeugs für die Überschallströmung optimiert wurde. Während der Luftwiderstandsbeiwert älterer Konstruktionen zwischen Mach 1,0 und 1,2 einen deutlichen Höhepunkt hatte, bleibt der Luftwiderstandsbeiwert der F-16 über den gesamten Überschallbereich in etwa konstant . Dies ist das Ergebnis einer sorgfältigen Feinabstimmung, die zu Zeiten der reinen Windkanäle unmöglich gewesen wäre. Auch die Belly Intake ist das Ergebnis vieler Erfahrungen , nicht nur aus der Aerodynamik, sondern auch aus dem Betrieb: Frühere Generationen von Ingenieuren hatten zu viel Angst vor FODeine Bauchaufnahme zu akzeptieren.

Den Absolventen des Maschinenbaus von heute steht zwar wieder ein weitaus besseres Rüstzeug zur Verfügung als dem Team um Robert Widmer , aber es fehlt ihnen an Erfahrung, an der Entwicklung mehrerer Flugzeuge mitgewirkt zu haben . Das Ergebnis wird respektabel sein, aber in vielen Details zu kurz kommen, wo die Erfahrung die Ingenieure der 1970er Jahre dazu brachte, die insgesamt beste Lösung auszuwählen.