Chinesischer Triebwerksprototyp soll zentrale Herausforderungen des Hyperschallflugs bewältigen

Anfang des Jahres testeten chinesische Forscher einen Triebwerksprototypen, der, in ein Flugzeug eingebaut, zwei der größten Hürden für Hyperschallflüge beseitigen könnte: das hohe Leergewicht und den notwendigen Wechsel zwischen verschiedenen Antriebsarten.

Das sogenannte „statorlose gegenläufige Staustrahltriebwerk“ ist das Werk von Xu Jianzhong, eines 85-jährigen Wissenschaftlers an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), der mit seinem Team dieses Projekt mehr als zwei Jahrzehnte lang verfolgte.

Ein in Chengdu (Provinz Sichuan) ausgestelltes Staustrahltriebwerk, 20. Januar 2025. (Foto von VCG)

Mantelstromtriebwerke können zwar aus dem Stand starten, kommen jedoch nicht über eine Geschwindigkeit von Mach 2,5 hinaus. Dies ist zwar schnell, gilt aber noch nicht als Hyperschalltempo. Staustrahltriebwerke hingegen erreichen Mach 5 und mehr, können aber nicht aus dem Stand starten. Um einem Flugzeug beides zu ermöglichen, bauten die Ingenieure zwei getrennte Systeme ein, von denen immer jeweils eins in Betrieb war und das andere als zusätzliches Gewicht mitgeschleppt werden musste. Doch der Wechsel zwischen den beiden Systemen ist heikel: Die Luftströmung ändert sich abrupt, das Flugzeug vibriert heftig und die Fehlertoleranz ist äußerst gering. Die amerikanische X-51A unternahm vier Testflüge, von denen nur einer Erfolg hatte, bevor das Projekt eingestellt wurde.

Xus Team entfernte die feststehenden Leitschaufeln (Statoren), die seit einem Jahrhundert fester Bestandteil von Düsentriebwerken sind. Statt der Statoren bauten die Wissenschaftler zwei sich in gegenläufige Richtungen drehende Rotorstufen ein. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wirken diese gegenläufigen Rotoren wie ein besonders leistungsstarker Ventilator. Bei hohen Geschwindigkeiten erzeugen sie stabile Stoßwellen, d.h. abrupte Druckspitzen, die im Überschalltempo entstehen.

Diese Stoßwellen verdichten die Luft deutlich effizienter als herkömmliche Triebwerke. Nach dem Bericht der CAS erreichen die beiden von Xu eingesetzten Rotorstufen eine so starke Verdichtung wie vier bis sechs herkömmliche Rotorstufen. Das Triebwerk arbeitet als einziges System vom Start an bis zur Hyperschallgeschwindigkeit. Damit vermeidet es sowohl das zusätzliche Gewicht als auch den gefährlichen Antriebswechsel – beides Probleme, die zwei verschiedene Systeme mit sich bringen.

Xus Ansatz geht das Problem mithilfe der Physik statt exotischer Materialien an – ein anderer Weg als im Westen, wo der Fokus auf hitzebeständigen Legierungen liegt.

Im März absolvierte der Prototyp die Bodentests. Laut der CAS habe er die experimentellen Überprüfungen erfolgreich durchlaufen. Als Nächstes steht nun die Flugerprobung an.

Wenn die Technologie ausgereift ist, könnten Kampfflugzeuge, Hyperschallraketen und Weltraumflugzeuge durch ein und dasselbe Triebwerk angetrieben werden und direkt von einer normalen Startbahn ohne Raketenbooster abheben. Das wäre eine technologische Sensation.

Doch während der Militärkommentator Zhang Zhaozhong die Technologie als „potenziell revolutionär“ bezeichnet, weist er gleichzeitig auf eine zentrale Herausforderung hin: Der Niederdruck-Ventilator, also der Teil des Triebwerks, der bei niedriger Geschwindigkeit die Luft ansaugt und verdichtet, ist nur auf ein Tempo von etwa Mach 2,5 bis 3 ausgelegt. Wie will das Team über diese Grenze hinauskommen?