Skisprungschanze (Luftfahrt)

In der Luftfahrt ist eine Skisprungschanze eine nach oben gebogene Rampe , die es einem Starrflügelflugzeug ermöglicht, von einer kürzeren Startbahn als bei einem herkömmlichen Start abzuheben . Durch die nach oben gerichtete Kraft der Skisprungschanze wird das Flugzeug in einem steilen Winkel gestartet und kann bei geringerer Geschwindigkeit als bei einem Flachstart abheben. Dies ermöglicht dem Flugzeug nach dem Verlassen der Startbahn mehr Zeit in der Luft, um weiter zu beschleunigen , bis es die für den Flug erforderliche Geschwindigkeit erreicht hat . Skisprungschanzen werden häufig zum Starten von Flugzeugen von den Flugdecks von Flugzeugträgern ohne Katapulte eingesetzt .

Man geht davon aus, dass die Skisprungschanze erstmals im Zweiten Weltkrieg zum Einsatz kam, als auf der HMS  Furious eine provisorische Rampe angebracht wurde, um schwer beladene Fairey Barracudas beim Angriff auf das deutsche Schlachtschiff Tirpitz zu unterstützen . ^{[ 1 ]} Während des Kalten Krieges wurde das Konzept untersucht, um die für Flugzeugträger benötigten Flugdecks zu verkürzen und den Betrieb immer schwererer Flugzeuge auf See zu ermöglichen. Die Royal Navy zeigte in den 1970er-Jahren besonderes Interesse an der Skisprungschanze, führte Tests mit dem neuen Senkrechtstarter Hawker Siddeley Harrier durch und rüstete anschließend ihre nächste Generation von Flugzeugträgern, die Invincible -Klasse , mit einer Rampe aus .

Zahlreiche Marinen haben seitdem die Skisprungschanze für ihre Flugzeugträger und amphibischen Angriffsplattformen übernommen, während auch landgestützte Einsatzmöglichkeiten geprüft wurden. Skisprungschanzen können auf zwei Arten genutzt werden: Kurzstart mit Fanghaken ( STOBAR ) für konventionelle, mit Fanghaken ausgestattete Marineflugzeuge und Kurzstart mit Senkrechtlandung ( STOVL ) für V/STOL -Flugzeuge. Flugzeugträger mit Katapulten sind im 21. Jahrhundert in der Minderheit, unter anderem weil Skisprungschanzen einfacher und kostengünstiger sind.

Ein Starrflügelflugzeug muss während des langen Startlaufs Vorwärtsgeschwindigkeit aufbauen . Mit zunehmender Vorwärtsgeschwindigkeit erzeugen die Tragflächen mehr Auftrieb . Ab einer ausreichend hohen Geschwindigkeit übersteigt die Auftriebskraft das Gewicht des Flugzeugs, und es kann fliegen. Da das Flugzeug die Fluggeschwindigkeit ausschließlich mit seinen eigenen Triebwerken erreichen muss, ist eine lange Startbahn erforderlich. Auf einem Flugzeugträger ist das Flugdeck so kurz, dass die meisten Flugzeuge die Fluggeschwindigkeit nicht erreichen, bevor sie das Ende des Decks erreichen. Da der Auftrieb geringer ist als die Schwerkraft, verliert das Flugzeug nach dem Verlassen des Flugdecks an Höhe und kann ins Meer stürzen.

Eine Skisprungschanze am Ende des Flugdecks lenkt das Flugzeug in einen leichten Aufwärtswinkel und wandelt so einen Teil seiner Vorwärtsbewegung in eine Steigrate um. Da das Flugzeug noch nicht schnell genug fliegt, um genügend Auftrieb zu erzeugen, beginnt seine Steigrate zu sinken, sobald es das Flugdeck verlässt. Der Start über die Skisprungschanze hat dem Flugzeug jedoch zusätzliche Zeit gegeben, weiter zu beschleunigen. ^{[ 2 ]} Sobald seine Aufwärtsgeschwindigkeit auf null abgefallen ist, fliegt das Flugzeug schnell genug, damit seine Tragflächen genügend Auftrieb erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Flugzeug im stabilen Flug, da es vom Flugzeugträger gestartet ist, ohne jemals unter die Höhe des Flugdecks zu sinken. ^{[ 3 ]}

Viele moderne Flugzeugträger verfügen nicht über Katapulte, weshalb schwere Flugzeuge mit ihren eigenen Triebwerken starten müssen. Skisprungschanzen ermöglichen den Start schwererer Flugzeuge als ein horizontales Flugdeck. Allerdings können Skisprungschanzenstarts nicht die Nutzlasten von Hochgeschwindigkeitskatapulten erreichen. ^{[ 4 ]} Zwar können Flugzeuge wie die F/A-18 , die normalerweise per Katapult starten, eine Skisprungschanze nutzen, dies geht jedoch in der Regel mit einer geringeren Treibstoff- oder Munitionskapazität einher und schränkt somit den Missionsumfang erheblich ein. ^{[ 5 ]}

Frühe Flugzeugträger konnten Flugzeuge starten, indem sie einfach in den Wind drehten und die Schiffsgeschwindigkeit zur Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs addierten. Im Zweiten Weltkrieg wurden die Trägerflugzeuge so schwer, dass Starthilfen erforderlich wurden. Deckkatapulte wurden eingesetzt, um Flugzeuge auf Startgeschwindigkeit zu beschleunigen, insbesondere beim Start schwerer Maschinen oder wenn ein Kurswechsel unpraktisch war. ^{[ 6 ]} Eine frühe Anwendung der Skisprungschanze erfolgte 1944, als der britische Flugzeugträger HMS  Furious einen Angriff auf das deutsche Schlachtschiff Tirpitz flog . Eine relativ einfache Skisprungschanze wurde provisorisch am Ende des Flugdecks installiert, die den schwer mit Bomben beladenen Fairey Barracudas beim Start half. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

In den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg setzte sich der Trend zu immer schwereren Trägerflugzeugen ungebremst fort, was die Befürchtung nährte, dass diese Zunahmen die Nutzlastkapazität jedes Katapultsystems übersteigen würden. Daher wurde nach alternativen Starthilfemethoden geforscht. Eine 1952 abgeschlossene Studie der NACA schlug den Einsatz einer Skisprungschanze nach dem Flugzeugkatapult vor, um startende Flugzeuge zusätzlich zu unterstützen. ^{[ 9 ] [ 3 ]}

In seiner 1973 eingereichten Masterarbeit schlug Fregattenkapitän D.R. Taylor von der britischen Royal Navy die Verwendung einer Skisprungschanze zur Unterstützung des Starts des Harrier-Senkrechtstarters vor. ^{[ 10 ]} Sein Entwurf der Skisprungschanze mit Krümmung stieß zunächst auf Skepsis, doch andere Offizielle befürworteten Versuche. ^{[ 8 ]} So wurden erste Tests mit verschiedenen Rampenwinkeln bei der RAE Bedford durchgeführt ; als Testflugzeug diente der zweisitzige Harrier-Demonstrator G-VTOL . ^{[ 2 ] [ 11 ]} Die Ergebnisse wurden anschließend mithilfe von Computermodellen und Simulationen verifiziert. ^{[ 8 ]} Diese Tests zeigten, dass die Leistung mit dem Anstellwinkel der Skisprungschanze zunahm. Die Planer entschieden sich jedoch für den minimalen Winkel, angeblich um eine übermäßige Belastung des Fahrwerks zu vermeiden. ^{[ 12 ]}

In den 1970er Jahren erwog die Royal Navy den Bau eines durchgehenden Kreuzers oder leichten Flugzeugträgers und beschloss, die Skisprungschanze in das Projekt zu integrieren. ^{[ 8 ]} Dementsprechend wurden die Flugzeugträger der Invincible -Klasse mit Skisprungschanzen ausgestattet, wodurch sich die Startstrecke für die Harriers selbst mit Nutzlast erheblich verkürzte. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Die Skisprungschanze erwies sich als relativ kostengünstige und unkomplizierte Ergänzung der Träger, da sie aus einer Stahlkonstruktion ohne bewegliche Teile bestand. Die erste Trägerin dieses Typs, die HMS  Invincible , wurde während ihrer Ausrüstung in Barrow mit einer Skisprungschanze versehen ; der Anstellwinkel betrug konservativ 7°. Am 30. Oktober 1980 führte Testpilot Lt Cdr David Poole den ersten Start einer Harrier auf See mit Skisprungschanze durch. ^{[ 8 ]} Auch die HMS  Illustrious war anfänglich mit einer 7°-Rampe ausgestattet; Die HMS  Ark Royal wurde jedoch von Anfang an mit einer 12°-Rampe gebaut, da sich dieser Winkel als optimal erwies. Die beiden Vorgängerschiffe wurden später mit 12°-Rampen nachgerüstet, um die Leistung ihrer Flugzeuge zu verbessern. ^{[ 8 ]}

Nach dem Erfolg des Harrier etablierte sich die Skisprungschanze als bewährte Methode, Flugzeuge von Schiffen aus zu starten – ohne die Komplexität und Kosten eines Katapults. Spätere Modelle der Skisprungschanze weisen zudem Verbesserungen gegenüber dem ursprünglichen Design auf. Man hatte festgestellt, dass selbst relativ kleine Unebenheiten oder Unebenheiten auf einer ansonsten absolut glatten Oberfläche ausreichten, um Risse im Fahrwerk eines Flugzeugs zu verursachen. Aus diesem Grund führte die Royal Navy strengere Konstruktionstoleranzen für die Startrampen der Flugzeugträger der Queen-Elizabeth -Klasse ein . ^{[ 8 ]} Eine moderne Skisprungschanze kann als einzelne, abnehmbare Konstruktion auf dem vorderen Flugdeck errichtet werden, anstatt vollständig in den Bug eines Schiffes integriert zu sein. ^{[ 8 ]}

Skisprungschanzen wurden nicht nur auf Flugzeugträgern, sondern auch auf zahlreichen amphibischen Angriffsschiffen und Hubschrauberlandeplattformen installiert, um den Betrieb von STOVL-Flugzeugen zu erleichtern. ^{[ 8 ]} Die australischen und spanischen Hubschrauberlandeplattformen der Juan-Carlos -Klasse (LHDs) wurden ebenfalls mit Skisprungschanzen ausgestattet, um potenzielle STOVL-Operationen zu ermöglichen. Ungewöhnlicherweise hat die US-Marine auf ihren amphibischen Angriffsschiffen nie Skisprungschanzen eingesetzt, obwohl diese von VSTOL-Flugzeugen wie verschiedenen Harrier-Modellen und Lockheed Martin F-35B Lightning II intensiv genutzt werden . Dies wird mit dem kombinierten Einsatz von Hubschraubern und Booten begründet. ^{[ 8 ]}

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts verfügten die Marinen Großbritanniens, Chinas, Indiens, Italiens, Russlands, Spaniens und Thailands über Flugzeugträger mit Skirampen. ^{[ 8 ]} Nach der Außerdienststellung des brasilianischen Flugzeugträgers São Paulo im Jahr 2017 waren die Vereinigten Staaten und Frankreich die einzigen beiden Länder, die noch Flugzeugträger mit Katapulten betrieben.

Auf Flugzeugträgern mit Kurzstart- und Landefähigkeit ( STOBAR ) werden konventionelle Flugzeuge mithilfe einer Skisprungschanze gestartet. Der Pilot erhöht den Schub durch Zünden der Nachbrenner und hält das Flugzeug gleichzeitig durch Bremsen in Position. Zwei Paneele werden vor dem Hauptfahrwerk vom Deck des Flugzeugträgers hochgefahren, um das Flugzeug in der Schwebe zu halten. Auf Befehl löst der Pilot die Bremsen; die Paneele klappen wieder in ihre Halterungen zurück; und das Flugzeug rollt mit maximalem Schub schnell vorwärts. Das Überrollen der Skisprungschanze beschleunigt das Flugzeug sowohl nach oben als auch nach vorn. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Eine MiG-29, die von der Skisprungschanze eines Flugzeugträgers der Kusnezow -Klasse startet , kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 70 Knoten (130 km/h) abheben, anstatt der üblichen 140 Knoten (260 km/h) (abhängig von vielen Faktoren wie dem Bruttogewicht). ^{[ 16 ]}

Mit Ausnahme der Vereinigten Staaten, Frankreichs und Chinas nutzen alle Marinen der Welt, die derzeit Marineflugzeuge mit festen Tragflächen von Flugzeugträgern aus einsetzen, Skisprungschanzen. ^{[ 17 ]}

Kurzstart- und Senkrechtlandeflugzeuge ( STOVL ) führen einen konventionellen Rollstart durch, wobei die Triebwerksdüsen auf maximalen Vorwärtsschub eingestellt sind. Kurz vor der Skisprungschanze werden die Triebwerksdüsen so ausgerichtet, dass sie sowohl Auftrieb als auch Vorwärtsschub erzeugen. Solche Starts ermöglichen ein höheres Startgewicht als ein ununterstützter Horizontalstart, da die Skisprungschanze genau dann den benötigten vertikalen Impuls liefert, wenn sie bei der geringsten Startgeschwindigkeit am dringendsten benötigt wird. ^{[ 18 ]}

Starts von Skisprungschanzen gelten als sicherer als Starts über einem Flugzeugträger. Startet ein Harrier von einem amerikanischen Hubschrauberlandeplatz (LHA), beendet er seine Startrolle und beginnt den Flug in einer Höhe von 18 Metern über dem Wasser. Dabei kann es zu einer negativen Steigrate kommen , insbesondere wenn das Schiff während der Startrolle mit der Nase nach unten geneigt war. Mit einer Skisprungschanze startet ein Harrier hingegen mit Sicherheit mit einer positiven Steigrate und erreicht durch seinen Schwung eine Höhe von 46 bis 61 Metern über dem Wasser. ^{[ 17 ]}

1988 führte ein Kontingent von McDonnell Douglas AV-8B Harrier II des US Marine Corps eine Reihe von Flugtests auf der Príncipe de Asturias durch . Dabei stellte man fest, dass die Startbedingungen, die auf einem Flugdeck der Tarawa - Klasse die gesamten 230 Meter (750 Fuß) ausnutzen würden , mit der 12° geneigten Skisprungschanze der Asturias nur 91 Meter (300 Fuß) benötigten; diese enorme Verbesserung für ein Schiff ohne Katapulte wurde als „geradezu erstaunlich“ bezeichnet. ^{[ 17 ]}

Anfang der 1990er-Jahre untersuchte die US-Luftwaffe den Einsatz von Skisprungschanzen an Land, um Kurzstarts zu ermöglichen. Dieser Ansatz wurde während des Kalten Krieges als mögliche Lösung für das Problem der Startbahnverweigerung in Europa angesehen. Es wurde festgestellt, dass sich die Startstrecke einer McDonnell Douglas F/A-18 Hornet bei Verwendung einer Skisprungschanze mit einem Anstellwinkel von neun Grad um etwa die Hälfte reduzieren ließe. ^{[ 19 ]}

• Giuseppe Garibaldi (Italien)
• Cavour (Italien)
• Triest (Italien)
• Hermes / Viraat (GB/Indien)
• Flugzeugträger der Invincible- Klasse (GB)
• Flugzeugträger der Queen-Elizabeth -Klasse (Großbritannien)
• Prinz von Asturien (Spanien)
  • Chakri Naruebet (Thailand)
• Juan Carlos I (Spanien)
  • Landeplattformen für Hubschrauber der Canberra -Klasse (Australien)
  • Anadolu (Türkei)
• Flugzeugträger der Kuznetsov -Klasse (Sowjetunion/Russland/China)
  • Liaoning (China)
  • Shandong (China)
• Vikramaditya (Indien)
• Vikrant (R11) (Indien)

• Endlose Startbahn
• Raketenschlittenstart

• Die Skisprungschanze: Fortsetzung der britischen Tradition der Flugzeugträgerkampffähigkeiten (Archiviert am 12.11.2020 im Internet Archive)
• Schematische Darstellung des Starts eines trägergestützten Flugzeugs von einer Skisprungschanze (via researchgate.net)
• Diese Grafiken veranschaulichen die entscheidenden Unterschiede zwischen den drei Flugzeugträgertypen der Welt (via businessinsider.com).