Monster-Propeller und fliegende Badewannen: die crazy Windkanäle der NASA
Riesige Windkanäle besitzen eine ganz eigene, faszinierende Ästhetik. Während des 20. Jahrhunderts wurden solche Anlagen intensiv von der NASA und ihrer Vorgängerin NACA genutzt. In den Forschungszentren in Langley, Virginia, und Ames, Kalifornien, entstanden Dutzende spezialisierte Windkanäle, um Phänomene wie hohe Windgeschwindigkeiten, Turbulenzen, Vereisung oder Ionisation zu erforschen. Einige dieser Bauwerke waren gigantisch: Der grösste bis heute aktive Windkanal im Ames Research Center misst an seiner engsten Stelle 24 x 37 Meter (Lufteinlass und Austrittskonus sind physikalisch bedingt noch um ein Vielfaches grösser). In den 1990er-Jahren führten Fortschritte bei Computersimulationen zur Stilllegung und zum Abriss vieler älterer Anlagen.
Diese Sammlung zeigt eindrückliche Bilder der faszinierendsten NASA-Windkanäle aus dem vergangenen Jahrhundert.
1920: NACA Wind Tunnel Number 1 – der Urvater.
Fünf Jahre nach seiner Gründung im Jahr 1915 nahm das National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) seine erste Windkanalanlage im Langley Memorial Aeronautical Laboratory in Hampton, Virginia, in Betrieb – einen Nachbau eines bereits bestehenden britischen Kanals. Der wabenförmige offene Lufteinlass sorgte für eine gleichmässige, turbulenzfreie Luftströmung.
Damals wurde ausschliesslich mit Miniaturmodellen getestet.
1932: Inzwischen besitzt Langley einen Grosswindkanal, worin echte Flugzeuge getestet werden können. Im Bild ein Flugboot der US Navy vom Typ Loening XSL-1.
1939: Kleinere Windkanäle mit skalierten Modellen blieben derweil aber weiterhin im Einsatz. Hier einer, in dem Flugmodelle im Freiflug getestet werden konnten.
1940: Derweil wird im kalifornischen Moffett Field, südlich von San Francisco, das Ames Research Center gebaut.
1941: «der fliegende Pfannkuchen»
Vom Langley-Ingenieur Charles Zimmerman entwickelt, wurde der Prototyp des Vought V-173 im Windkanal getestet – wo er prompt den Übernamen the flying pancake erhielt.
1943: Mehr als 10 Meter betrug der Durchmesser der Ventilatoren im Hochgeschwindigkeitswindkanal von Ames.
1943: Man nannte sie computers – im wörtlichen Sinne: «Rechnerinnen», die die Daten von Manometertafeln ablasen und komplexe Testresultate von Hand berechneten.
Während des Krieges waren rund 200 Frauen am Langley-Laboratorium des National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) als Mechanikergehilfinnen und Laborassistentinnen tätig – Aufgaben, die zuvor von Männern ausgeführt wurden.
1943: der Flugzeugrumpf eines North American XP-51B im Hochgeschwindigkeitswindkanal von Ames.
1943: Bau des mit 40 × 80 Fuss (ca. 12 x 24 Meter) Durchmesser bisher grössten Windkanals im Ames Research Center.
Die Namensbezeichnung von Windkanälen bezieht sich stets nur auf die engste Stelle – die eigentliche Messstrecke (40 × 80 Fuss bzw. 12,2 x 24,4 Meter). Lufteinlässe und Antriebsabschnitte sind physikalisch bedingt um ein Vielfaches grösser. Hier ein Bild desselben Kanals in Ames, das wenige Wochen nach dem obenstehenden entstand …
… mitsamt Luftschiff im Hintergrund.
So sah der fertige Windkanal aus:
Sechs Ventilatoren mit einem Durchmesser von je 12 Meter wurden von je einem 6'000-PS-Elektromotor angetrieben, was eine Luftströmung von bis zu 370 km/h ermöglichte.
1943: Montage eines der hölzernen Antriebsventilatoren des Höhenwindkanals (Altitude Wind Tunnel, AWT).
1944: aerodynamische Tests einer Ryan FR-1 – des ersten Gemischtantrieb-Jäger der U.S. Navy mit Kolben- und Strahltriebwerk – im Windkanal von Ames.
1946: Austrittskonus und Antriebsventilatoren des Grosswindkanals in Langley, Virginia. Jeder Ventilator hat einen Durchmesser von 11 Metern und wird von einem 4'000-PS-Elektromotor angetrieben.
1948: Aussenansicht des Hochgeschwindigkeits-Windkanals von Ames, Kalifornien.
1948: Unten links ist das Ergebnis eines Zwischenfalls während der Tests im Grosswindkanal von Langley zu sehen.
Ein Helikopterrotor, der an der Apparatur rechts befestigt war, riss sich los und prallte gegen die Struktur.
1952: Test eines Modells des Senkrechtstarters Lockheed XFV-1 in Ames.
1953: Modell eines Jet-Aufklärers vom Typ Republic RF-84F, montiert im 19-Fuss-Druckwindkanal (5,8 Meter).
1954: Luftaufnahme der Bauarbeiten am Unitary-Plan-Windkanal-Komplex in Ames.
Und hier der Blick vom Boden aus auf den 11-stufigen Kompressor:
1955: Ein NACA-Ingenieur untersucht die Kompressorblätter des Hauptverdichters des Unitary-Plan-Überschallwindkanals.
Die Anlage war nach dem Unitary Plan Act des US-Kongresses benannt, der den Bau von Windkanälen bei der NACA, der Air Force, in der Industrie und an Universitäten koordinierte – und ab 1958 auch bei der NASA. In jenem Jahr wurde die NACA im Zuge des Wettlaufs ins All aufgelöst und mit erweitertem Raumfahrt-Mandat in die neu geschaffene NASA (National Aeronautics and Space Administration) überführt.
1959: Test eines Mercury-Raumkapsel-Modells im Trudelwindkanal.
Und hier wird eine echte, lebensgrosse Mercury-Kapsel in Langley getestet:
1961: Also doch! Die Aliens sind unter uns und die USA experimentieren im Geheimen mit ihrer Antriebstechnik …
… nicht ganz. Hier handelt es sich um das VZ-9 Avrocar, ein experimentelles Senkrechtstarter-Fluggerät, das vom kanadischen Flugzeughersteller Avro Canada und dem US-Militär entwickelt wurde, …
... und unter anderem im Windkanal von Ames getestet wurde.
1962: Schlierenaufnahme der Stosswellen an einem Modell der X-15 im transsonischen Windkanal.
1963: die «fliegende Badewanne»
Die NASA M2-F1, genannt the flying bathtub, war der erste bemannte Prototyp eines sogenannten «Tragrumpfkonzepts» (lifting body). Das Konzept sollte testen, ob ein Raumfahrzeug ohne klassische Tragflächen – bei dem allein der Rumpf Auftrieb erzeugt – wie ein Gleitflugzeug landen kann.
Doch nicht nur Raumfahrt- und Militärfluggeräte wurden getestet: Bereits Anfang der 1960er-Jahre wurde das SCAT-Programm (Supersonic Commercial Air Transport) ins Leben gerufen, das das Konzept eines zivilen Überschallverkehrsflugzeugs, SST (Supersonic Transport) untersuchte. Hier ist ein Modell mit Pfeilflügel-Konfiguration (Arrow-Wing) in einem Windkanal in Ames im Jahr 1962 zu sehen:
1965: Test des SST-Designs von Lockheed im Hochgeschwindigkeitskanal von Ames.
1969: hier ein Modell des NASA-eigenen Designs SCAT-15F, im grossen Windkanal von Ames.
1975 arbeitete NASA weiterhin am Konzept eines SST. Im Rahmen des SCAR-Programms (Supersonic Cruise Aircraft Research) untersuchte die NASA in den 1970er-Jahren verbesserte Flugeigenschaften bei niedrigen Geschwindigkeiten und Lärmminderungskonzepte.
Parallel dazu ging die Forschung an der Raumfahrt weiter. Hier sieht man das Modell des Space Shuttle Orbiter (SSV, Modell A100) im Mai 1975 im grossen Windkanal.
1977: Mary Jackson im Überschalldruckwindkanal in Langley. 1951 als Mathematikerin in der damals noch rassengetrennten Rechenabteilung gestartet, setzte sie sich durch Abendkurse an einer segregierten Highschool durch und wurde 1958 die erste schwarze Ingenieurin der NASA.
1983: Untersuchung der Eisbildung an der Triebwerksgondel eines Turboprop-Triebwerks im Vereisungswindkanal.
1986: die Antriebsventilatoren des 80 × 120 Fuss (25 x 37 Meter) grossen Windkanals im National Full-Scale Aerodynamics Complex des Ames Research Center – des grössten seiner Art.
Hier sieht es von der anderen Seite aus:
Ungefähr so gross wie ein Fussballfeld ist der Lufteinlass.
1991: Ein Modell des Space Shuttles wird im transparenten, sechseckigen Messbereich des magnetischen Aufhängungs- und Waagesystems schwebend gehalten.
2010: Ein Techniker öffnet die Türe, die in die Leitschaufeln des 16-Fuss-Transschallwindkanals von Langley eingebaut ist. Bei «transsonischem» Betrieb – also rund um den Bereich der Schallgeschwindigkeit – strömte die Luft in der Teststrecke mit etwa 240 bis 1'600 km/h.
Der Kanal – eine von Dutzenden Forschungseinrichtungen in Langley – wurde 1939 erbaut und war bis 2004 in Betrieb, ehe er im Rahmen einer landesweiten Initiative zur Optimierung staatlicher Windkanäle stillgelegt wurde.
Auch der kleinere (8 Fuss – ca. 2,4 Meter) Transschalldruckwindkanal von Langley fiel der Optimierung zum Opfer. Nach der Schliessung im Jahr 1996 wurde er 2011 abgerissen.
