Wenn ein Jet einen zusätzlichen Kick braucht, um von einem Flugzeugträger zu starten, über Mach 1 hinauszuschießen oder feindlichen Waffen auszuweichen, setzt er seinen Nachbrenner ein.
Aus dieser Geschichte
Der Nachbrenner, der einen großen Schub – und eine dramatische Flamme – erzeugt, ist eine einfache Konstruktion aus dem Zweiten Weltkrieg, als Ingenieure in Deutschland, den Vereinigten Staaten und anderswo an Möglichkeiten tüftelten, den Schub von untermotorisierten Düsentriebwerken zu erhöhen, ohne viel Gewicht hinzuzufügen.
Die Amerikaner testeten ihr erstes Nachverbrennungstriebwerk 1943, und auch sechs Jahrzehnte später werden Nachbrenner noch in der neuesten Generation von US-Kampfflugzeugen eingesetzt, die ohne sie Überschallgeschwindigkeiten erreichen können, aber bei kritischen Manövern weiterhin auf sie angewiesen sind.
Ein typisches Düsentriebwerk verbraucht nur etwa die Hälfte des aufgenommenen Sauerstoffs, so dass eine große Menge an potenzieller Energie übrig bleibt. Der Nachbrenner, eine lange Verlängerung am hinteren Ende des Triebwerks, kombiniert einen Großteil des verbleibenden Sauerstoffs mit dem Treibstoff, der in den Hochgeschwindigkeits-Abgasstrahl der Turbine gespritzt wird, und zündet das Gemisch. Die dabei entstehende Lötlampe schießt durch eine Düse am hinteren Ende des Triebwerks und sorgt für einen kräftigen Extra-Schub.
Die Stärke des Schubs variiert. Die Nachbrenner der Olympus-Triebwerke, die den Überschalljet Concorde antrieben, steigerten den Schub dieses Triebwerks nur um etwa 17 Prozent.
Bei den Triebwerken moderner Kampfflugzeuge liegt die Steigerung zwischen 40 und 70 Prozent. Ein Kennzeichen eines Nachverbrennungstriebwerks ist seine Ineffizienz: Sie verbrauchen bis zu dreimal so viel Treibstoff, so dass die Piloten ihren Einsatz in der Regel auf wenige Minuten pro Mission beschränken.
Obwohl die Konstruktion eines Nachbrenners einfach ist, arbeitet er mit extrem empfindlichen Toleranzen. Die Aufrechterhaltung einer stabilen Flamme ist die erste Herausforderung, da die Zündung in der Luft erfolgen muss, die mit mehreren hundert Fuß pro Sekunde von der Turbine des Triebwerks in den Nachbrenner strömt.
„Es ist, als würde man ein Butanfeuerzeug anzünden, das man aus dem Autofenster hält und hinter den Seitenspiegel hält“, sagt Derk Philippona, ein Ingenieur mit einem Stipendium bei Pratt & Whitney, das mehrere mit Nachbrennern ausgestattete Triebwerke herstellt, darunter auch die für den F-22A Raptor der US Air Force.
Der Treibstoff wird durch eine Reihe kleiner Röhren – in der Regel etwa zehn – eingeleitet, die einen Ring um das Triebwerk bilden. Der Treibstoff spritzt aus Hunderten von winzigen Löchern in den Rohren in den Luftstrom, wo er gezündet wird, in der Regel durch eine elektrische Funkenvorrichtung.
„Man muss sicherstellen, dass der Treibstoff, wenn er in den Hochgeschwindigkeitsluftstrom gesprüht wird, nicht einfach aus dem Auspuffrohr geblasen wird“, sagt Louis Povinelli, leitender Wissenschaftler für Turbomaschinen und Antriebssysteme am Glenn Research Center der NASA in Cleveland, Ohio. Der Zündvorgang ist „immer noch eine Art schwarze Kunst“, sagt er.