Voller Enthusiasmus stellten die Ingenieure der Douglas Aircraft Company im Oktober 1952 ihre „Stiletto“ genannte X-3 auf der Edwards Air Force Base der Presse vor. Und entsprechend nahmen die Medien das Flugzeug auf. Mit ihrem langen, schlanken Rumpf und ihren kleinen Flügeln – entwickelt für Spitzengeschwindigkeiten von Mach 2 und mehr – sah die Maschine beeindruckend schnell aus. Dabei war schon damals klar, dass sie es nicht sein würde: Die eigentlich vorgesehenen J46-Triebwerke von Westinghouse, die 29,33 Kilonewton leisten sollten, waren nämlich nicht verfügbar. So musste man mit den Westinghouse J34 vorlieb nehmen, deren Leistung gut 25 Prozent geringer war.
Idee aus dem Jahr 1945
Zum Zeitpunkt ihrer Präsentation hatte die X-3 schon eine lange Entwicklungsgeschichte hinter sich. Ihre Wurzeln lassen sich nämlich wie bei der legendären Bell X-1 ins Jahr 1945 zurückverfolgen. Damals erhielt Douglas Aircraft in Santa Monica, Kalifornien, von der Army Air Force den Auftrag für die Entwicklung eines Flugzeugs, das für längere Zeiträume mit Überschallgeschwindigkeit fliegen konnte, um so umfangreiche Messungen in diesem Bereich zu ermöglichen. Ziel waren 30 Minuten mit Mach 2 in 9000 Metern Höhe.
Kompromissloses Design
Frank Fleming und sein Team, zu dem unter anderen die Ingenieure Luskin, Adams und Burton gehörten, konzentrierten sich bei ihren Studien insbesondere auf eine Minimierung des Widerstands, was zu kleinen, dünnen Flügeln und einem Rumpf mit minimaler Stirnfläche führte. Eine ganze Reihe von Entwürfen auch mit Raketen-, Staustrahl- und Mischantrieb wurde untersucht. Im Jahre 1947 entschieden sich die Ingenieure schließlich für eine Lösung mit zwei Strahltriebwerken. Grund dafür war das Versprechen von Westinghouse, eine Version seines 24C-Modells mit einem Nachbrennerschub von 6600 lbs (29,33 kN) zu entwickeln, was einen enormen Leistungsschub bedeutet hätte. Douglas verzichtete daher auf eine Zusatzrakete im Heck und nutzte den Raum für einen zusätzlichen Kraftstofftank.
Das intern als Model 499 bezeichnete Flugzeug wurde in den kommenden Monaten noch weiter optimiert. Unter anderem verzichtete man nach Windkanalversuchen auf eine absprengbare Bugsektion und sah für den Piloten einen nach unten auszustoßenden Rettungssitz vor. Die Luke diente gleichzeitig als Einstieg. In dieser Form (Model 499D) entstand schließlich ein Modell in Originalgröße, anhand dessen im Dezember 1948 in Santa Monica die so genannte Mockup-Konferenz mit Vertretern der Air Force und der NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) abgehalten wurde. Der offizielle Auftrag für zwei Versuchsflugzeuge und eine Zelle für statische Tests ging dann am 30. Juni 1949 bei Douglas ein. Die Maschine erhielt die Bezeichnung X-3.
Jet mit Übergewicht
Schon kurz nach der Auftragserteilung ergaben sich einige wichtige Änderungen. Zunächst sah sich Douglas gezwungen, wegen Übergewichts bei einigen Strukturteilen von Stahl auf Titan umzusteigen, was damals noch höchst ungewöhnlich war. Immerhin konnte dadurch die Leermasse um etwa 180 Kilogramm gesenkt werden. Ein gravierenderes Problem betraf allerdings den Antrieb. Westinghouse konnte seine Versprechen für das J46 nicht halten, und so wurde im Oktober 1949 entschieden, als vermeintliche Zwischenlösung das J34-WE-17 einzubauen.
Die Konstruktion der X-3
Bis Juli 1950 waren fast alle Konstruktionszeichnungen der X-3 fertig und die erste Maschine im Bau. Versuche im Windkanal und mit Raketenmodellen in Wallops Island ergaben jedoch eine bedenkliche Instabilität um die Nickachse fast im gesamten Unterschallbereich. Diese konnte nur durch eine Vergrößerung des voll beweglichen Höhenleitwerks um etwa 40 Prozent behoben werden. Bis Ende 1950 war die erste X-3 (USAF-Nummer 48-2892) in Santa Monica etwa zur Hälfte gebaut. Am 30. September 1951 folgte dann der Roll-out, was in diesem Fall nur die Übergabe des fertigen Flugzeugs an die Testmannschaft bedeutete. Diese konnte aber nicht gleich loslegen, denn Versuche mit der statischen Testzelle hatten einige Schwachstellen aufgezeigt. Das Heck musste mit Titanlängsträgern verstärkt werden. Auch Undichtigkeiten im Kraftstoffsystem erforderten langwierige Nacharbeiten.
So traf die X-3 erst am 11. September 1952 per Lastwagen auf der Edwards Air Force Base ein. Etwa zur selben Zeit entschied die Air Force angesichts der erheblichen Verzögerungen und Probleme, die zweite Maschine nicht fertig zu bauen. Sie diente letztlich als Ersatzteilspender. Als Testpilot für die X-3 hatte Douglas William Bridgeman ausgewählt, der über viel Erfahrung mit der sehr erfolgreichen D-558-2 Skyrocket verfügte. Nach diversen Checks begann Bridgeman mit Rollversuchen auf dem Rogers Dry Lake, bei denen am 15. Oktober der erste Hüpfer gelang.
Schwach im Antritt, schwer zu steuern
Der offizielle Erstflug, der etwa 20 Minuten dauerte, datiert vom 20. Oktober 1952. Dabei stellte Bridgeman schnell die völlig unzureichende Triebwerksleistung fest. Zudem war Feinfühligkeit bei den Steuereingaben gefragt, denn um die Querachse reagierte die X-3 trotz vergrößertem Höhenleitwerk sehr nervös.
Beim siebten Flug im Juli 1953 schaffte Bridgeman erstmals Überschallgeschwindigkeit. Dazu war aber ein 15-Grad-Bahnneigungsflug aus fast 11 000 Metern notwendig. In 7900 Metern Höhe zeigten die Instrumente schließlich Mach 1.1. Als absolute Höchstgeschwindigkeit der X-3 wurden am 28. Juli Mach 1.208 registriert. Dafür war ein Flug im 30-Grad-Winkel nötig, denn im Horizontalflug war die Stiletto gerade einmal Mach 0.95 schnell.
Kritische Erprobung
Insgesamt absolvierte Bridgeman bis zum Dezember 25 Erprobungsflüge mit einer Gesamtdauer von elfeinhalb Stunden. Dabei gab es auch einige kritische Momente wie einen Triebwerksausfall mit anschließender Notlandung. Ein anderes Mal heizte sich das Heck bei Sideslip-Manövern durch den Abgasstrahl auf 315 Grad Celsius auf, was weit über dem Entwurfslimit lag. Deshalb wurde eilends ein zusätzliches Hitzeschild montiert.
Als die X-3 nach der Werkserprobung an die Air Force übergeben wurde, hatte diese das Interesse an dem Versuchsflugzeug weitgehend verloren. Schließlich standen zu diesem Zeitpunkt Muster wie die North American F-100 Super Sabre oder die Convair F-102 vor der Truppeneinführung – mit Leistungen, die zum Teil sogar besser waren als die der Stiletto. Trotzdem führte sie ein kurzes Versuchsprogramm durch. Dafür wurden Oberstleutnant Frank Everest und Major Charles „Chuck“ Yeager eingeteilt, die beide wenig beeindruckt waren. Everest erklärte später sogar, dass die X-3 eines der schwierigsten Flugzeuge seiner Karriere gewesen sei. Immerhin erzielte er mit 12 590 Metern die größte Flughöhe des X-3-Programms.
Testflug endet beinahe in der Katastrophe
Nach nur sechs Flügen bei der Air Force ging die Stiletto schließlich an die NACA. Dort war Joseph Walker für die X-3 zuständig. Auch er konnte auf Erfahrungen mit der D-558-1 und der D-558-2 zurückgreifen. Das NACA-Testprogramm begann am 23. August 1954. Ziel waren nun nicht mehr hohe Geschwindigkeiten, sondern die umfangreiche Datensammlung im möglichen Flugbereich. Dafür war die X-3 mit etwa 550 Kilogramm Flugtestinstrumentierung, 850 Drucksonden in der Beplankung, 150 Temperaturfühlern und 185 Dehnungsmessstreifen bestens ausgestattet. Darüber hinaus wurden wichtige Parameter wie die Ruderstellungen, die Positionen von Steuerhorn und Seitenruderpedalen oder die Beschleunigungswerte um alle Achsen aufgezeichnet.
Am 27. Oktober 1954 sollte Walker beim NACA-Flug 10 wie schon bei den Flügen Nr. 8 und 9 das Steuerungsverhalten untersuchen. Bei etwa Mach 0.92 führte er in 9145 Metern Höhe zwei gerissene Rollen aus, die zu unerwarteten Anstellwinkel- und Schiebewinkelausschlägen führten (20 und 16 Grad). Bei einer Wiederholung des Manövers in geringerer Höhe geriet die Maschine noch viel stärker ins Schlingern und erreichte bedenkliche Lastvielfache von +7 und -6,7 g, weit über dem Entwurfslimit.
Schwachpunkt Trägheitskopplung
Das haarsträubende Verhalten der X-3 bestätigte ein Phänomen, das bereits 1944 von der DVL in Berlin-Adlershof vorhergesagt und 1947 erstmals bei einem Abwurfmodell der Bell XS-1 von der NACA in Langley beobachtet worden war. Die so genannte „Trägheitskopplung“ tritt insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsflugzeugen mit langem, schlankem Rumpf und dünnen Tragflächen geringer Spannweite auf, da die Masse nicht komplett symmetrisch zur Längsachse ist. Bei einer Rollbeschleunigung und schnellen Drehbewegungen um die Flugzeuglängsachse werden durch diese Asymmetrie Massenkräfte auch um die Quer- und Hochachse erzeugt, was zu rasch anwachsenden Anstell- und Schiebewinkeln führt und damit zu einer heftigen Taumelbewegung um alle Achsen.
Dieser „Kreiseleffekt“ führte bei der ersten Generation von Hochgeschwindigkeits-Kampfjets zu ernsthaften Flugeigenschaftsproblemen. Auch die F-100 war zum Beispiel davon betroffen, und mit Hilfe der Daten der X-3 konnte hier eine Lösung gefunden werden, indem man das Seitenleitwerk erhöhte.
Vorläufer des Starfighter
Ein weiteres Ergebnis der X-3-Erprobung bestand in der Intensivierung der Reifenforschung. Die hohen Start- und Landegeschwindigkeiten (420 beziehungsweise 320 km/h) stellten erhebliche Anforderungen an die Fahrwerksstruktur und erst recht an die Reifen, die sehr häufig beschädigt wurden. Die Reifenhersteller in den USA nutzten diese Erkenntnisse für die Entwicklung sicherer Hochgeschwindigkeitsreifen.
Auch Lockheed Martin profitierte von den Daten des Stiletto-Testprogramms. Die berühmte F-104 Starfighter, die im März 1954 erstmals flog, hatte nämlich eine sehr ähnliche Auslegung und fast identische Abmessungen.
Ende im Museum
Nach dem Beinaheunfall und der Überlastung im Oktober 1954 war die X-3 fast ein Jahr gegroundet. Erst am 20. September 1955 war Walker mit der Stiletto wieder in der Luft. Dieser und sechs weitere Flüge dienten wie bisher der Gewinnung von Daten zur Richtungsstabilität. Dann folgten noch drei Flüge unterschiedlicher Zielsetzung. Am 23. Mai 1956 landete die X-3 zum letzten Mal und wurde noch im selben Jahr dem US Air Force Museum in Dayton, Ohio, übergeben. Dort steht die Stiletto seit dem 28. September 1956 als Zeugin einer stürmischen Epoche der Flugzeugentwicklung.
Technische Daten
Douglas X-3 Stiletto
Hersteller: Douglas Aircraft Company, USA
Verwendung: Hochgeschwindigkeits-Versuchsflugzeug
Besatzung: 1
Antrieb: 2 x Westinghouse J34-WE-17
Leistung: 2 x 15 kN ohne und 2 x 21,55 kN mit Nachbrenner
Länge: 20,30 m
Höhe: 3,81 m
Spannweite: 6,90 m
Leermasse: 7312 kg
Kraftstoff: 3670 l
max. Abflugmasse: 10 815 kg
Höchstgeschwindigkeit: Mach 0.95
Gipfelhöhe: 12 590 m
Reichweite: ca. 800 km
Klassiker der Luftfahrt Ausgabe 05/2009
