Nicht mehr zeitgemäß?

Seit dem Ende der Concorde im Jahr 2003 hat kein ziviles Flugzeug mehr die Schallmauer durchbrochen. Die Ära des Überschall-Reisens scheint beendet. Statt schneller, höher, weiter gilt in der Luftfahrt heute: Sparen um jeden Preis. Um die Tickets günstig zu machen und Treibstoffverbrauch und Umweltbelastungen niedrig zu halten, fliegen heutige Linienmaschinen im Schnitt sogar langsamer als noch vor 50 Jahren.

Zu Kerosin-hungrig und zu laut

Hinzu kommt: Die Concorde würde nach heutigen Luftfahrt-Richtlinien gar keine Zulassung mehr bekommen. „Für die Concorde galten noch Regularien, die höhere Emissionen im Vergleich zu den im Unterschall fliegenden Flugzeugen erlaubten“, erklärt Lars Enghardt vom Institut für Antriebstechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die vollbeladen gut 180 Tonnen schwere Überschallmaschine verbrauchte im Reiseflug rund 25.000 Liter Kerosin pro Stunde – pro Passagier und Kilometer gerechnet gut viermal mehr als moderne Verkehrsmaschinen. Beim Start schluckten ihre Triebwerke sogar 450 Liter pro Minute und setzten entsprechende Abgasmengen frei.

Auch der Fluglärm der Concorde wäre heute kaum mehr zulässig. Schon beim Start erreichte sie Schallintensitäten von mehr als 110 Dezibel – nahe der Schmerzgrenze des menschlichen Ohrs. Hauptgrund für diesen Lärm war der Einsatz von Turbojet-Triebwerken mit Nachbrennern. Bei diesen Motoren wird die gesamte eingesaugte Luft verdichtet, in der Brennkammer mit Kerosin gemischt und verbrannt. Der konzentrierte Abgasstrahl erzeugt einen starken Vortrieb, aber auch Luftturbulenzen, die für viel Lärm sorgen. Beim Nachbrenner wird hinter der Brennkammer zusätzlich Kerosin in den Abgasstrom eingespritzt und verbrannt, um mehr Schub zu bekommen.

Durch die Schallmauer

Ein weiteres Problem der Concorde – und aller Überschall-Flugzeuge – ist der Überschallknall. Er entsteht, wenn ein Objekt sich schneller bewegt als die von ihm erzeugten Schallwellen. In Reiseflughöhe eines Flugzeugs ist dies bei einem Tempo von rund 1.062 Kilometern pro Stunde der Fall., in wärmerer Luft auf Meereshöhe erst bei gut 1.230 km/h.

Bei diesem Tempo breiten sich die vom Flugzeug erzeugten Luftdruckschwankungen nicht mehr gleichmäßig in alle Richtungen aus, sondern bilden einen schräg nach hinten gerichteten Kegel – ähnlich der Bugwelle eines schnell fahrenden Schiffs. Ein Überschallflugzeug erzeugt zwei solcher Kegel, einen von der Nase einen vom Heck ausgehenden. In diesen Schallkegeln werden die Druckwellen komprimiert und verstärkt – die Amplitude der Wellen erhöht sich.

Wenn ein Flugzeug die Schallmauer durchbricht, kann die Stoßwelle des komprimierten Schalls sogar dazu führen, dass der Wasserdampf der Luft abrupt auskondensiert. Dadurch bildet sich vorübergehend eine scheiben- oder kuppelförmige Wolke am Hinterende des Flugzeugs. Vom Boden aus sichtbar machen kann man diese Schallkegel durch eine spezielle Fotografietechnik, die sogenannte Schlieren-Fotografie. Dafür muss das Überschallflugzeug vor einem hellen Hintergrund wie beispielsweise der Sonne vorbeifliegen. Spezielle Linsen zeige dann die Druckschwankungen der Luft über deren veränderte Brechungseigenschaften.

Das Problem des Knalls

Die Form und Struktur der komprimierten Schallwellen bestimmten auch, wie laut der am Boden hörbare Überschall-Knall ist. Er entsteht, wenn der Rand des Schallkegels die Erdoberfläche und damit unsere Ohren erreicht. Die Druckwelle hat dabei meist die Form eines „N“: Der Schalldruck steigt abrupt an, dann folgt eine Unterdruckzone, bevor sich der Luftdruck wieder normalisiert. Bei größeren Flugzeugen kann ein Doppelknall zu hören sein, weil die Schallkegel von Bug und Heck leicht zeitlich versetzt eintreffen.

Typischerweise liegt die Lärmbelastung durch den Überschallknall bei der Concorde oder militärischen Düsenjets bei 110 bis 120 Dezibel. Nachdem ein Flugzeug einmal den Überschallbereich erreicht hat, bildet seine nachfolgende Schallschleppe am Boden eher einen Geräuschteppich – das Ganze klingt dann wie ein langgezogener Donner.

Wegen der Knalls und des Lärms ist der Überschalflug in den USA heute über der gesamten Landfläche grundsätzlich verboten. Bis vor kurzem durften selbst Flugtests nur über dem Meer durchgeführt werden. Inzwischen aber hat die US-Luftfahrtbehörde FAA ihre Bestimmungen gelockert. Auf Antrag dürfen Flugzeughersteller nun ihre Modelle auf Antrag auch über Land testen – allerdings nur in ausgewiesenen, genehmigungspflichtigen Testgebieten.