Schub-Gewicht-Verhältnis

Das Schub-Gewicht-Verhältnis ist definiert durch den Quotienten aus der Schubkraft F_s eines Flugkörpers und dessen Gewichtskraft. Die Gewichtskraft ist dabei das Produkt aus seiner Masse m und der Schwerebeschleunigung g.

${\displaystyle {\frac {\text{Schubkraft}}{\text{Gewichtskraft}}}={\frac {F_{\mathrm {s} }}{mg}}}$

Ein Schub-Gewicht-Verhältnis von über 1 ermöglicht daher den Flug senkrecht nach oben, also ohne den aerodynamischen Auftrieb. Raketen, Senkrechtstarter und Hubschrauber benötigen daher ein Schub-Gewicht-Verhältnis von über 1. Bei Kampfflugzeugen ist das Schub-Gewicht-Verhältnis neben der Flächenbelastung der Tragflächen eine der beiden wichtigsten Kenngrößen.

Beispiele

Eine senkrecht startende bemannte Rakete hat bei der Zündung der Triebwerke mit vollen Tanks sinnvollerweise ein Schub-Gewicht-Verhältnis von knapp über 1 und wird von der Startrampe festgehalten, bis der Computer meldet, dass die Triebwerke korrekt funktionieren. Durch den enormen Treibstoffverbrauch nimmt das Gewicht sehr schnell ab. Das Schub-Gewicht-Verhältnis steigt gegen Brennschluss der ersten Stufe auf Werte von über 4, sodass bei bemannten Raketen die Leistung gedrosselt wird, um die Beschleunigung für die Astronauten zu limitieren. Ein Beispiel dafür ist die Saturn V mit einem Startschub-Gewicht-Verhältnis von 1,18, welche nach 139 s das innere Triebwerk abschaltet (Apollo-Startprofil (englisch)). Durch Abwurf der leeren ersten Stufe reduziert sich die Masse der Restrakete. Die darauffolgende Stufe muss nicht zwingend ein anfängliches Schub-Gewichts-Verhältnis von über 1 besitzen, da diese hauptsächlich die horizontale Geschwindigkeit erhöht, bis die Rakete den Orbit erreicht. Beispielsweise besitzt die Atlas-V-Oberstufe einen Schub von 99 kN und eine (anfängliche) Masse von 23 t, was einem Schub-Gewicht-Verhältnis von 0,44 entspricht.

Normale Flugzeuge, auch viele Kampfflugzeuge, haben beim Start mit typischer Beladung ein Schub-Gewicht-Verhältnis von deutlich unter 1 und beschleunigen zunächst horizontal auf der Startbahn. Dann gehen sie in den schrägen Steigflug über. Zwar können Flugzeuge mit ausreichend hoher horizontaler Geschwindigkeit beginnend einen steilen^[1] Parabelflug, senkrechten Flug oder Looping für einige Sekunden ausführen, aber auf Dauer (d. h. länger als ca. 10 Sekunden) sind die Triebwerke bzw. die Steigleistung nicht stark genug. Das Flugzeug würde seinen Schwung verlieren, zu langsam werden und abstürzen, sofern es nicht wieder in einen flacheren Winkel gesteuert wird.

Düsen-Jagdflugzeuge bzw. Abfangjäger seit den 1970er Jahren weisen auch mit Beladung ein Schub-Gewicht-Verhältnis von knapp über 1 auf und können nach dem Start senkrecht in den Himmel beschleunigen, wie etwa eine^[2] MiG-29. Mit einer unbewaffneten, erleichterten und passend betankten F-15 wurden 1975 mehrere Rekorde^[3] aufgestellt, etwa das Erreichen der Flughöhe 12000 m in unter einer Minute. Am Start wurde der Jäger festgehalten, bis maximaler Schub mit Nachbrenner erreicht war, wonach die F-15 bereits nach ca. 140 m oder 7 Flugzeuglängen Rollweg abhob und nach 23 Sekunden die Schallmauer durchbrach.

Modell	Erstflug/Herkunft	Schub-Gewicht-Verhältnis	Masse (normales Startgewicht)
Eurofighter Typhoon	1994Europaische Union	1,18	15.500 kg
Boeing C-17 (leer)	1991Vereinigte Staaten	0,62	122.016 kg
McDonnell Douglas C-17 (maximal beladen)	1991Vereinigte Staaten	0,29	263.083 kg
Lockheed Martin F-35A	2006Vereinigte Staaten	0,88	22.280 kg
McDonnell Douglas F-15E Strike Eagle	1986Vereinigte Staaten	0,93	28.440 kg
McDonnell Douglas F-15C Eagle	1972Vereinigte Staaten	1,07	20.185 kg
MiG-29	1977Sowjetunion 1955	0,99	16.800 kg
MiG-29K	1989Sowjetunion 1955	0,95	18.500 kg
MiG-29M	1986Sowjetunion 1955	1,03	17.500 kg
Su-27P	1977Sowjetunion 1955	1,07	23.430 kg
Suchoi Su-57	2010Russland	1,15	26.000 kg
General Dynamics F-16	1974Vereinigte Staaten	1,096	12.003 kg
Space Shuttle	1981Vereinigte Staaten	0,5–3	2.046.000 kg (mit Boostern und Tank)
Boeing 757-200 (leer)	1982Vereinigte Staaten	0,68	57.840 kg

Einzelnachweise

1. ↑ Boeing Prepares the 787-9 Dreamliner for the 2015 Paris Air Show
2. ↑ RIAT 2015 Incredible Vertical Takeoff MiG-29 and Cockpit View Footage auf YouTube
3. ↑ VIDEO: Watch Streak Eagle Smash Time-to-Climb Records in 1975