Eidgenössisches Flugzeugwerk N-20

Die EFW N-20 Aiguillon war ein Schweizer Strahlflugzeugprojekt des Eidgenössischen Flugzeugwerks (F+W). Es handelte sich um ein Mitteldecker-Delta-Kampfflugzeug mit Strahlantrieb und Druckkabine in Ganzmetallbauweise.

Geschichte Noch während des Zweiten Weltkrieges begannen in der Schweiz Ingenieure mit der Planung von düsengetriebenen Kampfflugzeugen. Es entstanden die P-Projekte, welche bei FFA in Altenrhein schliesslich zur P-16 führten, sowie die N-Projekte, welche vom Eidgenössischen Flugzeugwerk in Emmen entwickelt wurden. Es gab umfangreiche Entwurfsarbeiten, welche die Auslegung der Flugzeugform, die Triebwerksvarianten und die Triebwerksposition umfassten. Die Entwicklung des N-20 wurde von den Ingenieuren Branger (Konstruktion), Hausammann (Aerodynamik) und Dr. Spillmann (Triebwerke) geleitet.

Die Wunsch-Anforderungen an das zu entwickelnde Flugzeug waren ausserordentlich anspruchsvoll: Da die Pisten damals üblicherweise 900 Meter lang waren, sollte das Flugzeug auf 200 Metern Länge starten und auf 250 Metern Länge landen können. Dementsprechend versuchten die Konstrukteure der N-20, ausländische in Entwicklung stehende Flugzeuge wesentlich zu übertreffen.Dr. G. Bridel: F+W N-20 Aiguillon, Cockpit, Januar 1984, S. 59 Diese hohen Ansprüche waren der Grund für die unkonventionelle Auslegung der N-20: Der Nebenstrom der Triebwerke wurde beim Start des Flugzeuges durch Klappen unter die Flügel geleitet. Allen Entwürfen gemeinsam waren niedrige Flächenbelastungen für niedrige Landegeschwindigkeiten und enge Kurvenradien.

Im Jahr 1946 gab Emmen die einmotorigen Vorprojekte an Altenrhein ab, da sich im Sinne einer Arbeitsteilung das Flugzeugwerk in Emmen mit mehrstrahligen Projekten beschäftigen sollte.

mini|SM-1 Zwei ursprüngliche Ideen wurden im N-20 vereint; Hausammann hatte einen vollständig durchströmten Flügel von geringer Spannweite vorgeschlagen, mit zwei Haupttriebwerken und nicht weniger als acht Gebläse-Nebentriebwerken. Gedacht wurde an einen Antrieb der Gebläse durch die Verdichterluft der Haupttriebwerke oder eine von Hausammann 1945 zum Patent eingereichte Version von Sulzer mit mechanischer Kraftübertragung. Branger hatte eine Schwanzlose Konstruktion mit stark gepfeiltem Flügel vorgeschlagen. Die N-20 vereinigte diese zwei Ansätze, insbesondere als Mitte 1946 entschieden wurde, das bis dann vorgesehene Leitwerk an die Flügelenden zu „verlegen“ und somit Höhenquerruder zu verwenden. Erst später in der Entwurfsphase wurden Ende 1946 die Gebläsetriebwerke gestrichen zugunsten von je zwei in der Flügelmitte eingebauten koaxialen Zweistromtriebwerken mit abgetrennten Nebenströmen. Die Pfeilung des Flügels betrug im inneren Bereich der Triebwerke 30 Grad, beim Aussenflügel 45 Grad.

Um Bedenken der Behörden zu zerstreuen, wurde der Kriegstechnischen Abteilung vorgeschlagen, einen Gleiter im Grössenverhältnis 0,6:1 zum geplanten N-20 zu bauen. Im April 1947 wurde dieser Gleiter N-20.1 von der KTA in Auftrag gegeben. Danach folgte eine Verzögerung, da die KTA das Projekt P-25 aus Altenrhein „abwarten“ wollte, um aus verschiedenen Projekten auswählen zu können; Emmen wurde in dieser Zeit der Entwicklung in Altenrhein beigezogen, durfte aber den eigenen Prototyp noch nicht zu bauen beginnen. Erst am 29. Juni 1948 wurde von diesen mehrmotorigen Entwürfen die Emmener N-20 der Dornier P-25.20 aus Altenrhein vorgezogen. An dieser Sitzung wurde der Bau eines Prototyps und der dazugehörigen Triebwerke in Auftrag gegeben.Dr. G. Bridel: F+W N-20.10 Aiguillon, Cockpit, März 1984, S. 35

Nach dem Unfall des Gleiters im Juli 1949 wurde beschlossen, erneut ein Versuchsflugzeug in verkleinertem Massstab zu bauen, diesmal jedoch mit vier Strahltriebwerken ausgerüstet, jeweils eines ober- und unterhalb jedes Tragflügels. Der Bau begann im Oktober 1950 und im Herbst 1951 folgten Bodenversuche, Hüpfer und dann der Erstflug am 16. November 1951. Dieses Flugzeug mit der Bezeichnung N-20.2 Arbalète ist heute im Flieger-Flab-Museum ausgestellt.Der letzte Flug der Arbalète

Abbruch der Entwicklung Der N-20-Prototyp hatte Triebwerksstandläufe absolviert und am 9. Januar 1953 mit den Rollversuchen begonnen. Bis im September war die Bodenerprobung mit den Rollversuchen und einem kleinen Starthüpfer abgeschlossen. Anfang November 1953 untersagte der Vorsteher des EMD Karl Kobelt die Flugversuche. Die Konstrukteure hatten die volle Verantwortung für den Erstflug der Aiguillon schriftlich versichert und die Belegschaft wäre bereit gewesen, den Erstflug in ihrer Freizeit durchzuführen und selber zu finanzieren. Ingenieur Branger richtete noch eine Eingabe an den Gesamtbundesrat, konnte aber der Flugverbot nicht abwenden.

Die N-20 steht heute neben der FFA P-16 im Flieger- und Flabmuseum in Dübendorf.

Antrieb mini|Sulzer D45.04 Der Antrieb spielte in der Entwurfsphase eine ganz entscheidende Rolle, da damit der benötigte Auftrieb mit erzeugt werden sollte, welcher für die kurze Startrollstrecke unabdingbar war. Allerdings war die gleichzeitige Entwicklung von Triebwerken und einem Flugzeug laut Georges Bridel stets problematisch. Für das definitive Flugzeug N-20 wurde ein Triebwerk benötigt, dessen Nebenstrom durch Schlitzklappen umgelenkt werden sollte: als kalter Nebenstrom ausgeblasen unter den Flügel zur Erhöhung des Auftriebes beim Start als Schubumkehr oben und unten ausgeblasen Die Wirksamkeit der Auftriebserhöhung durch das Ausblasen konnte ohne Flugversuche nicht abschliessend geklärt werden; das effektive Verhältnis von Strahlgeschwindigkeit zur Fluggeschwindigkeit konnte im grossen Windkanal nur unvollständig nachgebildet werden. Im Windkanal war ein Halbmodell 1:2 verwendet worden.

Im Reiseflug hätten die Triebwerke einen geringen Verbrauch gehabt, während der zusätzliche benötigte Schub in einer Luftkampfsituation durch Zusatzverbrennung im Nebenstrom erzeugt worden wäre.

Im Laufe der Entwicklung wurden ab 1945 bei Gebrüder Sulzer AG Triebwerke mit der Bezeichnung D-45 entwickelt.Peter Schellenberg; Winterthur, ZH: Lizenz-Produktion ATAR-Düsentriebwerke bei Sulzer für Mirage-Kampfflugzeug, Schweizer Fernsehen Sendung Antenne, Sulzer Winterthur, Antenne Spezial Flugzeugwerke Altenrhein, DRS, 1966-02-04, aus: Fernsehbestand Antenne, 66.4110.01a;Rolle 2010, Stand: 20. Juni 2024 Das nicht flugfähige D45.01 wurde ab 1950 im Teststand geprüft. Das bedingt flugfähige Triebwerk D45.05 wurde bis 1955 getestet und erreichte einen Schub von 752 kp. Das eigentlich als Antrieb für die N-20 vorgesehene Zweistromtriebwerk DZ-45 wurde nicht verwirklicht. Für die Entwicklung dieses Zweistromtriebwerks mit koaxialen Wellen erwartete Sulzer im Jahr 1947 nach der Festlegung auf diesen Typ einen Entwicklungsvertrag im Umfang von 10 Millionen Franken, der nicht gesprochen wurde.Georges Bridel: Schweizerische Strahlflugzeuge und Strahltriebwerke – Sulzer Schweizerische Bauzeitung Band 95 (1977), Heft 10, S. 140 Auch Escher-Wyss war um ein Triebwerk angefragt worden und begann 1945 mit der Entwicklung. 1946 war das Triebwerk vorgesehen für den Typ N-11, 1947 für den Typ P-1205. Dabei handelte es sich um ein Zweistromtriebwerk mit Schubumkehr im Nebenstrom.Georges Bridel: Schweizerische Strahlflugzeuge und Strahltriebwerke, Schweizerische Bauzeitung Band 95 (1977), Heft 32, S. 541 1947 war absehbar, dass ein Triebwerk nicht zeitgerecht realisierbar sein würde und die Entwicklung wurde eingestellt.Georges Bridel: Schweizerische Strahlflugzeuge und Strahltriebwerke, Schweizerische Bauzeitung Band 92 (1974), Heft 45, S. 1013

Swiss Mamba mini|Swiss Mamba SM-1 Anstelle der Schweizer Eigenentwicklungen bei Sulzer und Escher Wyss wurde das Triebwerk Swiss Mamba entwickelt. An der entscheidenden KMF-Sitzung vom 29. Juni 1948 hatte das Eidg. Flugzeugwerk diese Ersatzlösung vorgestellt in Form einer Modifikation auf der Basis des britischen Turboproptriebwerks ASM Mamba 1 der Armstrong Siddeley Motors. Bewilligt wurde die Erweiterung zu einem Zweistromtriebwerk für die Ausrüstung der Prototypen und somit der Bau einer kleinen Serie. Es war von vornherein klar, dass das Swiss Mamba SM-1 nur das Triebwerk des Prototyps sein würde. Das Swiss Mamba war ein Zweiwellentriebwerk mit Nebenverbrennung und Schubumkehr.Georges Bridel: Fünf Pioniere des Flugzeugbaus, Vortragsfolien bei der Schweizerischen Vereinigung für Flugwissenschaften, 23. November 2007 Es war der Hauptstrom schon vor dem Triebwerk vom Nebenstrom zu trennen, was eine Drehzahlreduktion des Niederdruckverdichters über ein kompliziertes Getriebe erforderlich machte. Anspruchsvoll war auch die Konstruktion der Nebenbrennkammern im zeitweise kalten Nebenstrom. Diese Einrichtung heizte den Nebenstrom bis auf 800 Grad und wurde in der Luft bis auf Höhen von 8000 Metern getestet. Somit waren nur noch der Hochdruckverdichter und die Turbine original von Armstrong Siddeley übernommen. Die übrige Konstruktion stammte aus Emmen, gebaut wurden die Teile auch von Maag, SLM, Bührle und Saurer. Am 12. Januar 1950 lief der Prototyp SM-01 erstmals im Motorenprüfstand des Flugzeugwerkes. Im September 1952 wurde mit einer Antriebseinheit SM-01 (mit Nebenverbrennung) ein 50 Stunden dauernder Dauerprobelauf durchgeführt. Am 7. Oktober 1952 begannen die Flugversuche des Triebwerks unter dem Rumpf einer Mosquito. Es war dies auch eine der ersten Flugerprobungen eines Zweistromtriebwerkes weltweit.Georges Bridel: Schweizerische Strahlflugzeuge und Strahltriebwerke, Schweizerische Bauzeitung Band 93 (1975), Heft 3, S. 18 Es wurden sechs Swiss Mamba gebaut, vier Triebwerke wurden in die N-20 eingebaut und zwei dienten als Reserve.

Es war klar, dass die Triebwerke des Prototyps nicht ausreichen würden, weshalb schon mit dem Bau des verbesserten Swiss Mamba SM-3 mit einem neuen Niederdruckverdichter der BBC begonnen worden war, dieser Prototyp war bereit zur Erprobung, wurde aber nie erprobt. Am 14. Februar 1952 wurde von der KMF und der Landesverteidigungskommission LVKAktuell seit über 50 Jahren: Die Debatte um die Landesverteidigung und Flugzeugbeschaffung aus zeitlichen und aus finanziellen Gründen die geplante Weiterentwicklung des Triebwerks in die Versionen Swiss Mamba SM-3 und die bereits konstruktiv bereinigte Version Swiss Mamba SM-5 unterbunden und die Bereitstellung des zweiten Prototyps N-20.20 nicht bewilligt. Das ganz am Schluss ausgesuchte Modell SM-5 entsprach laut Georges Bridel weitgehend dem von Sulzer 1947 vorgeschlagenen, koaxialen Zweistromtriebwerk DZ-45.

Eigenschaften Der N-20-Prototyp, der in Originalgrösse gebaut wurde, hatte einen absprengbaren Bug, der nach Auslösung im Notfall zunächst mit einer Feststoffrakete von 4500kp Schub separiert wurde, um danach an einem Fallschirm zu Boden gleiten. Eingebaut war aufgrund der geplanten Versuchsflüge um die Schallmauer auch eine vollautomatische Absprengung; ein unter Druck gesetztes Rohrsystem hätte bei dessen Druckverlust ein Strukturversagen angezeigt und damit die Auslösung der Rettung des Piloten. Eine Eigenentwicklung eines Head-Up-Display auf der vorderen Panzerscheibe kam beim Prototyp nicht zum Einsatz.

Das Flugzeug hatte aussergewöhnliche ausklappbare Rumpfklappen vor den Flügeln am Rumpf, welche als Canards wirkten und den Auftrieb verbesserten, weil damit die Steuerruder nicht zum Ausgleich der negativen Trimmkräfte verwendet werden mussten.

Die N-20 verfügte über jeweils zwei Haupttriebwerke im Flügelprofil und vier Nebenströme mit Möglichkeit zur Zusatzverbrennung in jedem Flügel; insgesamt verfügte das Flugzeug also über vier Triebwerke und acht Nebenverbrennungskammern. Der Nebenstrahl konnte mit Hilfe von Klappen nach schräg unten geleitet werden, um die Startstrecke zu verkürzen.

Das Bugrad wurde hydraulisch gesteuert, der Reifendruck beim Hauptfahrwerk von 7,8 kg/cm² und beim Bugfahrwerk von 3,9 kg/cm² erlaubte den Einsatz von Behelfspisten. Das Fahrwerk wurde pneumatisch eingefahren. Im Heck befand sich eine Batterie Signalraketen und ein Bremsschirm.