Heinkel He 178

Heinkel He 178, Land: Deutschland Ernst Heinkel war einer der ersten Flieger in Deutschland und hat den Verlauf der Luftfahrtgeschichte entscheidend geprägt. Bereits in den 1930er Jahren wurde ihm klar, dass das Propellerzeitalter zu Ende geht und setzte auf den Strahlantrieb. Das weltweit erste Flugzeug mit Strahlantrieb war die Heinkel He 178. Spannweite: 7,20 m, Länge: 7,48 m, Geschwindigkeit: 700 km/h.

Ernst Heinkel (24.01.1888 - 30.01.1958) war sein ganzes Leben bestrebt, bei seinen Flugzeugen die Geschwindigkeit zu steigern und sich so immer mehr dem Schnellflug zu nähern. Auf diesem Weg hat er bemerkenswerte Konstruktionen wie die He 70, die He 100, die He 119, die He 176 und die He 178 entstehen lassen. Mit der Entwicklung der He 100 war es klar, daß die obere Leistungsgrenze, bedingt durch den Kolbenmotorantrieb, erreicht war, trotz aller aerodynamischen Finessen wie Profiloptimierung, Windkanaluntersuchungen zum Finden der idealen Flugzeugform oder technischer Verbesserungen, wie die Anwendung der Oberflächenkühlung. Deshalb beschäftigte sich man bei Heinkel mit einem neuen Antrieb, dem Raketenmotor, der später die He 176 antreiben sollte. Dabei war man sich von Anfang an klar, dass die Nachteile dieses Antriebs, wie die kurze Arbeitsdauer, die Gefährlichkeit der Treibstoffe überwiegen und es nie zu einer breiten Anwendung kommen würde. Lediglich die damit erreichbaren Geschwindigkeiten übten einen so starken Reiz auf Ernst Heinkel aus, daß er auf privater Basis die Entwicklung des ersten eigenstartfähigen raketengetriebenen Flugzeuges vorantrieb.

Erste Studien und Entwicklung eines Strahlantriebs

Am 3. März 1936 geht bei Heinkel ein Brief von Professor Robert Pohl aus Göttingen ein, indem dieser auf seinen Assistenten Hans-Joachim Papst von Ohain aufmerksam macht, der sich mit Rückstoßantrieben für Flugzeuge beschäftige und einen Geldgeber für die Fortsetzung seiner ersten Versuche suche. Von Ohain hatte neben der Arbeit an seiner Dissertation bereits 1934 eine einfache Konstruktion einer Gasturbine als Flugzeugantrieb zum Patent angemeldet und einen entsprechenden Versuchsbau in der Werkstatt Barthels & Becker in Göttingen auf eigene Kosten bauen lassen. Diese Firma ist eine Autoreparaturwerkstatt und deren Meister Max Hahn ist gerne bereit zu helfen, auch betrachtet er das Projekt von der technischen Seite der praktischen Baumöglichkeiten aus. In einem kleinen Nebenraum der Werkstatt werden die ersten entsprechenden Versuche an dem Apparat vorgenommen, bevor von Ohain Professor Pohl darüber informiert und seine ersten Ergebnisse vorlegt. Professor Pohl erkennt die Bedeutung der Entwicklung seines Doktoranten und gestattet ihm, auf die Möglichkeiten seines Instituts, besonders auf dessen Meßtechnik, zurückzugreifen. So können erste Druck- und Temperaturmessungen durchgeführt werden. Das Hauptproblem erkennt von Ohain in der Verbrennung, die unregelmäßig im oder hinter dem Turbinenrotor stattfindet. Ein Selbstlauf ist mit dem gebauten Aggregat nicht zu verwirklichen. Das ist der erreichte Stand, den von Ohain am 17. März 1936 Ernst Heinkel und seinen engsten Mitarbeitern auf dessen Einladung hin in Warnemünde vorträgt. Gleichzeitig berichtet er von den Vorteilen des Rückstoßantriebes gegenüber dem konventionellen Propeller und sieht in seiner Radialturbine die Lösung für den Hochgeschwindigkeitsflug. Eine kontroverse Diskussion setzt ein, einige Mitarbeiter stehen sehr skeptisch dem Vorgetragenen gegenüber, während andere, vor allem Ernst Heinkel, beeindruckt sind. Es muss aber hier erwähnt werden, daß Papst von Ohain nicht der Erfinder des Luftstrahlantriebes ist. Erfinder des Staustrahltriebwerk. Bereits 1908 wird vom Franzosen René Lorin ein Staustrahltriebwerk patentiert und 1913 erhält Lorin ein weiteres Patent für ein Staustrahltriebwerk für Überschallgeschwindigkeit. 1921 wird unter der Patentnummer 534 801 in Frankreich ein Strahltriebwerk mit mehrstufigem Axialverdichter geschützt. Der Erfinder ist ein Maxime Guillaume. Allerdings werden weder die Patente von Lorin noch das von Guillaume praktisch angewendet, sie geraten in Vergessenheit. Erst 1930 läßt sich Frank Whittle in Großbritannien ein Turbo-Luftstrahltriebwerk als Flugzeugantrieb patentieren. Es verfügt über einen Axialverdichter, dem direkt eine Radialstufe folgt.
Das Whittle Triebwerk läuft am 12. April 1937 zum ersten Male erfolgreich auf dem Prüfstand.

Das erste Triebwerk für die Heinkel He 178 entsteht

Jedenfalls bestimmt Ernst Heinkel im Ergebnis der Diskussionen, daß Walter Günter, sein bester Mann auf dem Gebiet der Aerodynamik schneller Flugzeuge, ein zu dem Triebwerk gehörendes Flugzeug entwickeln soll, das zum Urahn aller späteren schnellfliegenden propellerlosen Flugzeuge werden sollte, die Heinkel He 178. Walter Günter ist gerade mit der Entwicklung der He 176, dem ersten Raketenflugzeug beschäftigt, erkennt aber sofort, daß der neue Auftrag viel wichtiger ist. Bevor Heinkel von Ohain einen Vertrag anbietet, lässt er dessen Unterlagen durch sein Projektbüro genau prüfen. Siegfried Günter stellt in einer Notiz in sechs Punkten fest, daß der neue Antrieb zukunftsträchtig ist, aber in dem momentan erreichten Zustand noch stark verbesserungsbedürftig sei. Ernst Heinkel sieht das als positiv an und bereits am 15. April 1936 engagiert er von Ohain und dessen Mechaniker Max Hahn und stellt eine kleine eigene Mannschaft unter der Leitung von Wilhelm Gundermann zur Mitarbeit am neuen Antrieb ab. Da die neue Entwicklung vorerst geheim bleiben soll, wird abseits der Fertigungshallen einen hölzerne Baracke errichtet und mit einem Palisadenzaun zum Werk hin abgegrenzt.
Von Ohain hatte Ernst Heinkel bei der Vertragsunterzeichnung versprochen, innerhalb weniger Monate den ersten funktionierenden Prototypen seines Treibwerkes bauen zu können. Die dafür notwendigen Kosten schätzte er auf 50.000 Reichsmark. Zwischen Dezember 1936 und Januar 1937 entsteht in der Baracke, die nun offiziell Sonderentwicklung II heißt, das Versuchstriebwerk He S 2, das mit Wasserstoff als Treibstoff arbeitet. Im März 1937 kommt das Triebwerk auf den Prüfstand und noch im März oder Anfang April 1937 erfolgen die ersten Probeläufe, wobei bei 10.000 U/min ein Schub von 130 kp (1,28 kN) erreicht wird. Damit können von Ohain und seine Mitarbeiter den experimentellen Beweis antreten, daß der von ihnen eingeschlagene Weg richtig ist. Das Triebwerk ist in seiner Ganzheit aus den Materialien hergestellt, die bei Heinkel standardmäßig im Flugzeugbau verwendet werden, also vorwiegend Stahl und Aluminium, dazu Nickel, Bronze und Messing. Die bis zum Probelauf entstandenen Kosten liegen bei 50.000 Reichsmark. Ernst Heinkel ist zufrieden, will aber den schnellstmöglichen Einbau in ein Flugzeug und den Beginn der Flugversuche.

Das Triebwerk ist noch nicht ausgereift

Das He S 2 Triebwerk zeigt noch eine Reihe ungelösten Problemen auf:

- der Einfluß der Form der Brennkammer und die Luftzumischung in dieser
- die Möglichkeiten einer Ringbrennkammer mit regelbarem Luftdurchsatz
- das kleinste notwendige Volumen der Brennkammer
- die Minimierung des Druckverlustes in der Brennkammer
- die Erzeugung eines zündfähigen Treibstoffdampfes durch elektrisch geheizte Kraftstoffverdampfer
- die Verwendung von Vergasern zum Zerstäuben des Kraftstoffes

Erste Flugversuche mit einer Heinkel He 118

Um diese Probleme zu lösen, beginnt man im Spätsommer 1937 mit der Konstruktion und dem Bau eines neuen Triebwerkes, dem He S3. Im März 1938 arbeitet man bereits an dem verbesserten He S3A, das nun 450 kp Schub (4,4 kN) bei 13.000 U/min abgibt und mit normalem Treibstoff auskommt. Endlich hat man die Phase erreicht, wo man mit dem Triebwerk Flugversuche durchführen kann. Eine bei Heinkel vorhandene He 118, die ursprünglich als Sturzkampfflugzeug entwickelt worden war, aber gegen die Junkers Ju 87 im Wettbewerb unterlegen war, wird als Erprobungsträger umgebaut. Durch ihren Knickflügel und das relativ hohe Fahrwerk kann man das He S3A Triebwerk problemlos unter dem Rumpf anbauen. Als Erprobungspiloten werden von Ernst Heinkel Erich Warsitz und Walter Künzel bestimmt, seine beiden besten Testpiloten. Um die Erprobung geheim zu halten, beginnen die Probeflüge morgens um vier Uhr und enden mit Beginn der Arbeit im Flugzeugwerk um sechs Uhr. Der Ablauf ist immer ähnlich, Warsitz startet ganz normal die He 118 als Propellerflugzeug und bei Erreichen einer Flughöhe von 1.500 m zündet Künzel dann das Strahltriebwerk. Am Boden waren dann nur eine deutliche Zunahme des Geräuschpegels und die typische bläuliche Abgasflamme wahrnehmbar. Nach einer Reihe erfolgreicher Flüge, die eine deutliche Zunahme der Fluggeschwindigkeiten durch das zugeschaltete He S3A Triebwerk zeigen und später sogar mit abgeschalteten Kolbenmotor durchgeführt werden, brennt nach einer Landung wegen einer defekten Treibstoffleitung das Triebwerk aus. Nun drängte Ernst Heinkel ab Mitte 1938 auf die Fertigstellung der Konstruktion der He 178, die von Walter Günter zwar bereits detailliert begonnen worden war, aber durch Walter Günters tödlichen Autounfall am 21. September 1937 mußte sein engster Mitarbeiter Heinrich Helmbold die Arbeiten zu Ende führen.

Konstruktionsmerkmale der Heinkel He 178

Als Rahmenwerte für die Konstruktion war Walter Günter von einer Höchstgeschwindigkeit im Horizontalflug von 800 km/h und 1.000 km/h im Sturzflug, einem Lastvielfachen von 7,0 und einer Bruchsicherheit von 2,0 ausgegangen Die He 178 war ein kleiner Schulterdecker mit einziehbarem Heckradfahrwerk und Normalleitwerk, die nicht nur als Versuchsflugzeug, sondern später für die Ableitung eines Jagdflugzeuges ausgelegt war. Das Triebwerk He S3B war in der Mitte des Rumpfes mit kreisrundem Querschnitt eingebaut. Die Luft wurde dabei von der Einlaßöffnung im Rumpfbug durch eine abgeflachte Rohrleitung unter dem Pilotensitz und dem vorderen Teil des Rumpfes zum Triebwerk befördert. Dieses war mit vier Konsolen an den Hauptlängsträgern des Rumpfes befestigt. Die Abgase verließen durch ein leicht konisches Schubrohr das Flugzeug am Rumpfende durch eine ovale Austrittsöffnung. Diese verfügte über zwei Regelklappen, die am Boden geöffnet und im Fluge geschlossen werden konnten, um den Austrittsöffnungsquerschnitt zu minimieren, was eine Erhöhung der Abgas-Strömungsgeschwindigkeit ermöglichte. Der Rumpf war eine Ganzmetallschalenkonstruktion, die mit Duralblechen verkleidet war. Die rechte Seitenwand war vom Instrumentenspant bis zum Tankraum als Klappe ausgebildet, um bei den hohen Geschwindigkeiten bessere Ausstiegsmöglichkeiten im Notfall zu haben. Der Pilotensitz war nicht in der Höhe verstellbar, es wurde lediglich ein Sitzkissen für kleinere Piloten empfohlen. Der trapezförmige Tragflügel mit gerundeter Hinterkante war eine einholmige Metallkonstruktion mit Laminarprofil mit einer Dickenrücklage von 41,8 Prozent. Die Dickenabnahme über die halbe Spannweite erfolgte linear von fast zwölf auf sieben Prozent. Die gesamte Flügelhinterkante nahmen die Querruder und die pneumatisch bewegten Landeklappen ein. Das Seitenleitwerk war eine Holzkonstruktion, ebenso die freitragende Höhenflosse. Das Hauptfahrwerk und das Spornrad wurden pneumatisch in den Rumpf eingezogen und die Einziehöffnungen mit Abdeckblechen verschlossen. Neben der He 178 V1 wurde eine zweite Maschine, die He 178 V2, die über eine größere Spannweite von 8,60 m und damit über eine größere Flügelfläche von 11,1 m² verfügte, als Ersatz gebaut, falls es zu unvorhergesehenen Problemen mit der He 178 V1 kommen sollte. Im Mai 1939 war dann das neue Triebwerk He S3B fertiggestellt und hatte die Probeläufe auf dem Prüfstand erfolgreich absolviert. Ernst Heinkel ließ es nun in die bereits fertiggestellte Zelle der He 178 V1 einbauen, um möglichst schnell mit den Rollversuchen beginnen zu können. Dabei zeigte sich, daß die Schubleistung für den kleinen Werkflugplatz in Warnemünde zu gering war, um das Flugzeug sicher in die Luft zu bekommen. Daraufhin änderte von Ohain die Leitschaufeln am Verdichter und an der Turbine und erzielte mit deren neuer Geometrie einen Standschub von 450 kp (4,41 kN). Nach einigen erfolgreichen Probeläufen und Rollversuchen legte Erich Warsitz den Start zum Erstflug auf den Morgen des 27. August 1939 fest.

Heinkel He 178, erster Flug mit Strahltriebwerk

Der Start verlief normal, nach 400 m Rollstrecke hob die Maschine ab aber als Warsitz das Fahrwerk einfahren wollte, funktionierte der Einfahrmechanismus nicht. Das Treibwerk lief aber ohne Beanstandungen und die Ruder wirkten normal. Er erreichte eine Geschwindigkeit von 600 km/h und flog zwei große Platzrunden, ehe er nach sechs Minuten zur Landung ansetzt. Dabei bemerkte er, daß eine Kraftstoffpumpe ausgefallen war. Beim Einschweben auf den zu kleinen Platz kam Warsitz zu hoch herein und mußte die He 178 mit zusätzlichem Slippen abbremsen. Die Maschine rollte aus und blieb dann wenige Meter vor dem wartenden Ernst Heinkel und seinen wichtigsten Mitarbeitern stehen. Großer Jubel brach los, Warsitz wurde auf den Schultern vom Platz getragen. Der erste Flug eines Strahlflugzeuges war erfolgreich verlaufen. Ernst Heinkel versuchte nun Ernst Udet als Generalluftzeugmeister von diesem historischen Ereignis zu unterrichten, erreichte ihn aber nicht. Erst abends am 31. August 1939 erreichte er ihn und lud ihn kurz entschlossen zum Abendessen ein. Udet schien dabei niedergeschlagen und unkonzentriert, wie Heinkel später in seinen Memoiren schrieb. Morgens um vier Uhr am 1. September 1939 begann der Einmarsch der deutschen Wehrmacht in Polen und damit der zweite Weltkrieg.

He 178 wurde nach Kriegsbeginn weiter erprobt

Bereits am 2. September 1939 gibt das Reichsluftfahrtsministerium die Weisung an die deutschen Flugzeughersteller heraus, daß sämtliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an Projekten, die keinen unmittelbaren Nutzen für den Krieg haben, einzustellen sind. Heinkel ignorierte diese Weisung und ließ Warsitz mit der He 178 weitere Testflüge durchführen. Gleichzeitig veranlaßte er die Weiterentwicklung des He S3B Triebwerks zum stärkeren He S6. Am 1. November 1939 kam es doch noch zur Vorführung der He 178 vor der den Spitzen des RLM. Staatssekretär Milch, Generalmajor Udet und General-Ingenieur Lucht wollten sich ein Bild von dem Düsenflugzeug machen. Beim Start kommt es zum Versagen der Benzinpumpe, Heinkel erzählt seinen Gästen etwas von einem geplatzten Reifen und nach zwei Stunden startet die reparierte He 178 tatsächlich, wobei Warsitz einige Platzrunden dreht und dann mit Höchstgeschwindigkeit von 700 km/h in weniger als 50 m Höhe über Köpfe der Prominenz hinwegdonnert. Nach dem Flug fanden diese anerkennende Worte über Warsitz fliegerische Leistung aber kein Wort über Flugzeug und Triebwerk, scheinbar war an ihnen die Bedeutung dieses Flugzeuges für die Entwicklung der weiteren Luftfahrt vorbeigegangen. Nicht so bei den Ingenieuren der Abteilung Sondertriebwerke im RLM, dort hatte man die Bedeutung von Heinkels Entwicklung klar erkannt und später ein umfassendes Programm zur Entwicklung von Luftstrahltriebwerken erstellt.

Weitere Projekte im He 178 Programm waren geplant

109-001 Heinkel He S8
109-002 BMW P 3304
109-003 BWM 003
109-004 Jumo 004
109-006 Heinkel He S30
109-007 Daimler Benz ZTL Triebwerk

Doch diese Entwicklung ist eine andere Geschichte und geht über die der Heinkel He 178 weit hinaus. Bis Ende 1939 sind von Erich Warsitz noch 12 bis 15 Flüge mit der He 178 V1 durchgeführt wurden. Die He 178 V2 wurde zwar noch fertig gestellt ist aber nie geflogen. Bei einem alliierten Luftangriff auf das Heinkelwerk in Rostock- Warnemünde sind dann beide Maschinen im Herbst 1944 zerstört worden. Die logische Weiterentwicklung der He 178 war der zweimotorige Düsenjäger Heinkel He 280, dessen Entwicklung zu Gunsten der Me 262 später dann abgebrochen wurde, obwohl er zeitlich einen deutlichen Vorsprung hatte. (Erstflug bereits am 2. April 1941). Erst mit der He 162 Salamander gelang es schließlich Ernst Heinkel Ende 1944, wo der Krieg lange schon verloren war, einen Großserienauftrag zum Bau eines Düsenflugzeuges zu erhalten.

Technische Daten: He 178 V1

Verwendung: Versuchsflugzeug mit TL-Antrieb
Triebwerk: ein Turbinen-Luftstrahltriebwerk Heinkel Hirth He S3B mit einer Axial- und einer Radialstufe im Verdichter und einer Radialstufe in der Turbine
Startleistung: 500 kp Standschub (4,91kN) bei 13.000 U/min
Dauerleistung: 435 kp Schub (4,27kN) in 6.000 m bei 13.200 U/min
Besatzung: 1 Mann
Erstflug: 27. August 1939

Text: Eberhard Kranz