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Wie funktioniert ein Staudruckrohr?

Foto: Karl Schwarz

Klein und unscheinbar zieren sie wie Barthaare das Antlitz großer wie kleiner Flugzeuge: Staurohre sind unverzichtbar zur korrekten Messung von Fluggeschwindigkeit, Flughöhe und Steiggeschwindigkeit. Doch wie funktioniert so ein Staudruckrohr eigentlich?

Zur Angabe der Geschwindigkeit eines Flugzeugs gibt es zwei Möglichkeiten: die Geschwindigkeit über Grund und die Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft. Letztere wird für die Überwachung aller aerodynamischen und flugmechanischen Leistungen benötigt und ist eine sicherheitskritische Größe für die zulässigen Betriebsgrenzen (zum Beispiel maximal zulässige Geschwindigkeit oder Überziehgeschwindigkeit). Direkt gemessen werden kann sie jedoch nicht. Mit der Anwendung der Bernoulli-Gleichung kann sie aber aus dem statischen Luftdruck und dem Totaldruck ermittelt werden. Der statische Druck ist der Umgebungsluftdruck, der mit der Höhe abnimmt. Als Totaldruck wird der Druck einer in einem Rohr auf null abgebremsten Luftströmung bezeichnet. Der Staudruckergibt sich aus der Differenz der beiden anderen Größen.

Totaldruck und statischer Druck

Zur Abnahme des Totaldrucks und des statischen Drucks wird das Staudruckrohr verwendet. Es besteht aus einem parallel zur Flugzeuglängsachse ausgerichteten und in Flugrichtung geöffneten Rohr zur Ermittlung des Totaldrucks. Dieses Rohr bezeichnet man auch als Pitot-Rohr. Der statische Druck wird über seitliche Bohrungen abgenommen, deren Position möglichst frei von Verwirbelungen gewählt wird.

Das Prandtl-Rohr

Die abgenommenen Drücke werden entweder über Sensoren erfasst und auf elektronischen Fahrtmessern im Cockpit ausgegeben oder in einem analogen Fahrtmesser über eine Mechanik direkt in eine Zeigerbewegung umgesetzt. Der statische Druck wird zudem zur Bestimmung der Höhe und der Steig- bzw. Sinkgeschwindigkeit genutzt.

Aufgrund der kombinierten Messung wird das Staudruckrohr auch als Pitot-Statik-Druckrohr oder, benannt nach dem Ingenieur Ludwig Prandtl, Prandtl-Rohr bezeichnet. Andere Systeme arbeiten getrennt mit einem Pitot-Rohr und einer zusätzlichen Bohrung, beispielsweise im Rumpf, für die Abnahme des statischen Drucks. Sie sind vor allem im Segelflug in Gebrauch.

Foto: Zwerger, Patrick
Das Staurohr erfasst gleichzeitig den Totaldruck und den statischen Druck. Beidesind für den Fahrtmesser (ASI) notwendig. Höhenmesser (ALT) und Steiggeschwindigkeitsmesser (VSI) benötigen nur den statischen Druck.

Redundanz als Sicherheitsmaßnahme

Aus Sicherheits- und Redundanzgründen sind mehrere Staudruckrohre am Flugzeug angebracht – bei vierfach redundatem Fly-by-Wire-System entsprechend vierfach. Da Verschmutzungen oder Vereisungen zu einer falschen Anzeige des Fahrtmessers führen können, werden die Rohre im Stand abgedeckt, zudem sind sie beheizbar. Auch Messfehler, die unter anderem bei einer schrägen Anströmung des Pitot-Rohrs auftreten, stellen eine Gefahr dar. Besonders bei Kampfflugzeugen sind die Pitotrohre daher teils beweglich, um sich in die Strömung zu drehen..

Fehlfunktion endet oft fatal

Welch fatale Auswirkungen ein verschmutztes Staurohr und sich daraus ergebende falsche Fahrtmesseranzeigen haben kann, zeigten der Birgenair-Absturz einer Boeing 757 vor der Dominikanischen Republik 1996 und der Verlust eines Airbus A330 der Air France vor Rio de Janeiro 2009.

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