14.07.2010
FLUG REVUE

ATPL Theoriewissen aufgefrischt Intro FlugleistungATPL Theoriewissen aufgefrischt: Flugleistung

Während sich die Flugplanung eher mit dem Gesamtbild des Reiseverlaufs beschäftigt, widmet sich die Flugleistung einzelnen Phasen im Detail. Besonders im Blick sind dabei Start und Landung.

Kein Start gleicht dem anderen - entsprechend komplex ist auch das Thema Flugleistung, wenn es um das Abheben des Fluggeräte geht. Neben den allgemeinen Grundlagen gibt es hier auch firmemspezifische Ergänzungen, so dass an dieser Stelle nur ein erster Überblick möglich ist.

Wie so oft in der Luftfahrt, konzentrieren sich viele Aspekte der Flugleistung auf Probleme und Störungen: Das beginnt bei Ausfällen von Triebwerken und den Einfluss auf die Performance und reicht bis zu Hindernissen im Abflug.

Neben den einzelnen Faktoren, die Startlauf und Anfangssteigflug beeinflussen, ist auch dessen Aufteilung in vier Phasen Grundwissen der Flugleistung. Sie beschreiben den Ablauf vom Lösen der Bremsen bis zum Erreichen von 1500 Fuß über dem Flughafen und dem Einfahren der Auftriebshilfen.

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"Theoriewissen aufgefrischt..." ist eine gemeinsame Aktion von FLUG REVUE und CAT Europe. Die Beiträge können keine professionelle Testvorbereitung ersetzen. Sie sollen vielmehr einen Überblick geben und vor allem Neueinsteigern die Inhalte beispielhaft darstellen.

ATPL Theoriewissen aufgefrischt Flugleistung - Steigflugphasen

Interessant ist beim Blick auf die Startphasen wieder einmal der Ausnahmefall. Das Szenario ist simpel, aber überzeugend: Startet das mehrmotorige Flugzeug sicher, auch wenn ein Triebwerk ausfällt? Dann wird es dies ebenso tun, wenn alle Motoren die gewünschte Leistung bringen und störungsfrei funktionieren.

Das Standard-Szenario geht von einem Triebwerksausfall bei V1 aus. Unterhalb von V1 wird in der Regel gebremst. Also beschäftigen sich Zulassungsbehörden und Hersteller vor allem mit dem Geschwindigkeitsbereich jenseits von V1 und VR.

Erstes Segment

Das erste Steigflugsegment reicht vom Abheben (V LOF) bis zum Erreichen einer Höhe von 35 Fuß über der Startbahn. Geschwindigkeit ist V2. In diesem Zeitraum fährt auch das Fahrgestell ein. Die Hochauftriebshilfen wie Klappen und Vorflügel sind in Startstellung. Das oder die funktionierenden Triebwerke sind auf Startleistung.

Zweites Segment

Hier geht es vor allem um die Steigfähigkeit des Fluggeräts. Sie muss bei der Geschwindigkeit V2 folgende Mindestwerte betragen: 2,4 % bei zwei Motoren, 2,7 % bei drei Motoren und 3,0% bei vier Motoren (nicht vergessen - ein Motor ist ausgefallen). Auftriebshilfen sind immer noch ausgefahren, die verbleibenden Motoren auf Startleistung.

Drittes Segment

Wenn eine Höhe von 400 Fuß erreicht ist, wird beschleunigt. Ziel ist eine Geschwindigkeit von mindestens V S * 1,25. Dann werden die Hochauftriebshilfen eingefahren. Das oder die verbleibenden Triebwerke laufen noch auf Startleistung.

Viertes Segment

Jetzt wird von 400 auf 1500 Fuß über Grund gestiegen. Minimaler Gradient sind hier 1,2% bei zwei Motoren, 1,55% bei drei Motoren und 1,7% bei vier Motoren. Wichtig dabei: Die Hochauftriebshilfen sind eingezogen und die verbleibenden Motoren laufen mit Maximal Continous Power und nicht mehr mit Startleistung!

Um welch drastische Dimensionen es bei den Berechnungen geht, macht der Vergleich zwischen An- und Abflügen an einem großen Airport deutlich. Wer regelmäßig von der gleichen Position die Starts verfolgt, bekommt schnell ein Gefühl für die Höhenzunahme bei einem Start unter Normalbedingungen.

Nun den Verkehr auf dieser Bahn mal bei entgegengesetzter Windrichtung beobachten, wenn hier gelandet wird. In der Regel werden IFR-Anflüge mit einem Winkel von 3 Grad geflogen. Das ist schon ein Gradient von 5,2%! Steigflug mit 2,4% bedeutet 24 Meter Höhengewinn pro Kilometer Flugstrecke. 

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ATPL Theoriewissen aufgefrischt Flugleistung - Balanced Field

Bei der Startvorbereitung für größeres Fluggerät sind drei Szenarien interessant:

Accelerate Go Distance

Hier beschleunigt das Flugzeug normal bis zur Geschwindigkeit V1. Dann fällt ein Triebwerk aus. Mit dem verbleibenden Schub muss auf VLOF und dann V2 beschleunigt werden und bis auf eine Höhe von 35 Fuß über dem Bahnende gestiegen werden.

Accelerate Stop Distance

Auch in diesem Fall wird bis zu V1 normal beschleunigt. Dann wird nur mit Hilfe der Radbremsen gestoppt. Die Schubumkehr fällt weg. Kritische Faktoren in diesem Zusammenhang sind Eis und Regen auf der Bahn.

Takeoff Distance

Dies ist die Distanz, um mit allen Triebwerken im Normalbetrieb abzuheben und eine Höhe von 35 Fuß über dem Bahnende zu erreichen. Diese Distanz wird dann noch mit dem Sicherheitsfaktor 1,15 multipliziert.

Jetzt kommen auch die Kürzel wie TORA, TODA und ASDA ins Spiel: Accelerate Stop Distance ist die Strecke für Beschleunigen und Stoppen. In diese Kalkulation darf auch ein Stopway am Ende der Startbahn mit einfließen. Dieser muss aber bestimmte Anforderungen im Hinblick auf Tragfähigkeit und Beschaffenheit erfüllen.

Im Gegensatz dazu darf bei der TODA - Takeoff Distance Available - auch ein so genannter Clearway mit einberechnet werden. Dieser darf vor allem nicht allzu sehr ansteigen und muss hindernisfrei sein. Auf ihm muss das Flugszeug aber nicht mehr rollen können.

In Tabellen für die so genannte Balanced Field Lengh sind Accelerate Stop Distance und Accelerate Go Distance identisch. Der ausgewiesene Wert ist also für beide Anforderungen auf der sicheren Seite.

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ATPL Theoriewissen aufgefrischt Flugleistung - Startrollen

Die Kalkulation von Startstrecken und Abbruchverfahren füllt Bücher, Trainingsverfahren, Operating Manuals, CRM-Konzepte und Gesetzeswerke. Deshalb kann an dieser Stelle nur ein erster Überblick gegeben werden, was sich in der Zeitspanne vom Lösen der Bremsen bis zum Erreichen von V2 alles abspielt.

Der Start beginnt mit dem Setzen des entsprechenden Schubs und dem Lösen der Bremsen. In einem Zwei-Mann-Cockpit drückt in der Regel der Kapitän die Schubhebel nach vorn und hat seine Hand dann bis zum Erreichen von V1 dort. Letzte Instanz für einen Startabbruch ist der Kapitän, abgesehen er fällt gesundheitsbedingt während des Startlaufs aus. Bei Geschwindigkeiten um V1 muss schneller entschieden werden, als die Lektüre dieses Satzes dauert. Entsprechend wenig Spielraum ist noch für Diskussionen und den Griff zu den Gashebeln.

Zurück zum Startablauf: In wenigen Sekunden drehen die Triebwerke entweder zur Maximalleistung oder der zuvor entsprechend berechneten, reduzierten Schubleistung hoch. Nicht nur die Motoren werden beim Startlauf extrem beansprucht, auch Fahrwerk, Zelle und Flächen sind heftigen Anforderungen ausgesetzt.

Bei einem vollbetankten und vollbeladenen Jumbo-Jet mit rund 390 Tonnen Startmasse ziehen jetzt vier Mal 270 Kilonewton Schub an den Tragflächen. Um sich die Auswirkungen deutlich zu machen, hilft ein Gedankenspiel: Das Flugzeug steht auf dem Hochplateau eines Canyons. Vier Seile sind an den Triebwerken befestigt und laufen über eine Umlenkrolle in den Abgrund. An jedem dieser Seile wird nun ein 27 Tonnen schweres Gewicht befestigt, also etwa ein mittelgroßer Lastwagen.

Während des Startlaufs nimmt das Flugzeug langsam Fahrt auf. Bei 80 Knoten prüfen Copilot und Kapitän gegenseitig die Anzeigen - und auch ihre Wachsamkeit. Bei Geschwindigkeiten jenseits der 100 Knoten schmilzt der Entscheidungsspielraum extrem zusammen. Jetzt nimmt das Flugzeug pro Sekunde zwischen 4 und 8 Knoten Fahrt zu und legt 50 bis 80 Meter zurück.

Schließlich ist die Entscheidungsgeschwindigkeit V1 erreicht: Jetzt gibt es in der Regel kein Zurück mehr. Startabbrüche in diesem Geschwindigkeitsspektrum sind extrem kritisch, insbesondere bei nasser Startbahn und einem durch die ASD ohnehin schon knapp gerechneten Start. Hier droht das Flugzeug über die Bahn hinaus zu rutschen. Auch wenn sich die Masse eines Flugzeuges in den computergenerierten Loadsheeds sehr exakt liest, ist es in der Realität nicht vor der Startbahn noch über eine Waage gerollt! So fließt zum Beispiel das Passagiergewicht nur als Pauschale mit ein. Schon das Handgepäck von 250 Reisenden bringt eine variable Masse von rund einer Tonne mit sich.

Kritisch ist auch der Startabbruch, wenn in dieser Phase ein Reifen platzt. Während das Fahrwerk in dieser Phase schon durch den sich entwickelnden Auftrieb entlastet wird, bringt ein Startabbruch wieder massive Belastung auf die beschädigten Räder. Im schlimmsten Szenario bricht das Flugzeug jetzt aus.

Wird der Start hingegen fortgesetzt, kann die Crew nach dem Abheben zunächst in Ruhe weiter das Problem analysieren. Das Gewicht lässt sich durch Kraftstoff-Ablassen oder Warteschleifen kräftig vermindern. Eine entsprechend vorbereitete Notlandung auf einem platten Reifen mit der Feuerwehr in Bereitschaft direkt neben der Bahn bietet ebenfalls gute Chancen, dass niemand an Bord zu schaden kommt.

Aber auch die Entscheidung zum Abheben ist nicht immer rettend: Fälle wie der Absturz der Air France Concorde 2000 in Paris zeigen aber, dass die Crew angesichts des sich rasch ausbreitenden Feuers keine Chance hatte, noch eine Landung zu versuchen. 

Im Normalfall folgt beim Startlauf kurz nach V1 die Rotationsgeschwindigkeit VR. Jetzt zieht der Pilot langsam den Knüppel zu sich heran, das Flugzeug rotiert und hebt bei einem entsprechend großen Anstellwinkel ab. Sobald eine positive Steigrate ablesbar ist, wird der Fahrwerkshebel betätigt. Der Luftwiderstand von Rädern, Streben und Fahrwerkstüren soll schließlich so schnell wie möglich verschwinden.

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"Theoriewissen aufgefrischt..." ist eine gemeinsame Aktion von FLUG REVUE und CAT Europe. Die Beiträge können keine professionelle Testvorbereitung ersetzen. Sie sollen vielmehr einen Überblick geben und vor allem Neueinsteigern die Inhalte beispielhaft darstellen.

flugrevue.de / Heiko Stolzke



FLUG REVUE 1/2019

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