15.07.2010
FLUG REVUE

ATPL Theoriewissen aufgefrischt Intro Masse und SchwerpunktATPL Theoriewissen aufgefrischt: Masse und Schwerpunkt

Die Berechnung der sicheren Masse- und Schwerpunktgrenzen des Flugzeuges ist Thema bei "Weight and Balance". Der Name ist Programm: Die Kalkulation der zulässigen Abflugmassen ist in der Regel ein Balanceakt mit vielen Faktoren.

Pauschaltouristen oder Geschäftsreisende im Passagierflugzeug, Paletten oder lebende Nashörner im Frachter - für sie alle gelten die Vorgaben von Mass & Balance, bevor es auf die Flugreise geht. Entscheidendes Dokument ist dabei das so genannte Loadsheet. Es bietet in der Kombination aus Grafiken und Rechenzeilen den Überblick zur Massenkalkulation.

Auch wenn offiziell der Begriff Masse zu verwenden ist, geht es in Handbüchern bunt durcheinander. Auch die Bezeichnung Weight oder Gewicht taucht häufig noch auf. Wichtiger als Titel sind Zusammenhänge. Bei Kalkulationen der zulässigen Massen geht es um elementare Sicherheitsaspekte.

Die mathematischen Anforderungen bei Mass & Balance sind realitätsnah. Hier geht es nicht um komplexe Differentialrechnung, die Existenz der irreellen Zahlen zu beweisen oder ähnliche Spezialitäten. Grundsätzlich gelten für Massenverteilung eines Flugzeuges ähnliche Gesetzmäßigkeiten wie bei einer Wippe auf dem Spielplatz!

Fürs Verständnis der Mass&Balance Themen sind zwei Grundlagen besonders wichtig: Manche Massen sind festgelegt, andere schwanken je nach Beladung und Performance-Limits: Ist das Flugzeug bei der Startberechnung zu schwer, bleiben Passagiere, Koffer oder Fracht stehen. Eher unpassend wäre der kurzfristige Verzicht auf Küche, Toilette oder sonst nicht unmittelbar flugbetriebliches Gerät!

Interessant ist nicht nur das Gewicht an sich, sondern auch seine Verteilung: So haben die Bodenplatten des Frachtraums ein Belastungslimit. Ebenso ist es mit der Verteilung des Schwerpunktes. Auch er darf sich nur innerhalb bestimmter Grenzen bewegen. Sonst wird das Flugzeug instabil und es drohen Probleme bei der Steuerbarkeit, Tailstrikes und weitere Schwierigkeiten.

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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 Masse und Schwerpunkt - Festgelegte Massen

Während das Flugzeug die Endmontage bei Airbus, Boeing, Embraer und Co. durchläuft, addieren sich immer mehr Segmente und Massen. Schon in dieser Phase beginnen aber die Unterschiede zwischen den Flugzeugen, wenn sich Airlines spezielle Ausstattung einbauen lassen. Diese muss entsprechend bei der Gewichtskalkulation berücksichtigt werden. Ausgangspunkt ist in der Regel die

Manufacturer Mass Empty - Hersteller-Leermasse

so steht das Flugzeug beim Hersteller in der Montagelinie, noch ohne die Extraausstattung des jeweiligen Kunden.

Empty Mass - Leermasse / Betriebsleermasse

hier ist die feste Ausstattung mit eingerechnet, also Küchen, Toiletten, Sitze.

Basic Mass / Basismasse

bei der Basismasse sind auch Systemflüssigkeiten, nicht ausfliegbarer Treibstoff, Toilettenchemie enthalten. Diese Massen werden bei der ersten Auslieferung des Flugzeuges exakt bestimmt und dann wieder in vorgeschriebenen Zeitlimits geprüft, wenn ein Flugzeug zum Beispiel einen größeren Check durchläuft. Gewogen wird mittels spezieller Platten: Auf diese rollt das Flugzeug und dann werden die einzelnen Messwerte addiert.

Basic Operating Mass / Dry Operating Mass / Betriebsleermasse

Crew, deren Gepäck und Catering sind an Bord, das Flugzeug muss jetzt also nur noch beladen und betankt werden.

In der Regel sind dies die Stardards. Jetzt muss sich der Betreiber und die Besatzung entscheiden, in welchem Verhältnis Treibstoff und Nutzlast an Bord genommen werden können.

 

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ATPL Theoriewissen aufgefrischt Masse und Schwerpunkt - Flexible Massen

Mass + Balance 5

Leermasse, Ladung, Passagiere, Kraftstoff und Besatzung fließen in die Kalkulation mit ein. Grafik: CAT Europe  

 

Die Dry Operating Mass ist in der Regel die Ausgangsgröße für das Planen eines Fluges. In ihr ist das Flugzeuggewicht plus die Crew enthalten.

Maximum Zero Fuel Mass / höchtzulässige Leertankmasse (MZFM)

die Höchstmasse an Nutzlast, die aus strukturellen Gründen an Bord des Flugzeuges sein darf. Hilfreich beim Merken dieses Begriffs ist das "Zero Fuel" - in den Tanks darf also noch kein Kraftstoff schwappen. Diese Nutzlast muss entsprechend der Belastungsvorgaben und Schwerpunktlagen verteilt sein.

Maximum Takeoff Mass / höchstzulässige Startmasse (MTOM)

diese Masse ist da oberste Limit, mit dem in allen Fällen abgehoben werden darf. Sie hat ihren Ursprung ebenfalls in strukturellen Limits des Fluggeräts.

Maximum Mass for Takeoff

in vielen Fällen sind die Umweltbedingungen das Limit und nicht das Flugzeug. Das ist bei kurzen Runways, Hindernissituation, "Hot-and-High"-Bedingungen der Fall. Schwerer als diese Masse darf das Flugzeug unter den aktuellen Bedingungen nicht beim Start sein.

Trip Fuel / Reisekraftstoff

Diese Menge Kraftstoff wird auf jeden Fall während des Reisefluges von A nach B verbraucht. Hier schließt sich eine Brücke zur Flugplanung. Wichtig ist der Reisekraftstoffverbrauch vor allem auch bei der Kalkulation der höchstzulässigen Landemasse (MLM). Schließlich ist der Tripfuel im Gegensatz zu den Reserven auf jeden Fall verbraucht.

Minimum Fuel for Takeoff MINTOF

Bei Antritt der Reise muss dieser Kraftstoff mindestens an Bord sein. Die Menge besteht aus dem Tripfuel und den vorgeschriebenen Reserven.

Useful Load

Das sind Kraftstoff und Nutzlast. Wie das Massenverhältnis zwischen diesen beiden Faktoren ist, hängt von strukturellen Limits und Leistungsvorgaben ab.

Maximum Landing Mass / maximale Landemasse (MLM)

Ebenso wie beim Start kann es auch bei der Landung limitierende Faktoren geben. Dies kann die Bahnbeschaffenheit sein oder spezielle Anforderungen bei einem Missed Approach.

 

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ATPL Theoriewissen aufgefrischt Masse und Schwerpunkt - Massenverteilung

Mass + Balance 2

Die Massenverteilung ist für Einmot oder Airliner gleichermaßen wichtig bei der sicheren Flugplanung. Grafik: CAT Europe  

 

Grundsätzlich ist die Verteilung der Massen in einem Großraumflugzeug mit den Gesetzmäßigkeiten auf einer Spielplatzwippe vergleichbar: Sitzen zwei gleich schwere Kinder an den beiden Enden, ist die Wippe im Gleichgewicht, vorausgesetzt, beide Arme sind gleich lang und gleich schwer. Damit sind auch schon die entscheidenden Faktoren definiert - Masse, Arm und Moment.

Genauso sollte es sich in einem Flugzeug verhalten. Die Ladung muss mit Blick auf ihre Position und Masse so platziert sein, dass der Schwerpunkt in den gewünschten Grenzen bleibt, das Flugzeug also ausbalanciert fliegt.

Für die Berechnung von Masse, Arm und Moment muss die Position der Ladung an Bord definiert sein. Würde man als Referenzpunkt den Schwerpunkt nehmen, gäbe es positive und negative Vorzeichen. Also wird die Bezugslinie vor den Bug gesetzt - und somit die Rechnung vereinfacht. Jede Masse hat dann also eine bestimmte Position, die so genannte Station. Entsprechend lässt sich ihr Moment berechnen.

Dabei ist die mathematische Seite bei Mass & Balance sehr übersichtlich. Es geht in der Regel um zwei Szenarien: entweder wird die bereits bestehenden Masse anders verteilt, oder es wird an einer bestimmten Stelle etwas aus- oder zugeladen. Das macht auch Sinn: Schließlich sind die Frachträume an bestimmten, festgelegten Stellen.

 

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flugrevue.de / Heiko Stolzke



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