Manches ist in der Luftfahrt komplexer als wir es vom Boden her gewohnt sind – das Verhalten und die Leistung von Antrieben in unterschiedlichen Höhen gehören dazu. Zwar sind 1000 Meter Abstand noch immer 1000 Meter, auch wenn es nach oben geht. Jedoch können sich diese 1000 Meter in der Höhe auf die Performance eines Flugzeugs oder Fallschirms erheblich auswirken.

Das liegt am simplen physikalischen Zusammen- hang zwischen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Höhe. Leider hängen alle irgendwie von einander ab. Jede Veränderung einer dieser Größen hat Auswirkungen auf die anderen. Um einen fixen Bezugspunkt in diese Abhängigkeiten zu bringen, wurde die Standard- temperatur und die Standarddichte definiert: Das sind 15 Grad Celsius bei 1013 hPA. Damit lassen sich Leistungsdaten von Fluggeräten und Triebwerken unter den realen Bedingungen berechnen. Außerdem brauchen wir sie in der Luftfahrt zum Kalibrieren von Druckmessgeräten wie dem Höhenmesser und dem Geschwindigkeitsmesser.

Diese Werte-Kombination ist als Standard durchaus sinnvoll in unseren Breiten: Heftige Minusgrade hat es wesentlich seltener und extrem hohen (1040 hPA) oder niedrigen (888 hPA) Luftdruck ebenso. Aber diese Kombination von 15 Grad und 1013 hPA gibt es nur an einigen Tagen. An allen anderen unterscheidet sich die Dichte-Höhe, die ja unter anderem von der Temperatur und dem Luftdruck abhängt, von der tatsächlich gemessenen Höhe. Und warum ist das wichtig? Weil es – im Gegensatz zum Menschen – einem Motor oder auch einem Fallschirm eben vollkommen egal ist, wie hoch er tatsächlich über dem Erdboden schwebt. Seine Performance, also sein Leistungsverhalten, hängt von den Luftteilchen ab, in denen er sich bewegt oder bewegt wird. Vor allem von deren Anzahl und Geschwindigkeit.

Und da sind wir wieder bei der Dichte: Denn Temperatur ist physikalisch gesehen nur ein anderer Ausdruck für die Aktivität der Luftteilchen. Eine höhere Temperatur senkt die Dichte der Luft und erhöht damit die Dichte-Höhe. Damit sinkt der Fallschirm schneller. Auch das Flugzeug hat einen geringeren Luftwiderstand und braucht somit eine längere Lande- und Start- strecke als bei Standardbedin- gungen, müht sich mehr und länger ab, um auf die Reiseflughöhe zu gelangen.

Eine Temperaturerhöhung hat den gleichen Effekt wie ein Start oder eine Landung auf höherem Gebiet (Berg, Flugplatz in Colorado, der Schweiz oder in Bayern…). Die Bahnlänge kann also durchaus im Winter für einen Start ausreichend sein, im Sommer dagegen nicht. Und wer im Mile-High Fallschirm-Center in Colorado (Höhe über NN: 5052 ft (1540 m)) springt, braucht auch im Winter mehr als nur ein „Handtuch“ über sich zur sanften Landung.

Andererseits: Je weiter (höher) wir uns vom Erdboden entfernen, umso geringer werden Temperatur und Luftdruck; der Luftdruck allerdings etwas anders als die Temperatur. Somit sinkt mit Zunahme der Höhe generell die Dichte der Luft: In 5300 Fuß sind das schon 20 Prozent weniger Teilchen als auf Meereshöhe; und umso geringer wird normalerweise die Temperatur. (Richtwert: 2 Grad pro 1000 Fuß).

Der lokale Luftdruck wiederum ist zunächst von den Hochs und Tiefs der Großwetterlage beeinflusst. Anderseits sind Dichte und Druck der Luft direkt proportional. Steigt also der Luftdruck („wird das Wetter schöner“), dann steigt auch die Luftdichte. Nähert sich das Tief, dann sinkt die Luftdichte und das Flugzeug und der Fallschirm performen schlechter. Der Flieger steigt langsamer, der Fallschirm sinkt schneller.

Auch ein barometrischer Höhenmesser misst eigentlich nicht die Höhe, sondern den Luftdruck. Deshalb ist bei Fallschirmhöhenmessern die Zeigerstellung vollkommen identisch, egal ob das Zifferblatt in Fuß oder Metern anzeigt. Der Wert daneben ist natürlich unterschiedlich, aber bei einer Fallrate mit 200 Stundenkilometern liest auf einem analogen Gerät kein Springer den Wert, sondern orientiert sich am Zeiger.

Die Luftfeuchtigkeit spielt auch noch eine Rolle, haben wir festgestellt. Auch wenn man das auf den ersten Blick anders sehen möchte – feuchte Luft ist leichter ist als trockene. Wasserdampf wiegt nur rund halb so viel (fünf Achtel, 62 %) als das gleiche Volumen an trockener Luft. Somit ist feuchte Luft leichter, also weniger „dicht“ als trockene. Erneut erhöht sich damit die Dichtehöhe: Zusätzlich verstärkt wird der Effekt dadurch, dass eine höhere Temperatur auch mehr Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann: 38° Celsius mit 80 % Luftfeuchtigkeit enthalten mehr Feuchtigkeit als 16° bei 80% Luftfeuchtigkeit.

Wer schon im Sommer in Florida gesprungen oder geflogen ist, kann das auch ohne Rechnen nach- vollziehen:
Ein heißer, schwüler Sommertag und ein (zu) kleiner Fallschirm oder eine kurze Bahn fürs Flugzeug – das sind schlechte Ausgangsvoraussetzungen für einen sicheren Flug und eine sichere Landung.
Da lohnt es sich, die Tabellen im Flughandbuch wieder einmal anzusehen und zu rechnen, ob es denn auch wirklich passt.

Wenn man in gebirgiges Gelände fliegt, oder plant, auf einem arg höher gelegenen Flugplatz zu landen, dann kommt es einem schon eher in den Sinn, die schlechtere Performance des Fluggerätes von vornherein zu berücksichtigen. Dass „Hot and Humid“ aber die gleichen Auswirkungen haben, wird manchmal unterschätzt. Von Piloten und Fallschirmspringern.

Auswirkungen einer größeren Dichtehöhe auf die Performance des Fallschirms
Er „trägt“ schlechter, bei gleichem Gewicht des Springers sollte die Fläche größer sein. Er sinkt schneller. Fliegt träger bei Richtungsänderungen, braucht länger um sich nach einer Drehung wieder auf den Geradeausflug zu stabilisieren. Der Fallschirm stallt eher, also bereits bei einer höheren Vorwärtsgeschwindigkeit, man landet schneller als man es gewohnt ist. Die Landung wird generell „härter“.

Auswirkungen einer größeren Dichtehöhe auf ein Flugzeug
Motor und Propeller bringen weniger Leistung, Höhere Geschwindigkeit (True Airspeed) ist erforderlich um den gleichen Auftrieb zu erzeugen. Das bedeutet, eine längere Bahnlänge für Start und Landung ist notwendig, die Steigrate ist bedeutend reduziert. Turboprops, Turbinen und mit Turboladern aufgeladenen Motoren werden bis zu einer individuellen (Antriebabhängigen) Dichtehöhe weniger beeinflusst als normale Motoren.

🙂 Und ja, es geht noch komplizierter. Viel komplizierter. Aber nicht hier.

Alle Fotos (c) H. Kleisny