Die Zukunft der Luftfahrt…

…ist bestimmt durch die Zukunft der Gesellschaft mit ihren Veränderungen

Ansätze zum Nach- und Weiterdenken

Durch die Digitalisierung der Arbeitswelt sind bereits heute die Jobs von 15 Prozent der Deutschen ersetzbar. In konkreten Zahlen heißt das 4,4 Millionen Jobs könnte schon heute eine Software oder ein Roboter Weiterlesen

E-Plane: Die Zukunft des Flugzeugs

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Didier Esteyne, Foto (c) Kleisny

“Wissen Sie, dass wir 2015 als erste mit einem elektrisch angetriebenen Flugzeug den Ärmelkanal überflogen haben?” sagt Didier Esteyne stolz und blickt liebevoll auf das kleine, schnittige E-Plane hinter ihm. Das mit dem “ersten” ist so eine Sache, der Rekordflug war ein regelrechter Krimi, aber etwas Besonderes ist der einsitzige Versuchsträger durchaus. Und als Konstrukteur und einer den beiden Testpiloten, die den Flieger fliegen dürfen, sind Esteyne etliche der noch zu lösenden Probleme durchaus bewusst.

eplane3Das zunehmende Maunzen am Boden gegen Dieselmotoren und damit auch der Drang hin zur schnelleren Entwicklung von effektiver Elektromobilität zeigt auch Auswirkungen für die dritte Dimension. Je weniger herkömmliche Kraftstoffe am Boden nachgefragt werden, umso teuerer wird ihre Herstellung und Avgas, der Kraftstoff für die kleinen Ottomotoren der Lüfte, war schon immer ein Sonderfall.

eplane4Avgas (Aviation Gasoline) ist vom technischen her so etwas ähnliches wie Autobenzin. Allerdings muss der Kraftstoff dieser Ottomotore in luftiger Höhe funktionieren und braucht daher einen niedrigeren Dampfdruck. Das erreicht man mit einer hohen Oktanzahl und Additiven, aber anderen, als für den erdgebundenen PKW. Die im Mogas enthaltenen Zusatzstoffe beschädigen die Tankversiegelung von Flugzeugen.

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(c) hkl

Nun macht die amerikanische Luftfahrtbehörde FAA endlich Druck bei der Suche nach einem Alternativtreibstoff für Flugbenzin: Bis spätestens 2018 soll ein Ersatztreibstoff für das verbleite Aviation Gasoline 100LL zugelassen sein. In Oshkosh gab es erste vielversprechende Angaben über die Forschung des Ersatzluftsprits.

Avgas (Flugbenzin) wird nur von (meist kleineren) Flugzeugen mit Ottomotor verwendet. Meist größere, turbinengetriebene Flugzeuge und Flugzeuge mit Dieselmotoren setzen als Kraftstoff Jet A-1 ein, das ist Kerosin (Dieselkraftstoff).

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(c) hkl

Die Suche nach einem neuen Kraftstoff ist das eine. Die andere Lösung wäre natürlich die Investition in eine neue, andere Art des Antriebes. Am Boden scheint da momentan der Elektroantrieb die besten Zukunftsaussichten zu haben – warum also nicht auch in der Luft?

Der Klotz der Batterie an Volumen und Gewicht ist auch bei PKWs noch immer ungeliebtes Beiwerk und verhindert längere Fahrten ohne Aufladen. In der Luft, wo man auch so schon auf jedes Gramm achtet, sind zusätzlicher Platzbedarf und schrankgroße Batterien ein absolutes Unding.

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(c) hkl

Trotzdem will Airbus ein viersitziges Flugzeug mit Hybridantrieb in Serie entwickeln. Die Airbustochter Voltair mit Sitz in der Nähe von Toulouse kann mittlerweile einen einsitzigen Versuchsträger vorweisen. Der derzeitige E-Fan 1.2 mit Hybrid elektrischem und Gasantrieb ist der Nachfolger des E-Fans 1.1, der mit Elektroantrieb den Ärmelkanal überquerte. Sehr leise soll er sein. Laut Esteyne hatten sie Probleme, bei herkömmlichen Lärmmessungen mit vergleichbaren Flugzeugen die Geräusche des E-Fans aufzuzeichnen.

eplane2Noch hat der Prototyp 1.2  ein provisorisches Stützradfahrwerk, vieles ist noch nicht so wie es einmal sein soll. “Wozu sollen wir zurzeit auch noch einen Antrieb für ein zweites Rad mitschleppen, der nur am Boden gebraucht wird”, meint Didier Esteyne dazu. Offiziell spielt Airbus den Studienzweck des E-Fans für elektrisch oder hybrid angetriebene Verkehrsflugzeuge herunter und betont, dass man vor allem an der Entwicklung des Viersitzers interessiert sei.

Die Probleme der Lithium-Ionen-Batterien wurden hier im FlugundZeit-Blog ausführlich unter anderem in den Kommentaren zum Brand im Dreamliner 2013 diskutiert. Daran hat sich, wie man kürzlich beim Teslaauto gesehen hat, wenig geändert. Der Kurzschluss, der sich in der Luft auch durch gewitterträchtige Wolken oder andere Aufladungen ergeben könnte, hätte in der Luft noch wesentlich fatalere Folgen. Es gibt in der Forschung erste Versuche mit Lithium-Luft-Batterien. Allerdings reicht deren Kapazität zurzeit noch nicht einmal für eine Platzrunde.

Das vernetzte Cockpit (Connected Cockpit)

Pilotentraum: Der Pilot bereitet seinen Flug entspannt zuhause vor. Nimmt das Notepad, klickt es im Flugzeug ins Cockpit-Panel ein und nach einer kurzen Hardware- (Flugzeugrundgang) und SW-Überprüfung macht er seinen Flug, bei dem alles am Pad aufgezeichnet wird: exakter Flugweg, technische Daten, Zeiten und Orte. Lästige Nachbereitung wie Flugbuch und Bordbuch führen entfällt, alle Daten sind im Pad gespeichert. Sein Notepad klinkt der Pilot nach dem Flug wieder aus und nimmt es mit.

Das Connected Cockpit ist eine weitere Entwicklung, an der Airbus arbeitet. Es soll gleich bei der Schulung zum Piloten eine neue Ära des Fliegens einleiten.

(Pilotenanmerkung: In diesem futuristischen Konzept fehlt leider noch das lästige Putzen des Fliegers der angesammelten Mücken.)

Und was macht die Konkurrenz? Boeing zeigt bisher offiziell nur Studien für Flugzeuge mit Elektroantrieb. Aber Konkurrenz treibt gerade in der Technik gerne den Fortschritt an.

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Das anvisierte Datenblatt für den E-Fan 2.0

Max. Abfluggewicht: unter 600 kg (LSA)  
Max. Flugdauer pro Flug: 1 Stunde + 30 Minuten Reserve  
Verfügbarkeit (durch Nachladen):
5 Flugstunden pro Tag
 
Spannweite: 10,98 m  
Länge: 5,67 m  
Höhe: 1,68 m

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alle Fotos, wenn nicht anders gekennzeichnet (c) Airbus

Kommentar: Dieser Sommer

Der Maileingang quillt diese Woche wieder einmal über von den Optionen und angekündigten Bestellungen auf der Messe in Farnborough. (Allein von Boeing waren es 7 Mails heute. Airbus folgt oder führt im Minutentakt.)

Farnborough ist eine zweijährliche Luftfahrtveranstaltung, die ich in meinem Leben nur zweimal (als fliegermagazin-Redakteurin) besucht habe. Sie ist für Nicht-Militärs und Nicht-Großeinkäufern von großen Jets Zeitverschwendung: Alle Deals laufen ausnahmslos hinter verschlossenen Türen in Hinterzimmern ab, auf der Messe ist der Zugang selbst zu den Pavillions (Privatchalets) nicht sinnvoll, weil auch da nicht wirklich etwas verhandelt wird oder geschieht. Die Chalets und ihre Ausstattung sind eher eine Prestigesache. Und die Resultate der Hinterzimmergespräche (die durchaus in den Nobelhotels Londons stattfinden) gibt es in der heutigen Zeit auch schnell über die sozialen Kanäle.

Themenwechsel

Endlich ist die langangekündigte Arthurbahn im Europapark befahrbar. Angekündigt war sie fürs Frühjahr 2014. Aber es gab im Winter zunächst Unstimmigkeiten mit dem Erfinder der Welt der Minimoys: dem genialen Regisseur Luc Besson. Da prallten zwei Welten aufeinander: Die Macks, die seit Generationen erfolgreich Achterbahnen (besser Fahrgeschäfte) erfinden, bauen und vermarkten und der ebenso erfolgreiche und eigenwillige Franzose. Abgesehen davon, dass ich Luc Besson’s einzigartige Filme schätze (Seine Nikitaversion bleibt die Beste und in jedem Film-Genre hat er sich bei 10 Filmen nur einmal ausgetobt), habe ich ihn auch als zwar extrem durchsetzungsstarken, aber auch als Mensch kennengelernt, der sich sehr für weniger Privilegierte und Außenseiter einsetzt. Solange sie die Leistung bringen, die er fordert. Eigentlich müsste diese Einstellung perfekt mit den Zielen der Mack’s zusammenpassen. Aber da trafen wohl mehrere erfolgsgewöhnte Alphas aufeinander.

Danach gab es technische Herausforderungen. Noch nie war meines Wissens eine Mackattraktion später eröffnet worden als angekündigt. Auch nicht bei Großprojekten wie den Ressorthotels. Bei der Arthurbahn meinte ein Techniker: Sicherheit geht vor Frühjahr. Und damit hat er recht.

Diese Bahn ist bisher absolut ungewöhnlich: Sie bleibt nicht stehen beim Einsteigen, dafür aber durchaus auf der Strecke. Dann wechselt sie mit flotten Drehungen auch rasant die Geschwindigkeit. Unerwartet für den Besucher, sensorgesteuert. Und letztere reagieren wohl bei Regen nicht immer so, wie sie sollten. Die Bahn führt auch teilweise durch den Innenraum über die Köpfe der dort sitzenden Restaurantbesucher. Bei den rasanten Kurven spritzt es dann eben schon mal ins Essen von oben herab. Da kommt doch die leise Frage auf, ob man sich nicht bei der Planung die Frage gestellt hat, dass die Attraktion nicht im sonnenverwöhnten Arizona fahren soll…

Themenwechsel: Eine Rückblende  – zur Fußball-WM.

Berichtigungen zur Journaille:

Mehrfach falsch abgeschrieben: Nach der Landung des Siegerfliegers hing die Fahne nicht aus einem Cockpitfenster. Die kann man nämlich bei einer 747-8 nicht aufmachen. Sie hing aus der Notausstiegsluke darüber. 🙂 Die muss man aufmachen können.

Ad ARD-Kommentator: Den Rückführungsflug des Siegerfliegers von Berlin nach Frankfurt hat hoffentlich ein anderer Pilot als derjenige durchgeführt, der schon 11 Stunden aus Rio geflogen ist. Wenn man nicht weiß, wer geflogen ist, einfach mal nichts dazu sagen. Es war eine Relief-Crew, die zurückflog. Aus rechtlichen und Sicherheitsgründen.

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Noch ein kleines Bonmot: Das für mich schönste Spiel neben dem Endspielkrimi war das Spiel der Deutschen Mannschaft gegen die USA. Nicht so sehr wegen des Spieles an sich, sondern mehr meiner Viewing-Situation geschuldet. Gleichzeitig wollten nämlich die Portugiesen gegen Ghana siegen, und ich befand mich mitten in Portugal. In einem Hotel, in dem auf der Hauptleinwand hinter unserem Rücken für eine große Menge Zuseher das Portugalspiel gezeigt wurde und auf einem kleinen Fernseher vor uns für vier Deutsche das Spiel gegen USA. Wir waren alle ständig am Rotieren beim Gucken. Auch die Portugiesen, deren Mannschaft leider fürs Weiterkommen nicht hoch genug gewann. Aber es war viel Sportsgeist bei allen Zusehern und trotz der etwas komischen Situation waren wir alle eine Einheit.

 

Airbus A346 – Harte Landung in Narita

Am 18.03. kam es in Tokio Narita zu einer harten Landung eines A340-600, der gestreckten Variante des A340. Das Fahrwerk muss nun teilweise gewechselt werden, die Zelle wird noch auf Schäden untersucht.
Der Wind zum Zeitpunkt der Landung war stark böig, von vorne rechts. Er lag aber innerhalb der erlaubten Limits. Nach der Landung rollte das Flugzeug ganz normal zum Gate. Es gab keine Verletzten.

Der Unfall ereignete sich um 11:22 Ortszeit (03:22 morgens deutscher Zeit).
Der Flug war am 17.03. in München gestartet mit einer geplanten Abflugzeit von 15:45 deutscher Zeit. Somit hatte die Besatzung um 14:05 deutscher Zeit Briefingbeginn (Arbeitsantritt).

Die Landung fand also, wie auf diesen Umläufen üblich, nach mindestens 18 Stunden wach sein, entsprechend müde statt. Wobei nicht nur die absolute Zahl der wachen Stunden, sondern auch der Zeitpunkt im Biorhythmus von Bedeutung ist: 3:22 liegt im so genannten Tages-Rhythmus-Tief.

Sicherlich hatte die dreiköpfige Crew die Möglichkeit im Reiseflug für jeden Piloten 3 Stunden und 15 Minuten Pause einzuteilen, doch auch dass hilft nur mäßig. Auch wenn der A340 seinen Piloten einen abgeschlossenen Schlafraum bietet, funktioniert das Kommando für den menschlichen Körper – von jetzt auf gleich drei Stunden zu schlafen – nur bedingt.

Der erste Pilot erhält seine Pause dann nämlich am späten Nachmittag. Der zweite kann zwar am frühen Abend schlafen, muss seinen Schlaf aber dann abbrechen, wenn er eigentlich in seine Tiefschlaf-Phase gekommen wäre. Der Dritte schläft dann von 23:30 bis 2:30. Zu dieser Zeit kann man zwar sicherlich gut einschlafen, doch wer nach einem 14 h Arbeitstag nur 3 h geschlafen hat, der ist sicher nicht auf dem Höhepunkt seiner Leistungsfähigkeit.

Soweit die körperlichen Rahmenbedingungen, nun sehen wir uns die Windbedingungen an.

Wind hat auf der Nordhalbkugel generell die Eigenschaft im Sinkflug zum Boden linksdrehend zu sein. Das heißt, je weiter man sich dem Boden nähert, umso mehr dreht die Windrichtung nach links. Die Gründe dafür liegen in der Corioliskraft und der Bodenreibung.

Seitenwind von rechts (Anflug auf 16R (160 Grad), Wind aus 220 Grad mit 26 Knoten in Böen 39 Knoten) kommt also zu Beginn des Anflugs noch weiter von rechts. Mit Annäherung an die Bahn dreht er dann auf die am Boden gemessene Richtung. Dadurch nimmt die Seitenwindkomponente stetig ab und die Gegenwindkomponente zu.

Gleichzeitig nimmt die Windgeschwindigkeit aufgrund der Bodenreibung generell ab.

Dies alles ist vorteilhaft – solange der Wind nicht böig ist. Denn eine Böe ist prinzipiell nichts anderes als ein zum Boden durchschlagender Höhenwind. Und der kommt nun ja mit höherer Geschwindigkeit von weiter rechts. So erfährt das Flugzeug, wenn es im Ausschweben über der Bahn von einer Böe erwischt wird, eine plötzliche Zunahme der Seitenwind- und eine plötzliche Abnahme der Gegenwindkomponente.

Der Seitenwind verlangt nach heftigen Korrekturen in Quer- und Seitenruder, während der Verlust an Gegenwind einen Auftriebsverlust bedeutet, der mit dem Höhenruder abgefangen werden muss, was aber nur gelingen kann, wenn das Flugzeug genügend Fahrtüberschuss hat.

Wir haben hier also eine der seltenen Situationen in der Geschäftsfliegerei, in der sehr präzisere und schnell reagiert werden muss. Da ist der Halbschlaf um 3:22 in der Früh nicht unbedingt von Vorteil!

Sieht man sich das Video zum Vorfalls an, erkennt man die zum Teil heftigen Ausschläge des Seitenruders und der Querruder. Es gelingt dem fliegenden Piloten (Kapitän oder Co) sehr gut, das Flugzeug trotz einer heftigen Böe korrekt ausgerichtet auf der Centerline zu halten.

Als das Flugzeug die Nase senkt (eventuell hervorgerufen durch den Verlust an Gegenwind) sieht man unmittelbar danach, dass das Höhenruder stark nach oben ausschlägt. Der Pilot versucht also sofort eine Zunahme der Sinkrate zu verhindern, indem er am Sidestick (Airbus-Steuerknüppelchen) zieht. Die Maßnahme wirkt aber zu spät und das Flugzeug setzt mit hoher Sinkrate auf dem rechten Hauptfahrwerk zuerst auf.

Das ist bei Seitenwind von rechts auch die korrekte Konfiguration: Die rechte Fläche „hängt“ (ist tiefer geneigt), um ein Abdriften nach links zu verhindern; das Seitenruder ist nach links ausgeschlagen, um den Rumpf zur Landebahn auszurichten).

Sieht man das Video zum ersten Mal, könnte der Eindruck entstehen, dass der Pilot die Nase nach unten steuert, doch nach mehrmaligem Ansehen in Zeitlupe, erkennt man, dass ein entsprechender Ausschlag der Höhenruder NICHT zu sehen ist. Die Nick-Bewegung muss also eine andere Ursache haben, etwa den Verlust an Gegenwind.

Nun zum Flugzeug:

Der A340-600 (kurz A346) ist die gestreckte Variante des A340. Diese ist schon aufgrund der Rumpflänge bei der Landung anspruchsvoll, da die Gefahr des „Tail-Strike“, also die Bodenberührung des hinteren Rumpfes droht, wenn das Flugzeug zu lange geflared wird („Ausschweben“).

Ferner neigt die sehr ausgereizte Fläche dazu, im unteren Geschwindigkeitsbereich plötzlich an Auftrieb zu verlieren, wenn die Anfluggeschwindigkeit nur um wenige Knoten unterschritten wird. Übrigens weist die gestreckte Variante des A320, der A321, ähnlich problematisches Verhalten auf. Plötzlicher Verlust von Gegenwind, der für die Fläche nichts anderes als ein Verlust von Fluggeschwindigkeit bedeutet, hat also beim A346 stärkere Konsequenzen, als bei A340 oder A330, die als gemeinsame Flotte bei diesem Operator geflogen werden.

Wäre eine komplett auto- matische Flugsteuerung, also ohne Piloten nicht schlußendlich besser? Selbst wenn das aktuelle Systeme nicht können sollten, das ist doch nur noch eine Frage der Zeit. („Kassenwart“)

Die von Airbus stark herausgestellte Gemeinsamkeit und das dadurch angeblich ähnliche Verhalten der Muster untereinander, die durch die Fly-By-Wire Steuerung gegeben sein soll, kommt hier sehr an ihre Grenzen.

Der Pilot bewegt mit seinem Sidestick die Steuerflächen nicht direkt, sondern gibt nur Kommandos an die Flight-Computer, die daraus den entsprechenden Steuerausschlag berechnen. Dies ist eine komplett andere Philosophie, als sie von Boeing in deren Fly-By-Wire Flugzeugen (B777, B787) verfolgt wird. Dort, bei Boeing, werden die Steuersignale eins zu eins an die Steuerflächen übertragen (was auch der eigentlichen Definition von Fly-By-Wire entspricht). Die Airbus-Umsetzung sollte eigentlich besser als Fly-By-Computer beschrieben werden.

Es geht hier nicht darum, einen Flugzeug-Hersteller anzuprangern. Die Idee dieser Art der Flugzeugsteuerung ist prinzipiell gut. In der Praxis allerdings erreicht sie genau dann ihre Grenzen, wenn die Bedingungen erschwert sind. Denn dann sind erst recht die fundierten Kenntnisse und Fähigkeiten eines erfahrenen, menschlichen Piloten gefragt. Und die werden nun durch den Automatismus der „mitdenkenden“ Steuerung behindert:

Ich stelle mir gerade die Frage: Wieviele Abstürze wurden durch Piloten ver- hindert? („Duchamp“)

Zunächst interpretiert ein Airbus alles, was der Pilot steuern möchte. Das Flugzeug nimmt dem Piloten dabei auch das Trimmen des Flugzeugs ab.

(Trimmen ist das Einstellen und Fixieren der Fluglage, damit diese ohne weitere Steuerimpulse gehalten wird.)

Störungen von außen, beispielsweise durch Böen, gleicht der Airbus selbst durch eigene Steuerimpulse aus. Das klingt zunächst gut und hilfreich: Solange die Luft einigermaßen ruhig ist, funktioniert das auch halbwegs gut. Sobald jedoch die Luft stark turbulent wird, nerven den Piloten die zu spät und damit kontraproduktiv einsetzenden eigenmächtigen Steuerimpulse der Flugcomputer mächtig.

Der Mensch kämpft nun mehr mit der Maschine als mit der Natur. PIO (Pilot Induced Oscillation) nennt Airbus das. Man könnte es aber auch AIO (Airbus Induced Oscillation) nennen. So führen die Flight-Control-Computer nach jedem Steuerinput, sei es vom Piloten oder vom Computer selbst angeordnet, die Trimmung nach. Das bedeutet, dass bei einem Anflug in böigem Wetter die Trimmung ständig in Bewegung ist, was bedeutet, dass das Flugzeug nie aerodynamisch auf seine Anfluggeschwindigkeit ausgetrimmt ist und somit nie aerodynamisch stabil fliegt.

In 100 Fuß (30 Meter) Höhe wechselt dann die Flugsteuerung in den Flare-Modus. Das bedeutet, dass die Trimmung auf dem letzten Wert (der, wie oben beschrieben, für die aktuelle Anfluggeschwindigkeit falsch sein kann) eingefroren wird und die Steuerinputs für das Höhenruder nun eins zu eins übertragen werden. Dadurch, dass die Trimmlage jedesmal anders sein kann, sind auch die nötigen Steuerinputs für einen vernünftigen Flare mit anschließender sanften Landung bei jeder Landung unterschiedlich. Dass der Sidestick dabei nicht einmal Feedback an den menschlichen Piloten liefert, erschwert das Ganze weiter.

Um die Frage und Antwort gleich vorweg zunehmen: Ein solcher Anflug kann nur von Hand geflogen werden, da das Limit für eine automatische Landung bei 20 Knoten Seitenwind liegt.

Ja, die Lösung scheint so nah. Lasst uns alles auto- matisch machen, dann kann der fehlerhafte Mensch nichts mehr falsch machen. Das Dumme ist nur: auch die Automatik wird von Menschen erfun- den und gebaut – Fehler inbegriffen. („Flugkapitän“)

Nur der Auto-Thrust (automatische Schubregelung) kann bei diesen Bedingungen eingesetzt werden. Airbus empfiehlt dies. Doch der Auto-Thrust ist mit Vorsicht zu genießen. Der Schub wird dabei automatisch so geregelt, dass die eingegebene Anfluggeschwindigkeit beibehalten wird. Auch das klingt zunächst gut und hilfreich, ist es in böigem Wetter allerdings nicht. In unruhiger Luft führt der Auto-Thrust dazu, das sich der Schub ständig ändert. Ein erfahrener Pilot würde gleich den Zielwert setzen, trotz Fluggeschwindigkeitsschwankungen ruhig bleiben und den Schubwert nur langsam anpassen, falls wirklich nötig.

Bei unter der Fläche montierten Triebwerken bewirkt jede Schubänderung aber auch eine Lastigkeitsänderung um die Querachse, die durch Trimm- oder Höhenruder-Ausschläge ausgeglichen werden muss.

Solche Vorfälle wie im Video und auch schlimm- eres wird es auch in Zukunft geben. Es ist nicht vermeidbar, weder durch bessere Piloten noch durch bessere Elektronik. Es ist der Preis, den wir für den Fortschritt zahlen, und wir müssen bei jeder neuen Maschine entschei- den, ob wir dazu bereit sind. („Schlappohr“)

Mit dem Auto-Thrust wird also ein ohnehin schon unruhiger Anflug noch unruhiger. Ferner zieht der Auto-Thrust, in Bodennähe nur über den Radarhöhenmesser gesteuert, die Leistung plötzlich auf Leerlauf zurück, damit man landen kann, ohne dabei die Gesamtenergie-Situation des Flugzeugs zu berücksichtigen.

Diese Lastigkeitsänderung führt dazu, dass die Nase sich senkt, wenn man nicht direkt gegensteuert. Verliert man gerade an Geschwindigkeit aufgrund einer durchschlagenden Böe, kann das der total falsche Zeitpunkt sein, und die harte Landung wird unvermeidlich.

Vielleicht war dies hier der Fall.

Eine große deutsche Airline ignoriert deshalb auch die Empfehlung von Airbus und sagt:
Manual Flight = Manual Thrust.
Vielleicht war die Ursache der harten Landung aber auch eine manuelle Schubverringerung zum falschen Zeitpunkt (nach 18 Stunden um 3 Uhr morgens mit einem in diesen Bedingungen schwer zu handhabenden Flugzeug, das sich anders verhält, als die in den Flügen davor gelandeten A340/A330).
Der Flight-Recorder wird es wissen.

 

Die Ursache der harten Landung scheint also (wie bei jedem Luftfahrt-Incident) die Verkettung von vielen unglücklichen Umständen zu sein:

  • Böiger Seitenwind
  • Ein Flugzeug, das für diese Bedingungen nicht geschaffen (aber zugelassen) ist
  • Müdigkeit der Crew
  • zu viele Derivate eines Flugzeugtyps, die mit dem gleichen Rating geflogen werden können und müssen; die aber unterschiedliches Handling (in Ausnahmesituationen schnell abrufbar und umsetzbar) voraussetzen.

 

Naturgesetze kann man nicht ändern, aber folgende Maßnahmen können helfen:

  • Verbesserung der Flugsteuerung. Dies kann allerdings nur von Airbus und nicht von der Airline erfolgen.
  • Die Ankunftszeit im Tages-Rhythmus-Tief kann nur bedingt verändert werden.
  • Die Müdigkeit von Besatzungen sollte durch entspanntere Umlaufpläne, die zu mehr Regeneration im Einklang mit dem Biorhythmus führen, signifikant verbessert werden. Ein Ausreizen der gesetzlichen Möglichkeiten ist vielleicht für den schnellen Profit einer Firma hilfreich – Berufspiloten dazu zu zwingen, diesen stressigen Lebenswandel bis zu einem Alter von 65 Jahren durchziehen zu müssen, aber ist kurzsichtig. (Wird in einer Neid-Republik jedoch stets gern genommen.)
  • Mit Zunahme der technischen Varianten (Triebwerke, Winglets…) auch nur eines Flugzeugtyps Flotten in mehrere Teilflotten zu unterteilen. Auch wenn es zunächst vielleicht höhere Kosten verursacht. Der Komplettverlust eines A340 ist auch weit entfernt von kostenfrei.

Bleibt nur noch zu erwähnen, dass bei diesem Landeunfall nur das Flugzeug (und das Ego des Piloten) beschädigt wurde. Man möchte nicht wissen, wie weniger qualifizierte Piloten diese Landung gemeistert hätten.

Flugzeugabsturz in Kazan, Zwischenbericht des MAK vom 20.11.2013

Eine Boeing 737-500 der Fluggesellschaft Ak Bars Aero (VQ-BBN) crashte auf einem Flug von Mokau Domodedovo nach Kazan (Russia), Flugnummer U9-363/2B-363, mit 44 Passagieren und 6 Crew an Bord. Unfallzeitpunkt: 19:26 Lokalzeit

Nach zweimaligem Durchstarten crashte der Flieger beim erneuten Aufsetz- und Durchstartversuch neben der Landebahn 29. Ein Tank fing Feuer beim Aufschlag. Das Flugzeug kam zum Stillstand zwischen Landebahn und Rollweg (der ehemaligen Runway 11L/29R).

Keiner an Bord überlebte den Unfall. Der Flughafen Kazan war nach dem Vorfall 23 Stunden lang geschlossen.

Das Wetter zum Zeitpunkt des Unfalls: Wind aus 230 Grad mit 16 Knoten (8 m/s), in Böen 22 Knoten (11 m/s), 5 km Sicht, leichter Schneeregen. Bedeckt in 700 Fuß (210 m), Temperatur und Taupunkt 3 Grad C (also sehr hohe Luftfeuchtigkeit), Luftdruck 993 hPa.

Bedingungen auf der Bahn (Runway Condition Report): Die Bahn war nass, Wassertiefe null mm, guter Bremswert (Breaking action good).

18.11.13
Der Flugdatenrekorder und der Cockpit Voice Recorder wurden mittlerweile sichergestellt. Die Container beider sind stark beschädigt.

Tipp: Eine (jede, um genau zu sein) 737 hat 2 Triebwerke. Videos mit einem Absturz einer russischen vierstrahligen Maschine haben mit besagtem Vorfall nichts zu tun. Auch wenn großspurig otherwise behauptet.

19.11.13 Zwischenbericht
Video des Aufschlags aus einer Überwachungskamera, veröffentlicht von RT Russia, einem staatlich finanzierten Fernsehsender.
Die Kommentare darunter sind größtenteils die üblichen Verschwörungstheorien und schnellen Schuldzuweisungen ohne Fachkenntnis. Zurzeit reine Spekulation und Sensationslust.

Nach Informationen der Unfalluntersucher aus Russland ist der eigentliche Cockpit Voice Recorders nicht mehr vorhanden, nur mehr der Container. Man sucht weiter.

Die Untersuchungsbehörde MAK berichtete am 19.11., dass nach den ersten Auswertungen des Flugdatenschreibers die Crew durchstartete, da sie den Anflug für instabil hielt. Dabei wurden die Schubhebel auf TOGA (Take Off or Go Around Thrust) geschoben und der Autopilot ausgeschaltet. Für den Rest des Flugs wurde das Flugzeug manuell gesteuert.

Während die Triebwerke auf nahezu Take Off Power hochliefen, fuhren die Klappen von 30 auf 15 Grad ein. Das Fahrwerk wurde eingefahren, die Pitch (Neigungswinkel) stieg auf etwa 25 Grad und die Fahrt begann abzubauen.

Erst nachdem die Fahrt von etwa 150 Knoten (278 km/h) auf 125 Knoten (231 km/h) abgenommen hatte, begann die Crew Steuerinputs zu geben, die die Nase wieder nach unten bewegten. Der Steigflug wurde beendet und die Nase durch Steuereingaben (weiter) gesenkt. Das Flugzeug erreichte beim letzten Durchstartversuch eine maximale Höhe von 700 Meter (2300 Fuß) und begann dann einen schnellen Sinkflug, bis es mit 75 Grad Nose down (Flugzeugnase nach unten) und einer Geschwindigkeit von 450 km/h (242 Knoten) etwa 20 Sekunden später einschlug. Beide Triebwerke arbeiteten normal bis zum Aufschlag. Der Flugdatenschreiber hat keine Systemausfälle aufgezeichnet.

20.11.13
Scienceblogserver is down due to maintainance. No Blog posts possible.

21.11.13 (Nachtrag für gestern)
Am 20. wurden die fehlenden Teile des Voice Recorders gefunden und nach Moskau zur weiteren Untersuchung geschickt.
(Nicht wirklich spannend, interessanter wird es erst, wenn dessen Auswertung vorliegt.)

 

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Und für die Piloten unter den Lesern:

According to AIP Russia the airport features two parallel runways 11L/29R and 11R/29L of about the same length of 3725 meters and 3750 meters, both runways feature ILS Category II approaches, according to NOTAMS issued on July 31st 2013 the runway 11L/29R was decommissioned however and runway 11R/29L renamed to 11/29.

Die Metars zum Unfallzeitpunkt (15:25 UTC):
UWKD 171600Z 24008G12MPS 5000 -RASN OVC008 03/03 Q0993 R29/2/0055 NOSIG RMK QFE734/0978
UWKD 171530Z 23008G11MPS 5000 -RASN OVC007 03/03 Q0993 R29/2/0055 NOSIG RMK QFE734/0979
UWKD 171500Z 23009G12MPS 9999 -RASN OVC008 03/02 Q0994 R29/2/0055 NOSIG RMK QFE735/0980

Airbus bannt Li-Ionen Akkus von der A350

Nun reagiert auch Konkurrent Airbus auf das Li-Ionen-Desaster von Boeing. A350-Flugzeuge sollen nicht mit Li-Ionen Akkus ausgeliefert werden, sagte Airbus Sprecherin Mary Anne Greczyn. Mit der Begründung, die gesteckte Zuverlässigkeit der A350 zu gewährleisten und das Auslieferungsdatum nicht zu gefährden.

Weiterhin sollen die ersten Testflüge der A350-Prototypen im Sommer zu Tests der Flugeigenschaften mit Li-Ionen Akkus durchgeführt werden. Alle Serienflugzeuge der A350 sollen aber mit den schwereren, weniger effizienten Ni-Cd-Akkus ausgeliefert werden.

Laut Airbus unterschied sich das Design der eingesetzten Li-Ionen Akkus von denen bei Boeing, sie seien angeblich sicherer in der Bauweise. Die Entscheidung sei aber aus Gründen der Einhaltung des Zeitplans für die A350 gefallen.

Boeing soll angeblich kurz vor der Präsentation seiner Interimslösung für den Dreamliner stehen. Angeblich noch diese Woche soll eine Lösung vorgestellt werden, bei der eine Titan-Box und ein Hochdruck-Gasentweichungssystem ein Feuer während des Fluges eindämmen sollen.

Dreamliner B787, die zweite

Nachschlag. Update. Statusreport.

Seit drei Wochen sind die 50 Dreamliner nun am Boden. In einem Zwischenbericht am Sonntag sagte die amerikanische Untersuchungsbehörde NTSB, dass sie bisher noch keine Ursache der Akku-Feuer gefunden hat. Ebenso gab das amerikanische Transportministerium am Montag eine Veröffentlichung heraus, dass beim Hersteller GS Yuasa in Kyoto keine Ursache gefunden werden konnte.

Nach Aussagen von Boeing arbeiten mehrere hundert firmeneigene Ingenieure und Experten in Teams rund um die Uhr an der Ursachenfindung und -Behebung.

Aus dem Boeing Statement zum Update:

In order to ensure the integrity of the process and in adherence to international protocols that govern safety investigations, we are not permitted to comment directly on the ongoing investigations.

Eine finanzielle Analyse der Firma Jefferies & Co. schätzt, dass der Dreamliner Ausfall Boeing bisher mehr als 500 Millionen Dollar kostet. Das könne aber locker bis auf 5 Milliarden USD steigen.

Der Dreamliner ist eigentlich ein Langstreckenflugzeug. Aber manchmal kann auch auf inländischen Flügen die Kapazität des Transportmittels nicht groß genug sein.

Mangels bisher gefundener Fehler kommen nun auch andere auf die Idee, dass eine mögliche Ursache im konkreten Einsatz liegen könnte: dass die innerjapanischen Kurzstreckenflüge – und damit die in kurzen Zeiten häufige Lade- und Entladevorgänge – Grund für die Akku-Probleme sein könnten. Also eine Sachlage, die vorher so nicht als kritisch gesehen und getestet worden war.

Die Reaktionen von Lithium sind sehr temperaturabhängig. Ein ladender Akku wird heiß. Der externe Temperaturbereich eines Flugzeugs kann zwischen Bodenzeit und Reiseflug von über 30 Grad auf minus 50 Grad Celsius locker schwanken. Und das bei Kurzstreckenflügen mehrfach am Tag. Ein klimatisiertes elektrisches Compartment, das immer auf das selbe Grad genau die Raumtemperatur ausgleicht, wäre sehr kostenintensiv. Klimatisierung ja, aber sicher in einer Bereichsspanne. Zudem gibt es auf jedem Flug eine Vielzahl an Vibrationen, sowie häufige Lageänderungen gegenüber der Waagerechten. Alles Sachen, die man so nicht von Tests am Boden 1:1 übernehmen kann.

Aus technischer Sicht wird die Fehlersuche sicher noch spannend. (Aus menschlicher und wirtschaftlicher Betrachtung ist die Lage eher deprimierend.)

Dreamliner B787 mit Akku-Albtraum


„Wir haben uns an die große Sicherheit in der kommerziellen Luftfahrt gewöhnt“, meint ein früherer Mitarbeiter der amerikanischen Luftfahrtbehörde FAA. Da kommt es natürlich gar nicht gut, wenn alle 50 weltweit ausgelieferten Boeing 787 wegen mehrerer Brände an Bord von der FAA auf unbestimmte Zeit gegrounded sind.

Der Grund für die Zwangsflugpause

Gewicht ist ein Kostenfaktor bei Treibstoffpreisen, die weltweit nur eine Richtung kennen, und die ist aufwärts. Die zunehmende Elektronik zur Steuerung und Navigation moderner Flugzeuge setzt redundante Ausfallsicherung voraus. Und da letztere im normalen Flugalltag ungebraucht mitgeschleppt wird, sollten Backup-Geräte möglichst leicht sein. Akkus sind eine der Notfall-Lösungen für den Stromausfall an Bord.

Der in Kraftfahrzeugen bewährte Bleiakku hatte schon bei Handys ausgedient: zu schwer, zu groß, veraltet. Lithium (Li), ein silbriges, schimmerndes Metall ist der zeitgemässe Nachfolger für Akkus transportabler Kleingeräte wie Laptops, Mobiltelefone und Herzschrittmacher. Diese Akkus sind klein, leicht und teuer aufgrund des seltenen Vorkommens von Lithium. Ihr zudem extrem reaktionsfreudiger Inhalt brachte schon Apple vor einigen Jahren eine Ersetzaktion für Li-Polymer-Akkus in seinen MacBooks ein.. Einige Akkus hatten durch Überhitzung Feuer gefangen und/oder waren explodiert.

Alle Laptop-Akkus überhitzten erst nach einiger Zeit im Gebrauch. Kein neues MacBook wäre mit bekannten Akku-Problemen ausgeliefert worden. Zumindest der Dreamliner der Fluggesellschaft All Nippon Airways flog bereits seit zwei Jahren und lud demnach etliche Male seine Li-Ionen-Akkus wieder auf. Könnte es sein, dass die Akkus im täglichen Einsatz, nach einiger Zeit, nach einer bestimmten Anzahl von Ladevorgängen, unbekannte Ausfallerscheinungen zeigen? Sich chemisch (oder physikalisch), bisher unerwartet, so verändern, dass es zur Überhitzung kommt?

Höhere Temperatur verstärkt die an sich schon extreme Reaktionsfähigkeit des Leichtmetalls weiter, Feuer erst recht. Beides muss also beim Einsatz unbedingt vermieden werden. Akkus an Bord haben ihren Haupteinsatz, wenn die normale Stromversorgung nicht (mehr) funktioniert. Eine Notsituation an Bord heißt aber auch, dass etwas oder vieles nicht so funktioniert wie im Handbuch beschrieben. Da ist der Ausfall von Kühlung, ein kleines Feuerchen als Beiwerk des ursprünglichen Auslösers gut möglich. In Kombination mit Lithium als Allheilmittel ist das Resultat denkbar schlecht.

Wie schließt man nun bei einem Akku aus, dass er sich nicht schon auf dem täglichen Flug zu sehr erwärmt? Überlastung bei der Ansteuerung vermeiden und beim Laden im Alltag wäre ein guter Ansatz.

Leichter als Lithium mit der Ordnungszahl 3 im Periodensystem der Elemente sind nur Helium und der Wasserstoff. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen in Atomkern an. Je mehr Protonen, je höher also die Ordnungszahl, umso schwerer ist das Element.

Jeder Akku, der nicht auf Lithium basiert, wird also schwerer. Und vermutlich auch größer. Platz ist in einem Verkehrsflugzeug auf der unteren Ebene aber nicht das Thema. Zumindest nicht, solange nicht ein neuer, anderer Akku genau an die Stelle des kleineren Vorgängers gezwängt werden muss. Dann helfen nur eine Neuanordnung des gesamten Akku-Ladesystems, andere Verkabelung und damit vermutliche größere bauliche Änderungen. Wenn man als Airline auf jedes Kilo schaut, das man bei der Bordausstattung einsparen kann, dann trifft ein höheres Gewicht bei einem Akku, der technisch gesehen, viel leichter sein könnte, natürlich hart. In jedem Fall müssen Akkus dreißig Minuten lang allem, was sie versorgen sollen, Strom liefern.

Zurück zum Traumflugzeug mit Problemen. Boeing arbeitete schon bei der Entwicklung des Dreamliners eng mit der Zulassungsbehörde FAA zusammen. Das ist an sich nicht ungewöhnlich, auch mit der Europäischen Behörde EASA macht ein Hersteller das bei einer Flugzeug-Neuzulassung idealerweise so. Denn dann kann die Behörde bei der Zulassung später nicht sagen: „Oh, wenn Sie das so und so implementiert hätten, dann wäre das perfekt. Aber genau so wie das jetzt realisiert ist, können wir ihre Konstruktion leider nicht Flugtauglich schreiben.“

Die FAA und Boeing einigten sich darauf, dass Lithium-Ionen-Akkus im Dreamliner eingesetzt werden können und dürfen, solange bei einem Brand während eines Fluges Flammen und Rauchentwicklung unter Kontrolle gehalten werden können ohne weiteren Schaden anzurichten. Die Akku-Zulassung, eine Sondervereinbarung der FAA mit Boeing, beinhaltete auch, dass im Falle des Falles der Akku von selbst geordnet abbrennt ohne den Einfluss von Menschen. Das genügte der Vereinigung der Linienpiloten ALPA (Air Line Pilots Association) schon damals nicht. Sie forderte, dass ein Akkufeuer von der Crew aktiv löschbar sein muss. Dies wiederum setzt neben dem Vorhandensein von tragbaren, stets griffbereiten (Halon-)Feuerlöschern im Flugzeug auch die schnelle Erreichbarkeit des Akkus für die Crew voraus. Miteingeschlossen wäre das regelmässige Training, ein Lithium-Ionen-Akkufeuer sicher zu beenden.

Im Januar 2010 gab die FAA einen Abschlussbericht zu einer eigenen Sicherheitsüberprüfung über die Entflammbarkeit von Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer-Akkus in Flugzeugen heraus: Flammability Assessment of Lithium-Ion and Lithium-Ion Polymer Battery Cells Designed for Aircraft Power Usage. Dieser Abschlussbericht ist 30 Seiten dick und kommt zum (nicht wirklich überraschenden) Schluss, dass Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer-Akkus heftig auf externes Feuer reagieren können. Beim Test traten entflammbare Elektrolyte aus, entzündeten sich und heizten so das bereits bestehende Feuer unter großem Druck- und Temperaturanstieg weiter an.

Ein Hand-Feuerlöscher mit Halon 1211 konnte im FAA-Test sowohl Li-Ionen- als auch Li-Ionen-Polymer-verursachte Feuer zunächst löschen. Bei Li-Ionen-Polymer-Akkus konnte das Halon ein Wiederaufflammen des Brandes nicht verhindern.

Der Stand

Schon zum ganz normalen In Betrieb nehmen eines Verkehrsflugzeugs ohne Bodenstrom brauchen die Piloten aufladbare Batterien (Akkus). Erst so kann alle weitere Elektrik gestartet werden.

Die Generatoren an den Triebwerken sorgen für die primäre Stromversorgung im Flugzeug. Fällt diese in der Luft aus, sind mehrere Backup-Lösungen gefordert: Akkus liefern sofort Strom wenn die Triebwerke ausfallen, bis nach einigen Sekunden der Notfall-Propeller, Ram Air Turbine genannt, durch den Fahrtwind anläuft. Dieser Not-Propeller produziert primär Hydraulikdruck und zudem auch Strom. Das dritte Backup, wenn die Stromerzeugung über die Triebwerke fehlt, wäre die APU (Auxiliary Power Unit), eine tatsächliche Turbine, die mit Treibstoff betrieben wird. Bei abgeschalteten oder ausgefallenen Triebwerken wird die APU über einen Akku gestartet.

Mitte Januar 2013 gerieten Li-Akkus sowohl in einer Boeing 787 der Japan Airlines (am Boden in Boston) und in einer 787 der Fluggesellschaft All Nippon Airways (im Flug) in Brand. Dreamliner von United Airlines und Qatar Airways hatten im Dezember 2012 ebenfalls Probleme mit ihrer Elektrik. Die JAL-Boeing wurde von der amerikanischen Behörde NTSB untersucht, da der Vorfall in Boston stattfand. Der ANA-Dreamliner wurde von den Japanern unter die Lupe genommen, da er sich auf einem japanischen Inlandsflug befand. Die zunächst angenommene Überlastung bei der Ansteuerung des Akkus fällt offenbar weg: Beide Kommissionen kamen unabhängig voneinander zur Erkenntnis, dass keine Überspannung vorlag.

Offizielles Statement von Boeing:

Alle modernen Düsenverkehrsflugzeuge sind mit Batterien ausgestattet. Die vermehrt elektrische Architektur der 787 hat mit den Batterien wenig zu tun. Die maßgebliche Innovation, die die verbesserte Effizienz ermöglicht, ist die gesteigerte Erzeugung von elektrischer Energie und die Eliminierung von Hochdruck-Zapfluft (pneumatischen) Systemen. Die Funktionen, die vorher durch Druckluft betrieben wurden, werden nun elektrisch angetrieben.

Dazu wäre anzumerken: Im Gegensatz zum Englischen gibt es im Deutschen einen Unterschied zwischen Batterie (nicht aufladbar) und Akku (aufladbare Batterie). Bei allen derzeit diskutierten Li-Ionen-Problemen handelt es sich um Akkus – einmal Nutz- und dann Wegwerf-Batterien aus diesem kostbaren Rohstoff wären in einem Flugzeug fehl am Platz und zudem sinnlos überteuert.

Statement der FAA:

„Auswirkungen des Akkuversagens waren entflammbare Elektrolyte, Schäden durch Hitzeeinwirkung und Rauch an zwei 787-Flugzeugen. Wenn diese Bedingungen nicht behoben werden, könnten sie Schäden an kritischen Systemen und Strukturen und ein Feuer im elektrischen Compartment nach sich ziehen.“
(“The battery failures resulted in release of flammable electrolytes, heat damage, and smoke on two Model 787 airplanes. These conditions, if not corrected, could result in damage to critical systems and structures, and the potential for fire in the electrical compartment.”)

Nach einem Report der Seattle Times letzte Woche hatte eine amerikanische Firma  namens Securaplane Technologies, die an der Entwicklung der elektrischen Ladesysteme des Dreamliner beteiligt war, bei einem Akku-Test ein so starkes Feuer erzeugt, dass ein ganzes Gebäude unkontrolliert niederbrannte.

Lithium Akkus sind auch in anderen modernen Verkehrsfliegern im Einsatz, etwa in Airbus- und Embraer-Flugzeugen. Allerdings sind die Akkus dort von einem anderen Hersteller und in ihrer Leistung wesentlich kleiner. Der Dreamliner-Akku soll die Größe einer Umzugskiste haben. Viele Verkehrsflugzeuge setzen Nickel-Cadmium-Akkus ein. Nickel hat die Ordnungszahl 28, mit 48 ist Cadmium sogar ein Schwermetall. Schwerer, weniger leistungsfähig und hochgiftig ist auch nicht die gesuchte Lösung für die Zukunft.

Wie geht es weiter?

Das Entgegenkommen für Boeing in der Dreamliner-Zulassung wird der FAA nun von einigen Seiten angekreidet: Zu große Kompromisse für die Industrie seien auf Kosten der Sicherheit bei der Sonderbehandlung gemacht worden. Die FAA reagierte prompt. Nun bleiben alle 50 bisher weltweit ausgelieferten Dreamliner am Boden, bis die Ursache der Akku-Brände und eine sichere Lösung für leistungsstarke und leichte Akkus für den Dreamliner gefunden ist.

So schnell wie Hersteller Boeing sich wünscht, dass dieses Problem aus der Welt ist, wird es wohl nicht gehen. Vor der Lösung des Problems muss erst die Ursache der Brände gefunden werden. Ist die Ursache ein Designfehler im Flugzeug oder liegt es eher an der Akkucharge, an einer fehlerhaften Produktion des Herstellers? Da sind die amerikanischen Untersucher von Boeing, der Untersuchungsstelle NTSB noch anderer Meinung als die japanischen Kollegen des Akku-Herstellers GS Yuasa und der japanischen Untersuchungsbehörde JTSB. Auch wenn offiziell alle vorbildlich zusammenarbeiten bei der Fehlersuche.

Bisherige Ansätze haben noch kein Ergebnis gebracht. Auf Boeing werden vermutlich hohe Kosten zukommen: Entschädigungszahlungen wegen der Flugausfälle, (größere) Änderungen am Flugzeug und eine neue Genehmigung des Akku- und Elektrosystems sind gute Kandidaten dafür. Lufthansa ist von den Dreamliner-Problemen nicht betroffen – die deutsche Airline hat keine Boeing 787 im Einsatz.


Elektroniktest im ANA-Dreamliner vor der Auslieferung/Fotos: Helga Kleisny