Windscherungen – wenn der Wind verrückt spielt

Weil mir gerade bei einem anderen Beitrag Wind Shear fälschlicherweise mit Seitenwind übersetzt wurde, gibt es jetzt einen allgemein verständlichen Beitrag dazu. Keine wissenschaftliche Abhandlung, alles ist zum Nachvollziehen stark vereinfacht.

Und irgendwie hatte ich erwartet, dass die Frage kommt, warum denn die Dubai Emirates 773 eine so lange Landung in die Bahn hinein gemacht hat. Der Grund, waren die Windscherungen, die der Crew von der Wettervorhersage (ATIS) bekannt waren.

Von der Definition her passiert eine Windscherung dann, wenn sich der Wind auf kurzer Distanz in Richtung und/oder Stärke ändert.

Das ist für alle Luftfahrer gefährlich, für Flugzeug-Piloten vor allem in Bodennähe, also beim Starten und Landen. Für BASEer und Wingsuit-Flieger auch im freien Fall und generell für Fallschirmspringer in Bodennähe beim Landeanflug. Wind Shear ist in den Bergen und in der Stadt (viele eng stehende hohe Gebäude) ein Faktor, den BASEer berücksichtigen müssen. Das Problem daran ist, dass man Wind Shear, wenn er sich nicht als Windhose, die Staub mit sich bringt, manifestiert, nicht sieht.

Als Pilot/Luftfahrer startet und landet man üblicherweise möglichst gegen den Wind, Wind kommt einem also von vorne entgegen. Und nun gibt es einen kleinen Einschub.

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Luft ist ein Medium und nicht Nichts. Man sieht sie zwar normalerweise nicht wie Wasser, aber im Prinzip bewegen wir uns innerhalb der Luft ähnlich wie im Wasser. Gegen Widerstand: Jedes Objekt, das sich durch eine Luftströmung bewegt, erfährt eine Kraft entgegen der Bewegungsrichtung.

Auf jedes fliegende Teil, im weiteren vereinfacht Flugzeug genannt – wirken vier Kräfte: nach unten die Schwerkraft (1), nach vorne der Schub (2), nach hinten zieht der Luftwiderstand (3) und nach oben der Auftrieb (4).

Wenn Schub und Auftrieb so groß sind, dass Schwerkraft und Widerstand überwunden werden, hebt das Flugzeug ab (nach vorne und oben).

Soweit die Theorie. In der Praxis wirkt sich gerade bei geringen Geschwindigkeiten** zusätzlich der Wind in Richtung und Stärke aus. Das Landen des Flugzeugs erfolgt immer mit möglichst geringer Geschwindigkeit.

Idealerweise setzt der Flieger leicht über seiner Stall Geschwindigkeit auf. Wenn er dabei in den Wind landet ist seine Ground Speed (Geschwindigkeit gegenüber dem Boden) nochmal um die Windgeschwindigkeit geringer und der Bremsweg damit kürzer. Gleiches gilt für den Start. Beim Start beschleunigt das Flugzeug auf eine Geschwindigkeit von etwa 20 Prozent über der Stall-Geschwindigkeit. Wenn es gegen den Wind startet, dann hebt es mit einer geringeren Geschwindigkeit gegenüber dem Boden ab. Die Beschleunigungsstrecke war kürzer.

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*Stall Speed ist die Geschwindigkeit, bei der das Flugzeug in dieser Fluglage (Kurve, Geradeausflug, Steigen…) gerade noch sein Gewicht als Auftrieb produzieren kann.

Stall Speed ist also die Geschwindigkeit, bei der die Tragflächen mit maximalem Anstellwinkel gerade genug Auftrieb liefern, um das Gewicht des Flugzeugs in der Luft zu tragen.

Erhöht man den Anstellwinkel weiter (zieht man also die Flugzeugnase weiter in den Himmel) reißt die Strömung ab. Da dies meist nicht symmetrisch auf beiden Seiten gleich geschieht, kippt das Flugzeug über eine Fläche (rechts oder links) ab.

Hat das Flugzeug vertikal genügend Luft = Raum zwischen sich und dem Boden, lässt sich der Strömungabriß durch geeignete Flugmanöver wieder rückgängig machen. Das allerdings braucht Zeit, also Höhe, und die ist in Bodennähe nicht gegeben.**

 

**Es gibt beim Fliegen viele Arten der Geschwindigkeit: die gegenüber dem Boden (für die Reise interessant), die Airspeed gegenüber der umgebenden Luft (für den Flugzustand relevant) und weitere.
Was für uns hier interessant ist, ist die Geschwindigkeit gegenüber Luft.

Damit das Flugzeug in der Luft bleibt, muss der Auftrieb größer als die nach unten ziehenden Kräfte sein. Der Auftrieb hängt von der Geschwindigkeit und dem Anstellwinkel/Anströmungswinkel der Tragflächen ab.

Fliegt man sehr schnell, braucht man nur einen kleinen Anstellwinkel. Wenn man langsamer fliegt, braucht es einen größeren Anstellwinkel, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen.

Das geht solange, bis man so langsam ist, dass man den maximalen Anstellwinkel erreicht hat. Wird man nun noch langsamer, dann verursacht die weitere Erhöhung des Anstellwinkels, dass die Strömung der Wölbung der Fläche nicht mehr folgen kann, und „abreißt“. Sie verwirbelt nun hinter der Flächenvorderkante und der Auftrieb bricht zusammen.

Bei Start und Landung ist die Fluglage des Flugzeugs in der Nähe dieses maximalen Winkels, dieser minimalen Geschwindigkeit. Ändert sich nun plötzlich die Windgeschwindigkeit, dann kann das problematisch werden.

Windscherungen treten auf:

  • wenn sich Luftschichten in verschiedenen Höhen verschieden schnell bewegen. Steigt oder sinkt man durch die Höhenbänder, dann ändert sich sowohl die Richtung, als auch die Geschwindigkeit der Luft abrupt
  • wenn Fallwinde auf den Boden treffen, da sie dann horizontal abgelenkt werden. Fliegt man da durch, erhöht sich zunächst die Geschwindigkeit, da einem die Luft nun „entgegen“ kommt. Nach Durchfliegen des Kerns kommt sie aber nun plötzlich von hinten und man verliert an Geschwindigkeit.
  • bei einer sich ablösenden Thermikblase (heiße Luft) ist es genau andersrum.
  • wenn Wind durch geographische Besonderheiten (Berghang, Baumreihe, hohe, breite Gebäude) abgelenkt wird.
  • Wind dreht in Bodennähe auf den letzten 1000 Metern über Grund in der Regel immer. Das liegt an folgendem: Luft strömt vom Hoch zum Tief. So entsteht Wind. In großen Höhen wird er dabei von der Coriolis Kraft abgelenkt. Am Boden hingegen wird diese Ablenkung und die Geschwindigkeit durch die Reibung der Luft am Boden abgebremst. Auf der Nordhalbkugel bedeutet das, dass der Wind im Sinkflug von 1000 Meter über Grund zum Boden hin um 30 Grad nach links dreht und an Stärke abnimmt. Auf der Südhalbkugel dreht er entsprechen nach rechts. Habe ich nun noch Turbulenz (z.B. durch geographische Besonderheiten, Thermik, Gewitter, Starkwind) dann kann es vorkommen, das der Wind der in 1000 Meter herrscht, auf den Boden „durchschlägt“, also die Richtung um 30 Grad dreht und damit die Geschwindigkeit zulegt. So kann ganz plötzlich aus einer Gegenwind- eine Rückenwindkomponente werden.

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

Fallschirm-Wissen für Piloten

wolkenSonntag war der perfekte Tag. Mit 24 Grad und Sonnenschein für einen Oktobersonntag in Deutschland der vermutlich letzte Wettermäßig gute Sprungtag für jeden, der einen Fallschirm in Griffweite hat.

Die Bilder sind von einem Flug von Egelsbach (Hessen) nach Freiburg (Breisgau) und zurück. Nach Steve Jobs’ Motto mit der besten Kamera gemacht – also mit der, die man dabei hat, dem iPhone. Für online verkleinert, aber im Original in Druckqualität.

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Hockenheimring mal anders – aus der Luft.

Auf dem Funk-Flugweg lagen die Flugplätze: Main-Bullau, Walldorf, Bruchsal und Freiburg. An allen wurde fleißig gesprungen. Und deshalb sehen wir uns das mal aus der Sicht eines Nicht-Absetz-Piloten an. Was heißt das, wenn der Lotse einem mitteilt: Auf Springer aufpassen, die Absetzmaschine ist am Platz X gerade gestartet. Oder: Springer in zwei Minuten.

Absetzhöhen sind für Springer üblicherweise über Grund angegeben. (Die Erde und das Geröll zwischen Meereshöhe und der tatsächlichen Landeplatzhöhe sind für den Springer nicht wirklich nützlich.) Gesprungen wird bei größeren Absetzmaschinen (Caravan, Pilatus Porter, Twin-Otter) meist aus 13000 oder im Bereich um 10000 Fuß.

kurveBei einer viersitzigen Cessna 182 oder der sechs-sitzigen Cessna 206 ist die Sprunghöhe eher 10000 oder auch viel weniger – bis zu 5000 Fuß. Bei den kleinen Flugzeugen, (meist ohne Turboprop) dauert der Steigflug auf die Absetzhöhe auch dahin schon lang genug, um die 30 Minuten, im Sommer auch gerne mehr. Nun kreist eine Maschine selten über dem Platz beim Steigen. Die Beschleunigung in engen Steilkurven wäre einerseits für die Mägen der springerisch ungeübten Tandempassagiere nicht so günstig und andererseits braucht das Steigen in Kurven mehr Energie als der Steigflug in der Geraden. Darüber hinaus versucht man, die meist eh schon lärmgenervten Nachbargemeinden nah am Platz im Steigflug so weit wie möglich zu meiden.

facDie Absetzmaschine kehrt also erst auf Absetzhöhe wieder zum Platz zurück. Aber aus welcher Richtung? Weder der freifallende Körper noch Fallschirme haben einen Antrieb, mit dem sie gegen den Wind steuern können. Daher liegt der Absetzpunkt immer (hoffentlich) Up-Wind. Also etwa bei Westwind in westlicher Richtung von der Landezone am Flugplatz.

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Freiburg. Die Springer warten gerade in einer rechtlich aufgezwungenen Mittagspause.

Einschub: Das war der Soll-Fall. Das hoffentlich bezog sich darauf, dass, auch wenn sich das Aussteigen einzelner Springergruppen verzögert, das Flugzeug nicht in der Luft stehenbleibt und so auch einige Springer schon mal hinter dem günstigen Ausstiegspunkt den Flieger verlassen. Je nach Anflugrichtung zum Platz.

Im Freifall (rund drei Kilometer Höhenverlust aus 13000 Fuß/4000 Meter) driften sie dabei natürlich weiter ab. Moderne Fallschirme haben aber eine Vorwärtsgeschwindigkeit von rund 30 Stundenkilometern* und so kann man auch bei einem Gegenwind von 10 oder 20 Stundenkilometern noch ein wenig Strecke gutmachen und wieder zurück zum Platz fliegen.

flaeche1 Egal aus welcher Höhe der Springer das Flugzeug verlässt, bei rund 3000 Fuß (1000 m) über Grund ist Schluss mit dem Spaß am Freien Fall. Ist es eine Gruppe aus mehreren Springern, so trennen sich die Springer hier spätestens von einander und aktivieren möglichst weit weg von einander ihre Hauptschirme. Und hängen dann erst am Fallschirm.

flaeche Unter 800 Meter über Grund sollte man als Pilot also nur mehr Springer am Fallschirm antreffen. Dass man die besser sieht als die Freifaller, und ihnen rechtzeitig ausweichen kann, ist ein Märchen. Zur Erinnerung: der Schwächere hat immer Vorfahrt und das ist auch bei einem Segelflieger der Fallschirmspringer.

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Es gilt also an Tagen mit Sprungbetrieb (meist an sonnigen – noch oder im Frühjahr schon – einigermaßen warmen Wochenenden) im Zweifelsfall lieber den in der Karte markierten Sprungkreis zu umfliegen. Ist für alle: das eigene Flugzeug, die Springer und die eigene Seele besser. Anstatt im Minutentakt auf die neue Info-Frequenz des nächsten Platzes zu wechseln, um den aktuellen Stand des Absetzens zu erfragen, macht es für den Überland-Flieger Sinn auf der betreffenden FIS-Frequenz* zu sein.

Hier kann man zwar den Funkverkehr zwischen Absetzmaschine und Fluglotsen nicht hören – die Absetzfreigabe wird vom IFR-Lotsen des jeweiligen Kontrollsektors erteilt und die „Springer in 2 Minuten“-Meldung erfolgt auf der Platzfrequenz – doch der FIS-Lotse sieht den Absetzflieger auf seinem Radarschirm, steht mit dem IFR-Kollegen in Verbindung und kennt den aktuellen Status der Drop-Zone. Er kann also Auskunft und Ausweichempfehlungen geben. Wenn viel los ist, dann sollte man dennoch beim FIS-ler aktiv nachfragen, bevor man quer über einen Sprungplatz fliegt. Egal in welcher Höhe.
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Abrollen nach Landung auf der Grasbahn in Egelsbach.

 

Der Luftraum ist für alle da und wenn wir ihn alle sinnvoll und mit Verständnis nutzen, dann sind alle Unternehmungen auch sicher.

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Mumins gibt es nicht nur in Finnland. Auch auf Abrissbauwerken in Freiburg.

*FIS = Fluginformationsdienst. Die jeweils örtlich korrekte Frequenz ist auf der Luftfahrtkarte ersichtlich.

*30 Stundenkilometer: Das ist eine hier zur Veranschaulichung aufgeführte Zahl. Es gibt wesentlich schnellere Schirme und auch langsamere. Generell hängt die Geschwindigkeit eines Flächenfallschirms von sehr vielen Faktoren ab: Bauart, Größe, Gewicht des Springers, Material, Luftfeuchte und anderen meteorologischen Fakten. Und zur Ergänzung: Zusätzlich zur Vorwärtsgeschwindigkeit haben wir beim Fallschirm in jedem Fall auch eine Sinkrate. Der Bereich, den ich noch erreichen kann, verringert sich also mit Annäherung an die Erde (auf den Kopf gestellter Kegel).

Alle Fotos (c) H. Kleisny

Dichtehöhe

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.

Höhenmesser in einem Airbus A321
Backup-Höhenmesser in einem Airbus A321: (1) in m und (2) in Fuß. Auch der elektrisch anzeigende (3) basiert auf einer Druck(differenz)messung. Der Zahlenwert beim Backup sind die Tausender (m oder ft) und der Zeiger stellt die Hunderter dar.

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.

Dichtehöhe ist ein technischer Begriff. Zwar hängt auch die Dichtehöhe von der tatsächlichen Höhe ab, ist aber nur selten mit ihr identisch. Sie berücksichtigt den physikalischen Zusammenhang zwischen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Höhe unter realen Bedingungen.
Eine Zunahme an Dichtehöhe verringert generell die Performance von Fallschirm und Flugzeug. Zu wissen, um wie viel, kann daher lebensrettend sein. Und deshalb sollten wir Luftfahrer verstehen, was eine Dichtehöhe ist und welche Faktoren sie beeinflussen.
Ein normales kleines Flugzeug, dem 1000 Fuß bei Meereshöhe zum sicheren Start genügen, braucht bei einer operationellen Höhe von 5000 Fuß schon rund doppelt so viel, nämlich 2000 Fuß Runway.

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.

Fallschirmlandung
Ob es eine sanfte Landung wird, hängt von vielen Faktoren ab. Die Aktionen des Springers sind nur ein Teil davon.

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.

Höhenmesser für Fallschirmspringer
Höhenmesser für Fallschirmspringer. Der Zeiger steht auf Null (oder 12000 Fuß).

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.

Höhenmesser in einer Cessna 172
Höhenmesser in einer Cessna 172. Mit zwei Zeigern für genaueres Ablesen. Der kleine Zeiger für die 1000 Fuß und der große für die Hunderter. Bei zwei Zeigern ist die Anzeige natürlich unterschiedlich, ob sie in Metern oder Fuß ist. Die angezeigte Flughöhe entspricht 8000 Fuß.

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.

Der obige Beitrag soll das generelle Verständnis fördern. Zum Erwerb von Pilotenlizenzen müsste es genauer, detaillierter, sein. Das ist aber hier nicht das Ziel. Der ständige Wechsel von SI-Einheiten (Meter, etc) und den amerikanischen Einheiten, die in der Luftfahrt dominieren, ist hingegen Alltag für Luftfahrer.

Einige Zusatzinformationen, brauchbare Faustregeln, für die, die es interessiert:

100 Fuß entsprechen ungefähr 30,48 Metern, also sehr grob geschätzt, von Fuß in Meter ist ein Drittel.
0° Celsius entsprechen 32° Fahrenheit
hPA steht für Hekto Pascal und der Wert bleibt gleich wie bei den eher gängigen mbar (Millibar).

Bei einer Höhenzunahme von 5500 m halbieren sich Luftdruck und Luftdichte. Je höher wir steigen, umso geringer wird normalerweise die Temperatur.

Richtwert ist der Temperaturgradient:
0,65° C pro 100 Meter,
2° pro 1000 Fuß.

Die Standardwerte der ICAO-Atmosphäre (hier stark vereinfacht):
Höhe = null, Meereshöhe, NN (Normalnull)
Luftfeuchtigkeit = null
Luftdichte = 1,225 kg/m3

Genau besehen sind es 1013,25 mbar und 15 Grad Celsius Standardwerte in USA-Maßeinheiten: 59° F und 29,92 inch

Die Gasgleichung (trockene Luft) vereinfacht:

Luftdruck / Luftdichte = Konstante x Temperatur

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

Alle Fotos (c) H. Kleisny

Icon: Oshkosh Pressekonferenz

Foto: H. Kleisny
Foto: H. Kleisny

Eines der optisch schnuckeligsten, elegantesten Wasserflugzeuge ist die Icon. Sie hat nur einen Nachteil: Seit Jahren bemüht sich CEO der Fima, Kirk Hawkins, um eine Zulassung. Jahr für Jahr steht oder fliegt der Icon-Prototyp in Oshkosh und erntet viel Bewunderung. Kaufen zum Selber-Fliegen kann man den kleinen, schnittigen Flieger, der seine Flächen zusammenklappen und dann auf einem Trailer hinter dem PKW gezogen werden kann, noch nicht.

Nun endlich erteilte die FAA (Federal Aviation Administration = Luftfahrtbehörde der USA) der Firma Icon Aircraft die Genehmigung, bei der Icon A5 – ein Light Sport Amphib (Leicht Sport Wasser/Landflugzeug) – das zulässige Maximalgewicht um 250 Pfund (113 kg) zu überschreiten. Somit kann Icon nun die nötigen Strukturen einarbeiten, die das Flugzeug Trudelresistent machen.

Selbst das Cockpit sieht eher nach Rennwagen als nach einem Wasserflugzeug aus. Foto: H. Kleisny
Selbst das Cockpit sieht eher nach Rennwagen als nach einem Wasserflugzeug aus. Foto: H. Kleisny

Bereits vor 2 Jahren hatte Icon bekannt gegeben, dass sie unter anderem mit einer größeren Tragfläche erreichen konnten, dass die A5 die FAA Zulassungsbedingungen für trudel-resistente Flugzeuge einhält. Allerdings konnten sie das nicht ohne die für Light Sport Wasserflugzeuge geltende Maximalmasse von 1430 Pfund (650 kg) zu überschreiten.

Deshalb bat Icon bei der FAA um eine Ausnahmegenehmigung mit der Prämisse, dass das Mehrgewicht aus der A5 ein viel sichereres Flugzeug machen würde. Jetzt, 14 Monate später, kam die Zustimmung.

In der Begründung heißt es, dass die FAA zum Schluss kam, dass eine Gewichtserhöhung für diese spezielle Sicherheitsverbesserung im öffentlichen Interesse und in Übereinstimmung mit der FAA Zielsetzung der Sicherheitserhöhung für kleine Flugzeuge ist. Icon geht aber inzwischen davon aus, dass sie nur ungefähr ein Drittel des nun geschaffenen Handlungsspielraums brauchen. So sollen die ersten serienkonformen Testflugzeuge ein Maximalgewicht von 1510 Pfund (685 kg) haben.