Strömungsabriß-Recovery – die Unterschiede bei Turbinenantrieb und Kolbenmotor

Weil hier die Enten noch immer zu Fuß gehen, fliegen auch die Sichtflieger tief. Einer wollte es wissen, vermutlich hatte er gerade einen Checkflug; bei einem Übungsflug sollte man nicht absichtlich so tief Stallübungen durchführen.

Daraus entstand die Idee zum heutigen Beitrag: Noch vor einigen Jahren trainierte man in der Grundausbildung für Piloten, einen Stall am besten mit viel Motorleistung und möglichst ohne Höhenverlust zu beenden.

Mit Kolbentriebwerken, die verzögerungsfrei auf Leistungsänderungen reagieren, funktioniert das auch halbwegs gut, wenngleich auch hier einige Gefahren lauern. Doch spätestens bei Jetflugzeugen kann dieses Verfahren katastrophal enden. Gerade bei Piloten, die später Jets fliegen sollen, sollte man also von Beginn an anders trainieren.

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Sehr vereinfacht bezeichnet man als Stall, wenn ein Flugzeug nicht mehr fliegt (obwohl es in der Luft ist). Das passiert dann, wenn die Strömung der Luft über den Flächen abreißt.

 

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Foto: Rennisch (MFV-Eisenstadt)

Der Stall (etwas technischer):

Wenn ein Flugzeug langsamer wird, dann muss der Anstellwinkel der Tragflächen zunehmend größer werden, damit weiterhin genug Auftrieb zum Flug erzeugt wird. Die Luftströmung folgt dem Flügelprofil aber nur bis zu einem bestimmten Winkel. Steigt der Anstellwinkel weiter, so „reißt“ die Strömung ab und der Auftrieb bricht zusammen. Die Fläche „stalled“. Der hohe Anstellwinkel kurz vor dem Stall hat andererseits auch zur Folge, dass die Fläche nun einen sehr hohen Luftwiderstand aufweist. Das Flugzeug hat dann — kurz vor dem Stall — einen höheren Luftwiderstand als im normalen Flugbereich. Kommt es nun zur Annäherung an den Stall — angezeigt durch die Stall-Warnung, oder bemerkt durch den Piloten (schwammiges Fluggefühl; Buffeting der Flächen) — , dann muss eine „Stall-Recovery“ folgen.

Die beiden Verfahren zum erfolgreichen Beenden des Stalls:

Mit Motorleistung herausfliegen:

Bei diesem Verfahren erhöht der Pilot sofort die Motorleistung auf Vollgas. Die Anstellung wird zunächst konstant gehalten und erst allmählich reduziert, wenn das Flugzeug aus dem Stall heraus beschleunigt. Aufgrund des hohen Widerstandes kurz vor dem Stall ist die Beschleunigung trotz voller Motorleistung am Anfang eher gering. Die meisten Kolben-Einmots, die zur Schulung verwendet werden, sind aber in den geringen Flughöhen, in denen sie eingesetzt werden, in der Lage den Widerstand zu überwinden.

Fliegerisch ist das Verfahren sehr anspruchsvoll, denn das plötzliche Erhöhen der Motorleistung birgt Gefahren. Einerseits führt die höhere Leistung — in Abhängigkeit von der Anordnung des/der Triebwerke — bei den meisten Flugzeugen zu einem „Pitch-Up“ Moment, also einem Anheben der Flugzeugnase. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Anstellung — und damit zum tatsächlichen Stall —, wenn der Pilot nicht sofort per Höhenruder korrigiert.

Andererseits führt gerade bei Propellertriebwerken eine Leistungsänderungen bei hohen Anstellwinkeln zu einer Drehkraft um die Hochachse des Flugzeugs (P-Effekt), die sofort vom Piloten durch das Seitenruder verhindert werden muss, damit aus dem drohenden Stall nicht sogar ein Trudeln wird – eine schnelle Drehung um die Hochachse bei Stallen von nur einer Fläche.

Dieses Verfahren lehrt den Piloten sehr viele nützliche Zusammenhänge für Propellerflugzeuge (Pitch-Moment des Motors; P-Effekt des Propellers) und hat den Vorteil, dass das Flugzeug kaum an Höhe verliert. Es hält das Flugzeug aber lange im aerodynamischen Grenzbereich zwischen Fliegen und Nichtfliegen.

Verfahren 2: anfangs Stall brechen, danach erst Leistung erhöhen:

Bei diesem Verfahren reduziert der Pilot sofort mittels Höhenruder die Anstellung der Fläche, indem er die Nase des Flugzeugs nach unten drückt. Damit legt sich die Strömung sofort wieder an, der Luftwiderstand der Flächen sinkt und der resultierende Sinkflug baut Geschwindigkeit auf. Erst dann wird die Leistung erhöht und der Sinkflug beendet.

Dieses Verfahren löst das aerodynamische Problem des Stalls sofort, hat allerdings den Nachteil, dass je nach fliegerischem Können zunächst mehr oder weniger Flughöhe aufgegeben werden muss.

Bei Jetflugzeugen ist das zweite das einzig sichere Verfahren. Denn das Pich-Up-Moment der unter den Tragflächen montierten Triebwerke kann so stark sein, dass es durch das Höhenruder nicht ausgeglichen werden kann. Ein sofortiges Setzen der vollen Leistung kann also dazu führen, dass der Anstellwinkel unweigerlich weiter steigt und der Stall so nicht beendet werden kann. In großen Flughöhen — also typischen Höhen für große Jetflugzeuge — kommt hinzu, dass die dort oben reduzierte Leistung nicht hoch genug ist, um den hohen Widerstand der Flächen bei dem hohen Anstellwinkel zu überwinden.

Gerade in großen Höhen bedeutet Verfahren 1 also, dass die Triebwerke den Flieger im Stall „fangen“ (Anstellung kann nicht reduziert werden, da Höhenruder Wirkung nicht ausreicht) und zusätzlich das Unterfangen scheitern muss, da ein „Herausbeschleunigen“ nicht gehen wird, da Widerstand größer als Schub. Flughöhe ist da meist aber noch genug vorhanden, so dass Verfahren 2 bei Linienjets problemlos anwendbar ist.

Wird Verfahren 2professionell angewandt, dann ist der Höhenverlust auch gering, sodass es auch in Bodennähe sicher stattfinden kann. Deshalb sollte Verfahren 2 gerade für Piloten, die später auf größerem Gerät unterwegs sein wollen, schon in der Grundausbildung auf den kleinen Einmots das Verfahren der Wahl sein.

Der Bezug obiger Ausführungen zum Flugunfall

Beim Absturz der Air France A330 in den Atlantik passierte Folgendes: Die Triebwerke liefen auf maximaler Leistung und das Flugzeug befand sich im vollständigen Strömungsabriss. Allein mit dem Höhenruder hätte der Anstellwinkel nicht weit genug reduziert werden können, um aus dem Stall heraus zu kommen, da das Pitch-Up-Moment der Triebwerke zu groß war. Andererseits ist in Reiseflughöhe der Widerstand der gestallten Flächen eines A330 höher als der zur Verfügung stehende Schub der Triebwerke. Ein Herausbeschleunigen aus dem Stall ist also von vornherein nicht möglich. Eine Stall-Recovery, wie der Pilot sie vielleicht mal auf einer kleinen Einmot geübt hat, funktioniert hier definitiv nicht.

Aufreger der Woche

In der TAZ ecchauffiert sich ein Redakteur über Cowboys im Cockpit. Er schreibt von einem Gruselhit mit 1,8 Millionen Klicks auf YouTube. Aber: Man muss nicht alles aufgreifen, ohne es fachlich kommentiert weiterzuverbreiten.

Korrekt: Das Manöver war an dieser Stelle vollkommen fehl am Platze. Ein professioneller Pilot macht das nicht. Auch nicht, wenn er handwerklich durchaus gut fliegen kann.

Die Gefahr des Strömungsabrisses im Video ist für Piloten nicht nachvollziehbar. Alle Rollbewegungen waren sauber und aerodynamisch geflogen. Es sieht vielleicht für Nicht-Piloten dramatisch aus, ist es aerodynamisch allerdings nicht. Kurzzeitig hätte maximal eine andere Gefahr bestanden: anfangs die des Bodenkontaktes der linken Fläche. Fand aber nicht statt.

Fazit: Es war dumm und unprofessionell, dieses Manöver direkt nach dem Abheben zu fliegen. Aerodynamisch ist es anspruchsvoll, aber nicht direkt gefährlich. Die Gefahr des Bodenkontaktes der Flächenspitze war immanent.

Wenn man als Zeitungsredakteur einen Viralhit aus dem Netz aufgreift, sollte man dem Leser fachlich korrekte Informationen dazu liefern. Und nicht einfach ein Internetfass weiter rollen, ohne Nachdenken und Recherchieren bei Leuten, die die Facts beurteilen können.