Während der Reiseflughase, auch wenn die Autopiloten und Instrumente an Bord sehr fortschrittlich sind und die Piloten nicht direkt steuern müssen, bedeutet das nicht, dass die Piloten untätig sind. Sie müssen ständig verschiedene Instrumente scannen, verschiedene Flugdaten überprüfen und diese von Zeit zu Zeit notieren, was sie sehr beschäftigt hält.

Im Folgenden werde ich die Informationen zu Flugdaten in mehreren Abschnitten zusammenfassend darstellen. Schauen wir uns zunächst den Geschwindigkeitsbereich an.

Der erste Punkt ist die IAS Indicated Airspeed (Indicated Airspeed). Diese Zahl wird in der linken Geschwindigkeitsleiste im zentralen Rechteck des PFD angezeigt, wie im Trainingshandbuch der Boeing 777 unten gezeigt. Die Zahl, auf die der Pfeil bei „AIRSPEED INDICATION“ zeigt, ist die IAS und zeigt eine aktuelle Geschwindigkeit von 142,5 Knoten an.

Die Indicated Airspeed ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur Luft, gemessen mit dem Pitotrohr (auch Pitot-static tube genannt) und dem statischen Port. Die Form des Pitotrohrs kann im folgenden Bild betrachtet werden. Dies ist eine Boeing 777 der All Nippon Airways, die ich am internationalen Terminal des Flughafens Tokyo Haneda fotografiert habe. Man sieht die zwei nadelförmigen Sonden, die rechts an der Flugzeugnase nach vorne ragen; das sind die Pitotrohre. Um die Sicherheit zu gewährleisten, sind generally mehrere Pitotrohre installiert, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel ist die Boeing 777 mit 3 Pitotrohren ausgestattet, 2 auf der rechten Seite und 1 auf der linken Seite.

Das Prinzip des Pitotrohrs ist relativ einfach, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Der unten mit „Total Pressure“ (Staudruck) beschriftete Teil repräsentiert die Lufteinlassöffnung an der Frontseite des Pitotrohrs, und der mit „Static Pressure“ beschriftete Teil repräsentiert den statischen Port, der sich in der Mitte der Rumpfseite befindet. Der Eingang für die Indicated Airspeed ist die Druckdifferenz zwischen dem vom Pitotrohr gemessenen Staudruck direkt von vorne und dem statischen Druck, der vom statischen Port an der Seite gemessen wird. Wenn die Flugzeuggeschwindigkeit hoch ist, ist der Staudruck groß, wodurch die „Aneroidkapsel“ im Geschwindigkeitsmessgerät dazu gebracht wird, sich auszudehnen, und sich bei umgekehrten Bedingungen zusammenzuziehen. Hierbei handelt es sich bei der „Aneroidkapsel“ um zwei sehr dünne Metallplatten, die verschweißt sind; das Verformungsausmaß der Kapsel wird an den Computer übertragen. Da der Staudruck proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist, berechnet das System die Indicated Airspeed. Die Einheit ist Seemeilen pro Stunde (Knots).

Staudruck (Anzeigewert des Indicated Airspeed Indicator) = 1/2 * Luftdichte * Wahre Geschwindigkeit^2
Anhand dieser Formel lässt sich erkennen, dass bei gleichem Staudruck, also bei gleicher IAS-Anzeige, die Fluggeschwindigkeit unterschiedlich ist, je nachdem, in welcher Höhe man sich befindet. Dies wird unten bei der Erklärung der TAS anhand konkreter Zahlen verdeutlicht.

Die IAS (Indicated Airspeed) ist ein unverarbeiteter Datenwert, der auch als „Table Speed“ bezeichnet wird und die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur Luft angibt. Die IAS kann nicht darstellen, ob das Flugzeug schnell oder langsam relativ zum Boden fliegt, aber sie ist sehr wichtig, da die IAS ein Indikator für die aerodynamische Leistung des Flugzeugs ist. Verschiedene Flugmanöver und die Steuerung verschiedener aerodynamischer Flächen (z. B. wann das Wölbklappen ausgefahren werden, die maximale Fluggeschwindigkeit, die Überziehgeschwindigkeit) erfordern die IAS als Referenz. Daher müssen Piloten diesen Indikator während des Fluges ständig überwachen.

Darüber hinaus ist zu wissen, dass der Staudruck direkt proportional zur Luftdichte ist. Je höher die Flughöhe, desto niedriger die Luftdichte. Selbst wenn das Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit relativ zum Boden fliegt, kann die IAS beispielsweise langsam sinken, wenn die Ground Speed allmählich auf 900 km/h beschleunigt.

Referenz: Die folgende Abbildung zeigt eine Skizze der Positionen der Pitotrohre und statischen Ports an einer Boeing 777.

Der zweite Geschwindigkeitsindikator ist die TAS True Airspeed (TRUE AIRSPEED), oder auch Wahre Geschwindigkeit genannt, wie in der folgenden Abbildung die Anzeige „TAS 326“ oben links auf dem ND-Schirm zeigt.

Die oben genannte IAS basiert auf der Luftdichte relativ zur Erdoberfläche, daher ist die Geschwindigkeit, die basierend auf dem Luftdruck in der aktuellen Höhe des Flugzeugs berechnet wird, die tatsächliche True Airspeed des Flugzeugs; das ist die TAS. Mithilfe der TAS kann man tatsächlich erkennen, wie schnell das Flugzeug fliegt. Das ist auch der Grund, warum die TAS auf dem ND (Navigation Display) angezeigt wird.

Lassen Sie uns die IAS- und TAS-Daten vergleichen. Wenn die IAS beispielsweise 270 Knoten beträgt: Am Boden: Die TAS beträgt natürlich ebenfalls 270 Knoten. Staudruck 17 Atmosphären. In einer Höhe von 20.000 Fuß (ca. 6.100 Meter): Die Luftdichte nimmt um 53 % ab; um den gleichen Staudruck zu halten, benötigt die TAS 362 Knoten, also 670 km/h. In einer Höhe von 30.000 Fuß (ca. 9.100 Meter): Die Luftdichte nimmt um 37 % ab; um den gleichen Staudruck zu halten, benötigt die TAS 423 Knoten, also 783 km/h. In einer Höhe von 35.500 Fuß (ca. 10.800 Meter): Die TAS beträgt 462 Knoten, also 856 km/h.

Man erkennt, dass je höher das Flugzeug fliegt, desto höher wird die tatsächliche Geschwindigkeit, auch ohne den Schub des Triebwerks zu erhöhen. Für Fluggesellschaften und Passagiere ist das eine gute Wahl, um Reisezeit zu sparen und so schnell wie möglich am Ziel anzukommen, weshalb ein Flug in möglichst großen Höhen eine für alle zufriedenstellende Lösung darstellt.

Der dritte Geschwindigkeitsindikator ist die GS (Ground Speed), also die Geschwindigkeit über Grund. Die Bedeutung dieses Indikators ist am einfachsten zu verstehen: Es ist die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs relativ zum Boden.

Die GS-Geschwindigkeit hängt mit der Windstärke und Windrichtung zusammen. Bei Gegenwind subtrahiert man die Windgeschwindigkeit in Flugrichtung von der TAS (True Airspeed), um die GS zu erhalten; bei Rückwind addiert man die Windgeschwindigkeit zur TAS.

Daher zeigt die GS 338 im obigen Bild, dass die Geschwindigkeit über Grund (GROUND SPEED) 338 Knoten pro Stunde beträgt. TAS 326 zeigt, dass die tatsächliche True Airspeed (TRUE AIRSPEED) 326 Knoten beträgt. Die darunterliegenden 336 Grad / 11 weisen auf eine Windrichtung von 336 Grad und eine Windgeschwindigkeit von 15 Knoten hin. Der darunter befindliche Pfeil zeigt die Windrichtung an. Daraus lässt sich erkennen, dass sich das Flugzeug in diesem Moment praktisch in vollem Rückwind befindet, sodass die Geschwindigkeit über Grund höher ist als die True Airspeed.

Der vierte wichtige Indikator ist die Mach-Zahl.

Die Mach-Zahl ist nach dem österreichischen Physiker Mach benannt, kurz M-Zahl genannt, und definiert als das Verhältnis der Geschwindigkeit eines Flugzeugs in der Luft zur Schallgeschwindigkeit, also als Vielfaches der Schallgeschwindigkeit. Da sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in der Luft unter verschiedenen Bedingungen ändert, ist auch die Mach-Zahl nur eine relative Einheit; die konkrete Geschwindigkeit pro „Mach 1“ ist nicht festgelegt. Bei niedrigen Temperaturen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls geringer, also ist auch die konkrete Geschwindigkeit, die einer Mach entspricht, niedriger. Relativ gesehen ist es also in großen Höhen einfacher, höhere Mach-Zahlen zu erreichen als in geringen Höhen.

Die Mach-Zahl wird ebenfalls auf dem PFD angezeigt, wie die Zahl „.395“ im Rechteck unten in der folgenden Abbildung im Abschnitt „CURRENT MACH“ zeigt. Die Mach-Zahl an Bord des Flugzeugs wird aus dem IAS-Wert berechnet. Wenn die IAS beispielsweise in einer Höhe von 35.500 Fuß (ca. 10.800 Meter) 270 Knoten beträgt, ist die Mach-Zahl 0,803. Darüber hinaus wird der TAS-Wert aus der Mach-Zahl berechnet, und die GS wird aus dem Inertialnavigationssystem berechnet.

Im Allgemeinen wird während des Reiseflugens in großer Höhe die Mach-Zahl und nicht die Indicated Airspeed zur Steuerung verwendet. Wie die Taste oberhalb des „IAS/MACH WINDOW“ am MCP der Boeing 777 unten zeigt, kann zwischen der Einstellung der Geschwindigkeit nach IAS und nach Mach gewechselt werden. Der Grund dafür ist, dass wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs der Schallgeschwindigkeit nahekommt, die Luftströmungsgeschwindigkeit oberhalb der Tragfläche die Schallgeschwindigkeit überschreiten kann, was zu starken Stoßwellen führt. Dies verursacht enorme Vibrationen an der Tragfläche, das sogenannte Schalldreieck. Das Schalldreieck kann die Struktur beschädigen und im schlimmsten Fall zum Absturz führen. Daher haben zivile Flugzeuge immer ein Mmo-Kennzeichen, das die maximal zulässige Mach-Zahl für das Flugzeug angibt, um die strukturelle Integrität zu schützen.

Ähnlich wie das Mmo gibt es auch ein Vmo, das die maximal zulässige Fluggeschwindigkeit für das Flugzeug angibt. Je höher die Fluggeschwindigkeit, desto größer der Auftrieb und desto höher die Anforderungen an die Strukturbelastung. Wenn ein bestimmter Wert überschritten wird, kann die Flugzeugstruktur ebenfalls beschädigt werden.

Schauen wir uns einige konkrete Daten zu maximalen Grenzgeschwindigkeiten an: Airbus A380: Vmo 340 Knoten, Mmo Mach 0,89 Airbus A330: Vmo 330 Knoten, Mmo Mach 0,86 Boeing 747: Vmo 365 Knoten, Mmo Mach 0,892 Boeing 777: Vmo 330 Knoten, Mmo Mach 0,87

Sie könnten sagen: Gab es nicht die Concorde, den Überschall-Passagierjet? Warum konnte dieser überschallfliegen? Um Überschall zu erreichen, musste die Struktur des Flugzeugs verstärkt und aerodynamisch so ausgelegt werden, dass der Luftwiderstand reduziert wurde. Eine verstärkte Struktur führt jedoch zwangsläufig zu einem höheren Gewicht, was wiederum die Anzahl der Passagiere verringert und den Verbrauch erhöht. Um den Luftwiderstand zu verringern, wurden die vorderen Kanten der Tragflächen dünner gestaltet, was wiederum die Kraftstoffkapazität reduzierte und die Reichweite verkürzte. Gleichzeitig erzeugte der Überschallflug riesige Lärmbelästigungen, und die Stoßwellen konnten sogar die Fensterscheiben von Gebäuden am Boden zerbrechen. Dies führte zu Regeln, die Überschallflüge über Land verbieten, sodass die Concorde nur über den Ozeanen mit Überschallgeschwindigkeit fliegen konnte. Dies againal die Nutzungsmöglichkeiten massiv eingeschränkt, und schließlich wurde sie aus wirtschaftlichen Gründen aus dem Verkehr gezogen. Daher sind moderne Verkehrsflugzeuge praktisch alle Unterschallflugzeuge mit einer maximalen Geschwindigkeit zwischen 0,8 und 0,9 Mach. Man könnte sagen, dass dies unter den aktuellen technologischen Gegebenheiten den besten Kompromiss zwischen Sicherheit und Wirtschaftlichkeit darstellt.

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