Im vorherigen Abschnitt wurde erläutert, dass sich das Flugzeug im Autopilot-Modus automatisch entlang einer vorab festgelegten Route bewegt. Dennoch können die Piloten nicht untätig bleiben; sie müssen die Fluginstrumente ständig überwachen und nach jedem Überfliegen eines Wegpunktes die Überflugzeit sowie die verbleibende Kraftstoffmenge notieren.

Oben sehen Sie ein Beispiel für ein Fluglogbuch. Man erkennt, dass der Pilot für jeden Wegpunkt die Uhrzeit, die Flughöhe, den verbleibenden Kraftstoff, die Außentemperatur sowie Windrichtung und -geschwindigkeit protokolliert hat. In der fünften Zeile ist zudem vermerkt, dass es während der Strecke für 10 Minuten zu leichten Turbulenzen kam.

In dieser Serie wurde im Teil 1.3 Flugvorbereitungsbesprechung bereits der detaillierte Flugplan vorgestellt. Dieser Plan basiert auf der Berechnung folgender Daten: Flugzeuggewicht (berechnet aus der Anzahl der gebuchten Passagiere) Flugstrecke Fluggeschwindigkeit Vorhersage von Windrichtung und -geschwindigkeit in großen Höhen Temperatur in großen Höhen

Die Vorhersagedaten für Höhenwind und -temperatur sind von den World Area Forecast Centers (WAFC) erhältlich. Das Weltgebietvorhersagesystem (WAFS) wird unter der Schirmherrschaft der Internationalen Zivilorganisation (ICAO) betrieben und stellt meteorologischen Dienststellen und autorisierten Benutzern die für die internationale Luftfahrt erforderlichen Luftfahrtwetterdaten zur Verfügung, einschließlich textlicher Wetterberichte und Wetterkarten. Die beiden in London und Washington angesiedelten WAFCs verbreiten die Produkte des WAFS über Satellit. Derzeit wird die meteorologische Unterstützung für internationale chinesische Fluglinien hauptsächlich vom Londoner Flugwetterzentrum bereitgestellt.

Die Genauigkeit der vom WAFC bereitgestellten Informationen ist sehr hoch, natürlich kann das Wetter unvorhersehbar umschlagen, was Auswirkungen auf Fluggeschwindigkeit und -route haben kann. Darüber hinaus ist es im realen Flugbetrieb aufgrund des Verkehrsaufkommens unvermeidlich, auf Flugsicherungseinschränkungen (Flow Control) zu stoßen. Geschwindigkeit, Höhe und Route werden gemäß den Anforderungen der Flugsicherung geändert, wodurch sich der im ursprünglichen Flugplan prognostizierte Kraftstoffverbrauch ändert. Daher ist eine ständige Überprüfung der verbleibenden Kraftstoffmenge von größter Bedeutung.

Die Kraftstofftanks eines Flugzeugs befinden sich im Allgemeinen in der linken und rechten Tragfläche sowie im Rumpfmittelteil. Die Tanks sind voneinander getrennt, sodass es nicht vorkommt, dass sich bei einer Neigung des Flugzeugs Kraftstoff von einem Tank in einen anderen ergießt. Wenn der Kraftstoff frei fließen könnte, würde sich der Schwerpunkt des Flugzeugs ständig ändern, was eine stabile Flugsteuerung sehr erschweren würde.

Die folgende Abbildung zeigt schematisch die Position der Kraftstofftanks in einer Boeing 777. Man erkennt die relative Lage des linken Haupttank (Left Main Tank), des Mitteltank (Center Tank) und des rechten Haupttank (Right Main Tank). Alle drei Tanks verfügen über entsprechende Kraftstoffpumpen und sind über Kraftstoffleitungen sowie Rückschlagklappen miteinander verbunden. Um die Triebwerke zu versorgen, regelt das System die Reihenfolge, in der Kraftstoff aus jedem Tank entnommen wird, und justiert das Gewicht jedes Tanks, um den Schwerpunkt in einer geeigneten Position zu halten. Dies reduziert die Spannungskonzentration an der Flüzelwurzel (der Teil, wo die Tragfläche mit dem Rumpf verbunden ist).

In der Abbildung ist auch der Entlüftungs-Schwalltank (Vent Surge Tank) zu erkennen, der sich an der höchsten Stelle der Tragfläche befindet. Er fungiert als Belüftungsöffnung zwischen dem Tank und dem Außenraum. Da mit dem Einströmen von Kraftstoff in die Triebwerke der Druck im Tank abnimmt, würde im Verhältnis zum äußeren Luftdruck ein Unterdruck entstehen, der den Tonk “erdrücken” würde. Ein Vergleich: Wenn wir mit einem Strohhalm aus einem Getränkekarton trinken, verringert sich der Druck in der Packung, und sie wird vom äußeren Luftdruck zusammengedrückt. Das Prinzip ist bei Tanks dasselbe: Um zu verhindern, dass der Tank durch den Druck verformt wird, sorgt diese Öffnung für einen Druckausgleich mit der Außenluft, was gleichzeitig den Kraftstofffluss erleichtert.

Der Großteil des Gewichts und der Nutzlast konzentriert sich auf den Rumpf, während der Auftrieb in der Luft hauptsächlich von den Tragflächen erzeugt wird. Daher erzeugen die abwärts gerichtete Schwerkraft und der aufwärts gerichtete Auftrieb in der Nähe der Flüzelwurzel ein Biegemoment. Dieses Moment hat starke Auswirkungen auf die Struktur des Flugzeugs. Das Gewicht des Kraftstoffs in den Hauptflügeltanks wirkt dem Auftrieb entgegen und reduziert das Biegemoment an der Flüzelwurzel. Deshalb werden die Hauptflügeltanks zuerst gefüllt und der Kraftstoff möglichst lange in den Flügeln gehalten.

Bei älteren Boeing 747-200 Flugzeugen wird während des Betriebs zunächst der Mitteltank genutzt. Erst wenn dieser leer ist, werden die beiden Hauptflügeltanks verwendet. Die Boeing 777 folgt grundsätzlich demselben Verfahren. Obwohl vorrangig der Mitteltank verwendet wird, laufen die Kraftstoffpumpen aller drei Tanks gleichzeitig; allerdings haben die Pumpen des Mitteltanks eine höhere Leistung, sodass dieser direkt die Triebwerke versorgt. Der Vorteil dabei ist, dass selbst bei Ausfall der Mitteltankpumpen die Pumpen der Seitentanks weiterlaufen und als Backup dienen. Wenn der Mitteltank leer ist, schalten seine Pumpen automatisch ab.

EICAS-Anzeige der Boeing 777:

Das Betriebsverfahren beim Airbus 330-200 unterscheidet sich jedoch leicht. Zwar wird ebenfalls zuerst der Mitteltank entleert, aber dieser speist die Triebwerke nicht direkt. Stattdessen wird der Kraftstoff zuerst aus dem Mitteltank in die beiden Hauptflügeltanks gepumpt (Jettison/Transfer), von wo aus er dann über die Pumpen in den Flügeln direkt zu den Triebwerken gelangt.

Die Kraftstoffsysteme moderner Verkehrsflugzeuge sind vollautomatisiert, aber bei älteren Flugzeugen wie der Boeing 747-200 müssen die Piloten die Restmengen in den einzelnen Tanks ständig überwachen und Anpassungen manuell vornehmen.

Im Folgenden wird das Konzept von Masse und Schwerpunkt (Weight and Balance) erläutert. Das Flugzeug muss basierend auf dem Leergewicht, der Nutzlast (Payload) und dem Kraftstoffgewicht sowie deren Verteilung unter Einhaltung verschiedener Limits die entsprechenden Werte für Abfluggewicht, Schwerpunkt und Trimmung erreichen. Vielflieger wissen, dass es während des Fluges aus Sicherheitsgründen untersagt ist, eigenmächtig den Sitzplatz zu wechseln, um eine Unwucht zu vermeiden, die die Steuerbarkeit beeinträchtigen könnte.

Während des Fluges gibt es keinen festen “Ankerpunkt”, weshalb die Balance des Schwerpunkts ein entscheidender Faktor für die Flugsicherheit ist. Für jeden Flugzeugtyp gibt es ein zulässiges Limit für die Vor- und Rückwärtsbewegung des Schwerpunkts (Center of Gravity Envelope), um die Sicherheit zu gewährleisten sowie die Steuerung zu erleichtern und Kraftstoff zu sparen. Der Schwerpunkt des Flugzeugs darf diese vorderen und hinteren Grenzen nicht überschreiten.

Ein leicht vorne liegender Schwerpunkt erhöht die Stabilität des Flugzeugs; es reagiert weniger empfindlich auf Turbulenzen. Ein leicht hinten liegender Schwerpunkt verbessert die Steuerbarkeit und spart Kraftstoff. Ist der Schwerpunkt jedoch zu weit vorne oder hinten, oder gar außerhalb des sicheren Bereichs, sind die Folgen gravierend. Im günstigeren Fall können Landeklappen beschädigt werden, die Struktur belastet, der Kraftstoffverbrauch erhöht, die Lebensdauer verkürzt oder die Start- und Landebahn beschädigt werden. Im schlimmsten Fall führt es beim Start oder zur Landung zum Tailstrike (das Heck schleift über den Boden), dem Überschießen der Bahn oder sogar zum Strömungsabriss und Absturz.

Die Position des Schwerpunkts wird als Prozentsatz der mittleren aerodynamischen Tiefe (Mean Aerodynamic Chord,简称 MAC, also der geometrische Schwerpunkt der Tragfläche) ausgedrückt, in der Einheit %MAC. Bei der Boeing 777 im Bild unten beträgt die MAC beispielsweise 7 Meter. Wenn der Schwerpunktwert bei 25 % MAC liegt, befindet sich der Schwerpunkt 7 Meter * 25 % = 1,75 Meter hinter der Flügelnase. Im Allgemeinen ist der zulässige Schwerpunktbereich sehr klein. Bei der oben genannten 777 beträgt er nur 1,4 Meter. Ein weiteres Beispiel: Die Spanne bei der Boeing 747 liegt zwischen 13 und 33 % MAC, beim Airbus 380 zwischen 29 und 44 % MAC.

Am Boden sind die Load Controller (Weight and Balance) für die Verwaltung von Gewicht und Schwerpunkt zuständig. Sie konsultieren die Startleistungsdiagramme und berechnen basierend auf Wetterlage, Gelände, Hindernissen sowie den_limits der Startbahn das maximale Startgewicht und den optimalen Schwerpunkt. Daraus erstellen sie den Ladeplan (Loadsheet), der festlegt, wie Fracht, Post und Gepäck im Flugzeug positioniert werden. Weichen die tatsächlichen Gewichte von den Daten des Load Controllers ab, kann dies die Piloten zu falschen Entscheidungen bei Geschwindigkeit und Anstellwinkel verleiten, was ein Sicherheitsrisiko darstellt. Überschreitet das tatsächliche Gewicht die maximalen zulässigen Grenzen, kann dies zum Absturz führen.

Hinsichtlich der Gewichtsberechnung gibt es Standardannahmen für das Durchschnittsgewicht von Personen: zum Beispiel 64 kg für Inlandsflüge, 73 kg für internationale Flüge, 77 kg für Piloten und 59 kg für Flugbegleiter. Aber es gibt Ausnahmen. Wenn ein Flug viele Sumo-Ringer transportieren muss, muss im Vorfeld das Gewicht jedes Einzelnen erfragt und basierend auf der Sitzverteilung der Gesamtschwerpunkt neu berechnet werden. Ein anderes Beispiel wird in dem Buch Von London nach New York – Pilot einer Boeing 747-400 erwähnt: Ein Pilot bemerkte, dass das Flugzeug viel schwieriger zu steuern war als sonst (lange Startrollstrecke, geringe Steigrate), ohne dass zunächst ein technischer Fehler zu finden war. Nach der Landung stellte sich heraus, dass viele Passagiere Mitglieder einer Vereinigung für Münzsammler waren. Diese Sammler hatten schwere Münzkassetten als Handgepäck an Bord, wodurch das tatsächliche Gewicht die Prognose weit überstieg. Glücklicherweise endete dieser Flug ohne Unfall, obwohl es ein extrem riskanter Flug war.

Ende

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