Aus dem FAA-H-8083-25A Pilot’s Handbook

Bodeneffekt (Ground Effect)

Wenn ein Flugzeug gerade vom Boden oder Wasser abhebt, genügt eine etwas geringere Geschwindigkeit, um genügend Auftrieb zu erzeugen als im horizontalen Flug in gewisser Höhe. Dieses Phänomen nennt man Bodeneffekt.

Wenn ein Flugzeug in einer Höhe von wenigen Fuß über dem Boden fliegt, ändern sich die Strömungsmuster des Flugzeugs um alle drei Achsen, da die vertikale Luftströmung in der Nähe der Tragfläche durch den Boden eingeschränkt wird. Dadurch ändern sich der Upwash, der Downwash und die Wingtip Vortices. Der Boden behindert und verändert die Strömungsmuster des Flugzeugs im Flug, was zum Bodeneffekt führt.

Wenn das Flugzeug in die Nähe des Bodens kommt, ändern sich die aerodynamischen Eigenschaften der Tragfläche. Wenn der Auftriebsbeiwert unverändert bleibt, schwächen sich Upwash, Downwash und Wingtip Vortices ab.

Wie wir wissen, basiert der Auftrieb beim Fliegen hauptsächlich auf der Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Tragfläche; die Tragfläche erzeugt eine stetig nach unten gerichtete Luftmasse, die das Flugzeug trägt. Je stärker jedoch der Downwash, desto schwieriger ist es für die Tragfläche, die Luft nach unten zu drücken. Bei großen Anstellwinkeln kurz nach dem Start und vor der Landung ist der induzierte Widerstand größer und die Fluggeschwindigkeit geringer. Im langsamen Flug wird der induzierte Widerstand zu einem wesentlichen Faktor, der die Flugeigenschaften beeinflusst (der parasitäre Widerstand bleibt im Wesentlichen unverändert).

Durch den Bodeneffekt werden die Wingtip Vortices schwächer, wodurch sich die Auftriebsverteilung über die Spannweite ändert; folglich verringern sich sowohl der induzierte Anstellwinkel als auch der induzierte Widerstand. Wie oben ausgeführt, hat der induzierte Widerstand bei geringer Geschwindigkeit und großem Anstellwinkel (also während Start und Landung) einen entscheidenden Einfluss. Wenn sich der induzierte Widerstand verringert, benötigt die Tragfläche einen kleineren Anstellwinkel, um genügend Auftrieb zu erzeugen; wenn der Anstellwinkel konstant gehalten wird, steigt der Auftriebsbeiwert des Flugzeugs. Offensichtlich sollte dann auch der Schub entsprechend reduziert werden, sonst steigt die Höhe.

Ein weiterer Punkt, den es zu beachten gilt: Durch die Veränderungen von Upwash, Downwash und Wingtip Vortices beeinflusst der Bodeneffekt auch das Fahrtmesssystem (change in position error of the airspeed system). Der Bodeneffekt erhöht die Werte des statischen Druckgebers, sodass Fahrtmesser und Höhenmesser Werte anzeigen, die unterhalb der tatsächlichen Werte liegen. Piloten nehmen daher oft wahr, dass die beim Start angezeigte Geschwindigkeit beim Abheben geringer ist als die sonst benötigte Geschwindigkeit.

Ein nennenswerter Bodeneffekt tritt nur auf, wenn die Tragfläche in unmittelbarer Bodennähe ist:

• In Höhe einer Spannweite über dem Boden verringert sich der induzierte Widerstand nur um 1,4 %.
• In einer Höhe von einem Viertel der Spannweite verringert er sich um 23,5 %.
• In einer Höhe von einem Zehntel der Spannweite verringert er sich um 47,6 %. Deshalb ist der Bodeneffekt meist nur spürbar, wenn das Flugzeug gerade abhebt oder kurz vor der Aufsetzung landet. Die Cessna 172N hat eine Spannweite von 36 Fuß (ca. 11 m); nach diesen Daten spürt man den Bodeneffekt erst, wenn die Höhe auf etwa 2–3 m gesunken ist.

Nach dem Start und dem Verlassen des Bodeneffekts sind folgende Punkte zu beachten:

• Um den gleichen Auftrieb zu erhalten, muss der Anstellwinkel erhöht werden.
• Der induzierte Widerstand nimmt zu, und entsprechend muss mehr Schub gegeben werden.
• Die Stabilität nimmt ab, und es kann zu einem kurzzeitigen Anwinkeln (Nicken) kommen.
• Die Anzeige der Geschwindigkeit nimmt aufgrund des geringeren statischen Drucks zu.

Beispiel: Wenn ein Pilot die Auswirkungen des Bodeneffekts nicht richtig versteht, könnte er annehmen, das Flugzeug könne auch mit einer unterhalb der Referenzgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit normal abheben. Sobald das Flugzeug jedoch den Bodeneffekt verlässt, kann es in Schwierigkeiten geraden, weil die Startgeschwindigkeit nicht ausreicht und die geforderte Kletterleistung (Initial Climb Performance) nicht erreicht wird. Dies gilt besonders bei hohem Gewicht, hoher Dichteheight und hohen Temperaturen. Dann kann es passieren, dass das Flugzeug nicht genügend Auftrieb erhält und auf die Bahn zurückfällt. Piloten sollten erst das Fahrwerk und die Auftriebshilfen (z. B. Landeklappen) einfahren, wenn das Flugzeug eine positive Steigrate erreicht hat.

Ebenso während des Landeanflugs: Wenn der Anstellwinkel konstant gehalten wird, erhöht der Bodeneffekt den Auftriebsbeiwert, sodass der Schub reduziert werden muss; gleichzeitig kann ein Schwebeeffekt auftreten. Wenn das Abfangen zu stark durchgeführt wird, kann sich die Schwebedistanz (Schwebe-Effekt) vergrößern.