8.6  Instrumentierung

Instrumentation

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Einteilung der Bordinstrumente

Eine Einteilung kann vorgenommen werden gemäß Luftfahrtgesetzgebung (OPS Part NCO):

  • Grundausrüstung nach Bauvorschrift CS-22: Fahrtmesser, Höhenmesser; ggf. kann ein Außenthermometer bei Wasserballast hinzukommen und für Lufttüchtigkeitsgruppe "A" z.B. zusätzlich Beschleunigungsmesser
  • Flugsicherungsausrüstung nach Flugsicherungsausrüstungsverordnung FSAV: Sprechfunkgerät (bei Flügen außerhalb der Umgebung des Startflugplatzes)
  • Ergänzungsausrüstung B. für Wolkenflug (entsprechend Verwendungszweck, Betriebsart und Bedingungen) ein Wendezeiger mit Scheinlot (Libelle), und Magnetkompass, Variometer

nach der Aufgabe:

  • Flugüberwachungsgeräte (Fahrtmesser, Höhenmesser, Variometer, Libelle, Wendezeiger, künstl. Horizont, Beschleunigungs-, Längsneigungsmesser)
  • Navigationsgeräte (Magnet-, Fern-, Kreisel-, Radiokompass, Borduhr)
  • Flugsicherungsgeräte (Sprechfunkgerät, Transponder)

nach dem Funktionsprinzip:

  • Luftwertegeräte (barometrische) (Fahrtmesser, Höhenmesser, Variometer) (sonstige) (Außenluftthermometer)
  • Erdmagnetfeldgeräte (Magnet-, Fernkompass)
  • Kreiselgeräte (Wendezeiger, künstl. Horizont, Kurskreisel) - Funkgeräte (Sprechfunkgerät, Transponder, VOR
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Hier haben wir entschlossen einfach die wichtigsten Bordinstrumete vorzustellen und zu erklären. Die Reihenfolge ist EASA - konform, somit sind je nach deiner Ausbildung die aufgeführten Instrumente für dich mehr oder weniger wichtig.
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8.6.1  Anzeigegeräte

Instrument and indication systems

Der folgende Abschnitt bezieht sich auf die Anzeigen, die meist in motorisierten Sportflugzeugen und im TMG zu finden sind.

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8 6 Cockpit MoseCockpit Motorsegler

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Druckanzeige

Pressure gaug

Die Ladedruckmessung in einem Sportflugzeug ist ein wichtiger Parameter, um die Leistung des Flugzeugmotors zu überwachen und zu optimieren. Der Ladedruck ist der Druck, der durch den Turbolader erzeugt wird, um die Luft in den Motor zu drücken.

Die Ladedruckmessung erfolgt in der Regel mit einem elektronischen Ladedrucksensor, der den Ladedruck misst und an das Motorsteuergerät weiterleitet. Das Motorsteuergerät verwendet diese Informationen, um die Kraftstoffmenge und den Zündzeitpunkt zu optimieren und so die Leistung des Motors zu maximieren.

Eine genaue Ladedruckmessung ist besonders wichtig bei aufgeladenen Motoren, da eine Überlastung des Turboladers zu schweren Schäden am Motor führen kann. Eine unzureichende Ladedruckmessung kann auch zu einer schlechten Leistung und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen.
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8 6 Ladedruckanzeige
 Ladedruckanzeige          (Fotos: Pilot-Shop 24)          Zylinderkopftemperatur
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Temperaturmessung

Temperature sensing

Die Zylinderkopftemperatur ist ein wichtiger Parameter, um die Leistung und Lebensdauer eines Flugzeugmotors zu überwachen. Die kritische Temperatur an der Oberfläche des Zylinderkopfs liegt bei etwa 250°C. Wenn die Temperatur im Zylinderkopf zu hoch wird, kann dies zu Schäden an den Ventilführungen führen, die sich ausdehnen und herausfallen können. Dies kann dazu führen, dass das Ventil abreißt und sich im Brennraum verkeilt, was den Motor blockiert.

Die Zylinderkopftemperatur wird in der Regel mit einem elektronischen Temperatursensor gemessen, der am Zylinderkopf angebracht ist. Die Messwerte werden an das Motorsteuergerät weitergeleitet, das die Leistung des Motors entsprechend anpasst.

Es ist wichtig, die Zylinderkopftemperatur während des Fluges zu überwachen und sicherzustellen, dass sie innerhalb des zulässigen Bereichs bleibt. Eine Überhitzung des Zylinderkopfs kann zu schweren Schäden am Motor führen und den Flug gefährden.
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Kraftstoffvorratsmesser

Fuel gauge

Die Kraftstoffanzeige in einem Sportflugzeug zeigt die Menge des im Tank verbleibenden Kraftstoffs an. Es gibt verschiedene Arten von Kraftstoffanzeigern, darunter mechanische und elektronische Anzeiger.

Mechanische Kraftstoffanzeiger verwenden eine Schwimmeranordnung, um den Füllstand des Tanks zu messen. Elektronische Kraftstoffanzeiger verwenden Sensoren, um den Füllstand des Tanks zu messen.

Die Anwendung der Kraftstoffanzeige im Flugzeugbau besteht darin, den Piloten über den verbleibenden Kraftstoff im Tank zu informieren und sicherzustellen, dass genügend Kraftstoff für den Flug vorhanden ist. Die meisten modernen Flugzeuge sind mit elektronischen Kraftstoffanzeigern ausgestattet, da sie genauer und zuverlässiger sind als mechanische Anzeiger.

Die Anwendung der Kraftstoffanzeige im Flugzeugbau besteht darin, den Piloten über den verbleibenden Kraftstoff im Tank zu informieren und sicherzustellen, dass genügend Kraftstoff für den Flug vorhanden ist. Die meisten modernen Flugzeuge sind mit elektronischen Kraftstoffanzeigern ausgestattet, da sie genauer und zuverlässiger sind als mechanische Anzeiger.
 8 6 Kraftstoffvorratsanzeige
Kraftstoffvorratsanzeige
(Foto: Flybox Avionics, Italy)
Durchflussmengenmesser

Flow meter

Ein Durchflussmengenmesser ist ein Messgerät, das in Flugzeugen zur Messung der Kraftstoffdurchflussrate verwendet wird. Es besteht aus einem Messrohr, das in die Kraftstoffleitung eingebaut ist, und einem Messumformer, der die Durchflussrate misst und in eine elektrische Ausgangsspannung umwandelt.

8 6 FlowmeterFlowmeter (Foto: Flybox Avionics, Italy)
Es gibt viele verschiedene Arten von Durchflussmengenmessern, darunter mechanische, elektronische und Ultraschall-Durchflussmengenmesser. Mechanische Durchflussmengenmesser verwenden eine rotierende Scheibe oder ein Turbinenrad, um den Durchfluss zu messen. Elektronische Durchflussmengenmesser verwenden Sensoren, um den Durchfluss zu messen. Ultraschall-Durchflussmengenmesser ver-wenden Ultraschallwellen, um den Durchfluss zu messen.
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Stellungsanzeiger

Position transmitter

Ein Stellungsanzeiger ist quasi ein Messgerät, das in Flugzeugen zur Anzeige der Position von Steuerelementen wie Querrudern, Seitenrudern und Höhenrudern verwendet wird. Es gibt verschiedene Arten von Stellungsanzeigern, darunter mechanische, elektronische und hydraulische Stellungsanzeiger.

Mechanische Stellungsanzeiger verwenden eine mechanische Verbindung zwischen dem Steuerelement und dem Anzeiger, um die Position des Steuerelements anzuzeigen. Elektronische Stellungsanzeiger verwenden Sensoren, um die Position des Steuerelements zu messen und anzuzeigen. Hydraulische Stellungsanzeiger verwenden Hydraulikdruck, um die Position des Steuerelements anzuzeigen.

In Segelflugzeugen sind sie allerdings nicht zu finden. Die einzige Stellungsanzeige, die es dort gibt, ist meist nur die für die Trimmung.
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Drehzahlmesser

Tachometer

Flugzeugbau wird der Drehzahlmesser verwendet, um die Drehzahl des Flugzeugmotors zu messen und anzuzeigen.

Es gibt verschiedene Arten von Drehzahlmessern, darunter mechanische und elektronische Drehzahlmesser. Mechanische Drehzahlmesser verwenden eine rotierende Scheibe oder ein Turbinenrad, um den Durchfluss zu messen. Elektronische Drehzahlmesser verwenden Sensoren, um die Drehzahl zu messen.

Die Anwendung des Drehzahlmessers im Flugzeug besteht darin, die Drehzahl des Flugzeugmotors zu überwachen und in einem wirtschaftlich optimalen oder einem speziell erforderlichen Betriebsbereich zu halten. Dazu sind sie oft mit Markierungen versehen, die den Bereich anzeigen, in dem der Betrieb unbedenklich oder aber schadensträchtig sein kann. Meist ein grüner oder roter Bogen.

 8 6 Drehzahlmesser

Elektronischer Drehzahlmesser (Foto: Pilot-Shop 24) 
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8.6.2  Luftwertegeräte (Druck und Temperatur)

Measurement of aerodynamic parameters
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Die Luftwertegeräte bzw. Druckmessgeräte verwenden zwei Messdrücke: den Gesamtdruck und den statischen Druck. Im Prinzip sind dort alle Luftwertegeräte, wie Fahrtmesser, Höhenmesser und Variometer, angeschlossen.

Die folgende Übersicht mag Dich vielleicht noch etwas überfordern, aber du bekommst in den folgenden Kapiteln jedes Gerät mit seiner Funktion und den dafür nötigen Anschlüssen detailliert erklärt.
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8 6 DruckanlageÜbersicht Luftwertegeräte und ihre Anschlüsse (Quelle; Handbuch ASG32)
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Gesamtdruck

Der Gesamtdruck ist der Druck der ruhenden Luft Zusätzlich dem Druck, der sich aus der anströmenden Luft ergibt. Der Gesamtdruck wird mit einem Staurohr, auch Pitot-Rohr genannt, gemessen.

BemerkungNach Bernoulli ist der Gesamtdruck gleich dem dynamischen Druck plus dem statischen Druck. In Formelform: pT = ½ρ v² + pS. Das Staurohr registriert also den dynamischen Druck plus den statischen Druck.
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Pitot-Statik-Anlage

Die statische Druckabnahme besteht aus einer oder (meistens) mehreren Öffnungen (Drucksonden) in den Rumpfseitenflächen und liefert den statischen Druck. Das ist der Druck der ungestörten Luftströmung.

Der Anbringungsort ist so gewählt, dass durch die Umströmung des Rumpfes möglichst keine Störungen hervorgerufen werden.

Das Pitotrohr besteht aus einem nach vorne offenem Rohr, das in einem möglichst ungestörten Staupunkt der Flugzeugoberfläche eingebaut ist, meist in Rumpfbug oder Seitenflossennase. Es liefert den Gesamtdruck, das ist die Summe aus dem Druck der ungestörten Luftströmung und ihrer kinetischen Energie.

8 6 PitotrohrPitotrohr (Öffnung rechts)
Gesamt- und statische Druckabnahme können auch in einer separaten Vorrichtung kombiniert werden, dem Staurohr (Prandtl-Rohr).
Prandtl-Rohr mit Static-Bohrungen
(Wikipedia, Zátonyi Sándor)
 8 6 Prandtl Rohr

Merke: Der Staudruck ist die Differenz zwischen Gesamt- und statischem Druck, entspricht also der kinetischen Energie der Luftströmung.

Die Kompensationsdüse besteht meistens aus einem senkrecht zur Luftströmung stehenden Röhrchen, mit Bohrung(en) oder Schlitz(en) auf der Rückseite (Anbringungsort: vor Seitenflosse oder auf Rumpfrücken). Manchmal ähnelt sie auch einer Venturidüse. Der Druck, den sie liefert, ist statischer Druck minus Staudruck.

Merke: Angeschlossen wird

  • am Gesamtdruck: Fahrtmesser, (Nettovariometer)
  • am statischen Druck: Fahrtmesser, Höhenmesser, Variometer
  • an der Kompensationsdüse: Totalenergievariometer
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Fehler und Effekte

Bei Blockierung der jeweiligen Druckabnahme oder Schlauchleitung (Vereisung, Verschmutzung, eingedrungenes Wasser, abgeknickter Schlauch) wird die Anzeige der angeschlossenen Instrumente unbrauchbar.

Ist z.B. in größerer Höhe die statische Druckabnahme vereist, so bleibt während des anschließenden Sinkfluges die Höhenmesseranzeige konstant, die Variometeranzeige ist Null, und die Fahrtmesseranzeige ist zu hoch (angezeigt wird die Differenz zwischen Gesamt- und einem zu niedrigen Druck in der statischen Druckleitung).

Das Pitotrohr ist wegen seiner besonderen Gefährdung konstruktiv so gestaltet, dass Eindringen von Wasser und Zusetzen durch Staub und Insekten möglichst verhindert werden. Eine Staurohrheizung zum Schutz vor Vereisung (wie häufig bei Motorflugzeugen) ist bei Segelflugzeugen nicht üblich.

Kritisch sind: sehr starker Regen, unterkühlter Regen, Schnee.
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Thermometer

Temperature measurement: aeroplane

Ein Außenthermometer ist sinnvoll, um möglicher Tragflächenvereisung in großen Höhen vorzubeugen. Tragflächenvereisung ist ein Phänomen, bei dem sich Eis auf den Tragflächen eines Flugzeugs bildet. Dies kann zur Profilveränderung und dadurch einer Verschlechterung der Flugleistung und Flugeigenschaften führen.

8 6 Flowmeter 

Thermometer (Foto: Tannenberg)

Beim Fliegen in großen Höhen bei Minustemperaturen ist auch daran zu denken, dass der Wasserballast in den Trageflächen gefrieren kann. Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus und kann den Tank und die Rohrleitungen zum Platzen bringen.

Auch kann Wasser in fester Form nicht mehr abgelassen werden. Deshalb müssen Segelflugzeuge, die mit Wassertanks ausgestattet sind, einen Außenluft-temperaturmesser haben. 

Ein Thermometer besteht in der Regel aus einem flüssigkeitsgefüllten Sensor, der über ein dünnes Rohr (Kapillare) mit einer sogenannten Rohrfeder verbunden ist. Die Rohrfeder ist eine elliptische Röhre, die in Form des Buchstabens C gebogen ist. Wenn die Temperatur steigt, erhöht sich auch der Flüssigkeitsdruck und die Rohrfeder dehnt sich. Ähnlich einer Tröte aus dem Karnevalsartikelgeschäft. Die Dehnung der Rohrfeder wird auf einen Zeiger entlang einer in Grad Celsius kalibrierten Skala übertragen, wobei eine Temperatur unter Null in blau und eine Temperatur über Null in Rot angezeigt wird.

8 6 Außentemp messerAußentemperaturmesser 
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8.6.3  Höhenmesser

Altimeter
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Vorwort

Der Höhenmesser ist eines der wichtigsten Instrumente im Flugzeug und wird daher auch in folgenden Fächern mit behandelt.

Kapitel 3.1 Die Atmosphäre - 3.1.7 Barometrische Höhenmessung; Höhenmesser und Höhenmessereinstellungen

Kommunikation

Kapitel 4.1 Begriffsbestimmungen  – 4.1 Begriffe zu Höhe und Höhenmesser

Navigation

Kapitel 9.1 Grundlagen der Navigation – 9.1.4 Höhenmessereinstellungen

Insofern können sich einige Inhalte wiederholen, enthalten jedoch dem Fach entsprechend wichtige Schwerpunkte, die du als Pilot kennen solltest.

Der Höhenmesser bietet dem Piloten die Möglichkeit, seinen Flug unter Berücksichtigung der Leistung des Flugzeugs, eventueller (gesetzlicher) Höhenbeschränkungen, sowie meteorologischer und technischer Einflussfaktoren, optimal zu planen und durchzuführen. Zudem gibt der Höhenmesser den Piloten eine gewisse Sicherheit. Dazu muss aber jeder Pilot jederzeit seine genaue Höhe gegenüber anderen Luftfahrzeugen kennen und kommunizieren können.

Der Höhenmesser zeigt die Höhe des Flugzeugs gegenüber einer eingestellten Bezugsfläche an (Die auf der Nebenskala eingestellte Druckfläche). Er gehört wie der Fahrtmesser zur Mindestausrüstung eines Segelflugzeugs. Ist er defekt oder fehlerhaft, darf mit dem Flugzeug nicht geflogen werden.
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Aufbau und Arbeitsweise

Der Höhenmesser besteht aus einem luftdichten Gehäuse, in welchem als Messorgan eine geschlossene, luftleer gepumpte Membrandose (Aneroiddose) eingebaut ist. Das Gehäuse ist über eine Schlauchleitung mit der statischen Druckabnahme verbunden. Wenn sich infolge einer Änderung der Flughöhe der statische Druck ändert, dehnt sich die Aneroiddose aus oder sie wird zusammengedrückt. Der Dosenhub wird über ein Hebel- und Zahnradgetriebe auf den Zeiger übertragen (bzw. auf beide Zeiger bei einem Fein-Grob-Höhenmesser).

8 6 HöhenmesserHöhenmesser (Fotos: Üli Segelflugbedarf)
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Insoweit misst der barometrische Höhenmesser den absoluten Luftdruck. Um wetterbedingte Luftdruckänderungen ausgleichen und den gewünschten Bezugsdruck einstellen zu können, ist das Messwerk drehbar im Gehäuse eingebaut und kann mit Hilfe eines Drehknopfes verstellt werden. Der eingestellte Bezugsdruck ist dann in der Nebenskala in Hektopascal [hPa] ablesbar. Die gehäusefeste Anzeigeskala ist entsprechend dem Druckverlauf der Standardatmosphäre in Metern [m] bzw. Fuß [ft] geeicht.

Die Druckabnahme mit zunehmender Höhe ist zwar nicht konstant; in niedrigen Höhen (normale Flughöhen) kann man aber von einer ''barometrischen Höhenstufe" von etwa 8 m bzw. 30 ft pro hPa ausgehen.

Verstellt man den Bezugsdruck um z.B. 10 hPa, so ändert sich die Anzeige des Höhenmessers um ca. 80 m bzw. 300 ft, und zwar so, dass bei einer Erhöhung des Bezugsdrucks eine größere Höhe angezeigt wird (denn der Höhenabstand des Flugzeugs zur eingestellten Bezugsfläche hat sich vergrößert).

Vor jedem Start und vor jeder Landung muss der Höhenmesser auf richtige Anzeige überprüft werden. Dazu stellst du z.B. den Höhenmesser auf Platzhöhe ein; im Druckfenster kannst du nun das QNH des Platzes ablesen. Geringe Abweichungen (Instrumentenfehler) bis max. 5 hPa musst du bei jeder neuen Höhenmessereinstellung entsprechend berücksichtigen.
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Fehler und Effekte

Auch der Hystereseeffekt ist ein Instrumentenfehler. Man versteht darunter ein Nachhinken der Anzeige (ca. 15 m) aufgrund der mechanischen Reibung im Messwerk. Erkannt wird Hysterese durch vorsichtiges Klopfen am Instrumentenglas.

Neben dem Instrumentenfehler gibt es weitere Ursachen für eine Fehlanzeige des Höhenmessers:

Druckfehler: der tatsächliche Luftdruck in mittlerer Meereshöhe MSL (mean sea level) weicht meistens von p0 der Standardatmosphäre (p0 = 1013,2 hPa) ab, z.B. durch Hoch-, Tiefdruckgebiete. Eine Änderung des Luftdrucks während des Fluges führt zu einer Fehlanzeige von ca. 8 m bzw. 30ft pro hPa). Beim Flug z.B. vom Hoch- ins Tiefdruckgebiet, wird die wahre Höhe geringer als die angezeigte Höhe (denn der Abstand zwischen MSL und der Druckfläche, in der das Flugzeug fliegt, ist im Tief kleiner). Daher musst du während des Fluges nachstellen!

Temperaturfehler: die tatsächliche Temperaturverteilung entspricht meistens nicht der Standardatmosphäre (T0 = 15°C, 0,65°C Abnahme pro 100m). Bei Luft die z. B. kälter als entsprechend Standardatmosphäre ist, wird die wahre Höhe geringer, als die angezeigte Höhe (denn die einzelnen Druckflächen haben wegen der höheren Luftdichte bei niedrigerer Temperatur einen kleineren Abstand). Eine Korrektur machst du mit ca. 2% der Höhenmesseranzeige pro 5°C Temperaturabweichung von der Standardatmosphäre.
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Die Höhenmessereinstellung

Die Anzeige des Höhenmessers bezieht sich immer auf die Druckfläche des auf der Nebenskala eingestellten Druckwertes.

Merke: Vor dem Flug, bei Überlandflügen auch während des Fluges, ist daher eine Einstellung des Höhenmessers auf die richtige Bezugsfläche vorgeschrieben.

Für Einstellungen gelten die folgenden internationalen Vereinbarungen:

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8 6 Höhenmessereinstellungen Höhenmessereinstellungen

In Frage kommen:

QFE – der in Flugplatzhöhe gemessener Luftdruck. Er wird häufig bei Platzflügen eingestellt. Auf dem Platz zeigt der Höhenmesser dann 0 an.

QNH – der auf mittlere Meereshöhe MSL (mean sea level) reduzierter Luftdruck des nächstgelegenen Flughafens. Er wird eingestellt bei Überlandflügen unter 5000 ft (1500 m) MSL bzw. 2000 ft (600 m) GND (ground) über hohem Gelände. Auf dem Platz zeigt der Höhenmesser die Platzhöhe über mittlerem Meeresspiegel an.

Standardeinstellung - 1013,2 hPa - QNE; wird eingestellt bei Flughöhen über 5000 ft MSL bzw. 2000 ft GND. Auf dem Platz würde der Höhenmesser die Höhe des Platzes über der Druckfläche 1013,2 hPa anzeigen – darf aber so nicht genutzt werden.

Da QFE, QNH und die Standardeinstellung Druckangaben sind, besitzen sie die Dimension Hektopascal [hPa] (früher Millibar [mb]) bzw. "inches of mercury" [ins].
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8.6.4  Variometer

Vertical speed indicator

Das Variometer zeigt die Vertikalgeschwindigkeit (Steigen und Sinken) des Flugzeugs an. Bei einer Änderung der Flughöhe strömt wegen des veränderten statischen Drucks Luft in ein Ausgleichsgefäß (Sinken) bzw. aus ihm heraus (Steigen). Die Ausgleichsströmung wird direkt oder indirekt (über die Druckdifferenz) gemessen.
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Aufbau und Arbeitsweise des Dosenvariometers
Das Dosenvariometer besteht aus einem luftdichten Gehäuse, das gleichzeitig als Ausgleichsgefäß dient. Im Gehäuse ist als Messorgan eine offene Membrandose eingebaut. Die Membrandose ist über eine Schlauchleitung an die statische Druckabnahme angeschlossen. Auch das Gehäuse ist mit dem statischen Druck verbunden, jedoch über eine Kapillare.
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8 6 Vario mit DruckdoseVariometer mit Druckdose (Foto: Üli Segelflugbedarf)
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Bei Höhenänderung entsteht eine Druckdifferenz zwischen Membrandose und Variometergehäuse, denn durch die Drosselwirkung der Kapillare hinkt der Druck im Gehäuse gegenüber dem statischen Druck etwas nach. Beim Sinkflug z.B. wird die Membrandose ausgedehnt. Der Dosenhub wird über ein Hebel- und Zahnradgetriebe auf den Zeiger übertragen. Die Anzeigeskala ist in m/s geeicht.

Es gibt auch Dosenvariometer mit separatem Ausgleichsgefäß, das dann mit der Membrandose verbunden ist. Das Gehäuse ist am statischen Druck angeschlossen. Auch hier sorgt eine Kapillare für den Druckausgleich zwischen Membrandose und statischem Druck im Gehäuse. Der Druck in Membrandose und Ausgleichsgefäß hinkt dem statischen Druck nach; bei Sinken z.B. wird dadurch die Membrandose etwas zusammengedrückt, was zu einer entsprechenden Anzeige führt.

Die herkömmlichen Dosenvariometer haben eine sehr träge Anzeige; sie werden deswegen in Segelflugzeugen kaum eingesetzt. Geeigneter sind aufgrund ihrer schnelleren Anzeige Stauscheibenvariometer.
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Aufbau und Arbeitsweise des Stauscheibenvariometers

Das Stauscheibenvariometer besteht aus einer zylindrischen Kammer, die durch eine drehbar gelagerte Stauscheibe in zwei Teile geteilt wird. Eine Spiralfeder hält die Stauscheibe in Mittelstellung. Ein Kammerteil ist über eine Schlauchleitung mit dem statischen Druck verbunden, der andere mit dem Ausgleichsgefäß.

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8 6 StauscheibenvarioStauscheibenvariometer (Foto: Üli Segelflugbedarf)
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Bei einer Höhenänderung ändert sich der statische Druck und es kommt zu einer Ausgleichsströmung durch den engen Spalt zwischen Stauscheibe und Kammerwand. Da der Druck im Ausgleichsgefäß dem statischen Druck nachhinkt, lenkt die Druckdifferenz die Stauscheibe gegen die Federkraft aus. Die Auslenkung wird direkt auf den Zeiger übertragen. Die Anzeigeskala ist in m/s geeicht.
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Totalenergiekompensation

Wenn das (Dosen- oder Stauscheiben-) Variometer an den statischen Druck angeschlossen ist, zeigt es jede Höhenänderung des Flugzeugs an, gleichgültig ob sie durch das polare Sinken ("Eigensinken"), das Steigen oder Fallen der Luft ("Thermik") oder Fahrtänderung ("Knüppelthermik") zustande kommt, reagiert also auf Veränderungen der potenziellen Energie.

Der Einfluss von Geschwindigkeitsänderungen auf die Variometeranzeige ist in der Praxis äußerst störend, da man während des Hochziehens beim Einflug in einen Aufwind die tatsächliche Aufwindstärke nicht beurteilen kann. Den Segelflieger braucht nur zu interessieren, in welchem Maße die Gesamt-(Total-)energie des Segelflugzeugs zunimmt, nicht jedoch die Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie (Eges = Ekin + Epot).

Deswegen sind Variometer in Segelflugzeugen in der Regel an die Kompensationsdüse angeschlossen, die diesen Effekt unterdrückt; das Variometer arbeitet nun als Totalenergievariometer (oder kompensiertes Variometer), die "Knüppelthermik ist ausgeschaltet.

Wird auch das Eigensinken aus der Variometeranzeige eliminiert, so wird aus dem kompensierten "Brutto-" ein kompensiertes "Nettovariometer", das nur noch die Vertikalbewegung der durchflogenen Luftmasse anzeigt.
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8 6 t kompensiertes VarioTotalenergiekompensiertes Variometer mit Druckdose
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Mechanische Nettovariometer sind kaum noch üblich; jedoch besitzen manche elektrischen Variometer eine Nettofunktion. Denn die Totalenergiekompensation kann, statt mit einer Kompensationsdüse, auch auf elektrischem Wege durchgeführt werden.
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8.6.5  Fahrtmesser

Air speed indicator

Der Fahrtmesser zeigt die Geschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber der umgebenden Luft an ("Eigengeschwindigkeit"). Er gehört, wie der Höhenmesser, zur Mindestausrüstung. Ohne einen funktionsfähigen Fahrtmesser darf ein Segelflugzeug nicht in Betrieb genommen werden.
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Aufbau und Arbeitsweise
Der Fahrtmesser besteht aus einem luftdichten Gehäuse (1), in welchem als Messorgan eine offene Membrandose (2) eingebaut ist. Die Membrandose ist über eine Schlauchleitung an die Gesamtdruckabnahme (3) (Pitotrohr) angeschlossen, das Gehäuse an die statische Druckabnahme (4). Je nach der Differenz zwischen Gesamt- und statischem Druck verformt sich die 'Membrandose; der Dosenhub wird über ein Hebel- und Zahnradgetriebe (5) auf den Zeiger (6) übertragen.
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8 6 FahrtmesserAufbau Fahrtmesser (Foto: Üli Segelflugbedarf)
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Früher gab es auch Fahrtmesser, die statt des Gesamtdrucks (vom Pitotrohr) den von einer Venturidüse gelieferten Druck als Messdruck verwendeten. Der Druck einer Venturidüse wird mit zunehmender Geschwindigkeit kleiner (Düsenbeiwert beachten!). Der Venturifahrtmesser eignet sich besonders für niedrige Geschwindigkeiten.

Die Deformation der Dose und damit der Zeigerausschlag ist wegen q = pges - p ein Maß für den Staudruck.

Wegen des Zusammenhangs q = p/2 ∙ v²  kann man die Anzeigeskala in km/h eichen (statt in hPa).

Merke: Aus q = p/2 ∙ v² erkennt man aber auch, dass der Staudruck (und damit die Fahrtmesseranzeige) nicht nur quadratisch von der Geschwindigkeit abhängig ist, sondern auch von der Luftdichte ρ (Höhen- und Temperaturfehler). Um auf diesen Fehler mit zunehmender Höhe hinzuweisen, wird oftmals ein Schild mit den Korrekturwerten neben dem Fahrtmesser angebracht.

Aus diesem Grund ist die Unterscheidung zwischen unterschiedlich definierten Fluggeschwindigkeiten wichtig.

Neben anderen sind dies insbesondere

  • die angezeigte Fluggeschwindigkeit (indicated airspeed - IAS)
  • und die wahre Fluggeschwindigkeit (true airspeed - TAS).
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Fehler und Effekte

Die angezeigte Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, wie sie am Staudruckfahrtmesser abgelesen wird. Diese ist jedoch mit mehreren Fehlern behaftet:

Höhenfehler - die Fahrtmesserskala bezieht sich auf die Luftdichte in Meereshöhe, daher zeigt der Fahrtmesser pro 1000 m Höhe ca. 6% zu wenig an (bzw. ca. 2% je 1000 ft). Wenn du z.B. in 4 km Höhe, mit einer angezeigten Geschwindigkeit von 200 km/h fliegst, ist die tatsächliche Fluggeschwindigkeit 4 x 6% = 24% höher; sie beträgt also 248 km/h.

Temperaturfehler - der Fahrtmesser ist für Standardatmosphäre geeicht; eine davon abweichende Temperatur führt zu einer Dichteänderung, was dazu führt, dass der Fahrtmesser pro + 10°C Abweichung ca. 2 % zu wenig anzeigt.

Einbaufehler bedingt durch Einbauort der Gesamtdruck- und insbesondere der Statikdruck-abnahmepunkte. Es gibt zur Kompensation eine "Fahrtmessereichkurve" (schau mal ins Flughandbuch)

Instrumentenfehler sind sehr gering und in der Praxis daher vernachlässigbar.

Wird die angezeigte Fluggeschwindigkeit um alle diese Fehler korrigiert, so erhält man die wahre Fluggeschwindigkeit. Für den sicheren Betrieb des Segelflugzeugs ist fast immer die angezeigte Geschwindigkeit (IAS) maßgeblich, da sowohl Überziehgeschwindigkeiten als auch die Größe der Luftkräfte, die die Struktur belasten, staudruckabhängig sind.

Deswegen werden die Fluggeschwindigkeitsgrenzen als IAS angegeben:

VNE - zulässige Höchstgeschwindigkeit bei ruhigem Wetter; Ruderausschläge dürfen nicht mehr als ⅓ betragen. (never exceed speed)

VRA - zulässige Höchstgeschwindigkeit in starker Turbulenz; darunter sind alle Luftbewegungen in Leewellenrotoren, Gewitterwolken, sichtbaren Windhosen oder über Bergkämmen zu verstehen. (rough air speed)

VA - Manövergeschwindigkeit; oberhalb dieser Geschwindigkeit dürfen keine vollen oder abrupten Ruderausschläge ausgeführt werden, weil die Flugzeugstruktur dabei überlastet werden könnte. (manoeuvring speed)

VFE - zulässige Höchstgeschwindigkeit mit positiven Flügelklappen (Wölbklappen); u.U. unterschiedlich je nach Klappenstellung; Klappenstellung wird angegeben. (maximum flap extended speed)

VW - zulässige Höchstgeschwindigkeit für den Windenschlepp (maximum winch-launching speed)

VT - zulässige Höchstgeschwindigkeit für den Flugzeugschlepp (maximum aerotowing speed)

Lediglich bei der zulässigen Höchst-geschwindigkeit VNE muss, um Flattergefahr auszuschließen, die wahre Fluggeschwindigkeit beachtet werden.

(Siehe Tabelle oder Diagramm im Flughandbuch, evtl. Cockpitschild, Foto: Tannenberg)

 8 6 Fahrtmesserschild
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Farbkennzeichnung des Fahrtmessers

Die Farbkennzeichnung des Fahrtmessers erleichtert es dem Piloten, die vorgeschriebenen Geschwindigkeitsgrenzen einzuhalten.

Es bedeutet:

roter Strich: höchstzulässige Geschwindigkeit VNE

gelber Bogen: Warnbereich (Vorsichtsbereich) zwischen VNE und VRA; in diesem Bereich darf bei starker Turbulenz nicht geflogen und Manöver nur mit Vorsicht durchgeführt werden (meist ist VA ebenso groß wie VRA).

grüner Bogen: normaler Betriebsbereich zwischen VRA und 1,1 · VS1

weißer Bogen: Betriebsbereich für ausgefahrene Flügelklappen zwischen VFE und 1,1 · VS0 (d.h. Wölbklappen in positiver bzw. Landestellung; betrifft nicht Sturzflugbremsen)

gelbes Dreieck: geringste empfohlene Landeanfluggeschwindigkeit (bei Höchstflugmasse ohne Wasserballast)

blaue Linie: sie wird für ein motorisiertes Segelflugzeug verwendet und steht für die beste Steiggeschwindigkeit VY. Dies ist die Fluggeschwindigkeit, die zu der höchsten Steiggeschwindigkeit (mit Motorkraft) führt.

Anmerkung: VS ist die Überziehgeschwindigkeit (stalling speed); VS1 bezieht sich auf normale Konfiguration, VS0 auf Landekonfiguration.

HinweisDie Farbcodierung gilt für ein maximal beladenes Fluggerät ohne Wasser bei einem „g“ (Erdbeschleunigung).
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8.6.6  Erdmagnetismus und Magnetkompass

Magnetism: direct reading compass

Der Magnetkompass ist das wichtigste Gerät zur Kursbestimmung in Segel- und Leichtflugzeugen. Er macht sich die Richtwirkung des Magnetfeldes der Erde auf eine Magnetnadel zunutze.
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Der Magnetkompass

Direct reading compass

Obwohl es sich auch um ein mechanisches Instrument handelt, sind der Aufbau, die Funktionsweise und die Verwendung des Magnetkompasses im Abschnitt "Navigation" enthalten.

Bei der in Flugzeugen üblichen Bauform des Magnetkompasses sind zwei kräftige Stabmagnete an einem beschrifteten Skalenring (Rose) befestigt.

8 6 Kompass
Kompass (Foto: Üli Segelflugbedarf)

Beide liegen parallel zur Nord/Süd-Achse der Skala. Dieses System (Schwimmer) wird im sog. Kompasskessel drehbar auf einer Spitze (Pinne) gelagert. Dabei befindet sich der Schwerpunkt des Magnetsystems unterhalb dieser Spitze, so dass sich die beiden Magnete in der Horizontalebene des Flugzeugs parallel zur örtlichen magnetischen Nord/Süd-Richtung (Kompass Nord) ausrichten.

Kompass - Drehfehler

Wegen der Inklination wirkt auf das Nordende der Kompassrose eine vertikale Kraftkomponente, die im Geradeausflug keine Auswirkungen hat. Im Kurvenflug ergibt sich aber durch die Querneigung und durch die Kurvenbeschleunigung eine Abweichung. Beim Kreisflug in der Thermik ist die Anzeige des Standardkompass daher völlig unbrauchbar, insbesondere beim Ausleiten des Kreises Richtung Nord und Süd.

Bei moderaten Querneigungen bis ca. 15° kann entsprechend der untenstehenden Zeichnung ausgeleitet werden.

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8 6 Kompassdrehfehler Berücksichtigung des Kompassfehlers beim Fliegen in mittleren nördlichen Breiten
Merksatz: UNOS – undershoot north, overshoot south.
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8.6.7 Kreiselgeräte

Gyroscopic instruments
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Kreiselinstrumente

Ein Kreisel ist ein mit hoher Drehzahl rotierender (i.a. rotationssymmetrischer) Körper. Seine Drehachse bezeichnet man als Spinachse. Die positive Richtung der Spinachse ist die, in der gesehen sich der Kreisel im Uhrzeigersinn (d.h. nach rechts) dreht.

Ein Kreisel hat die Eigenschaft, seine Lage gegenüber dem Inertialsystem (Fixsternhimmel) beizubehalten, solange er nicht gestört wird.

Im Falle einer Störung, z.B. durch ein Moment, welches den Kreisel aus seiner Lage bringen will, führt der Kreisel keine Drehung um die Momentenachse aus, sondern er antwortet mit einer Drehung um eine um 90° versetzte Achse. Diese Drehung bezeichnet man als Präzession.
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8 6 KreiselprinzipKreiselprinzip
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Hierbei gilt der "Satz vom gleichsinnigen Parallelismus":

Unter dem Einfluss eines äußeren Moments versucht sich die Spinachse eines Kreisels stets gleichsinnig parallel in Richtung des Momentenvektors einzustellen.

Kreisel werden in Fluginstrumenten benutzt, um

  • die Flugzeuglage bezüglich der Erdhorizontalebene → künstlicher Horizont
  • den Kurs (ohne Kurven- und Beschleunigungsfehler) → Kurskreisel
  • die Giergeschwindigkeit → Wendezeiger
anzuzeigen.
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Wendezeiger mit Libelle

Turn and bank indicator

Arbeitsweise

Der Wendezeiger liefert die Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um seine Hochachse.

Der Kreisel ist in einem um die Flugzeuglängsachse drehbaren Rahmen gelagert, seine Spinachse in negativer Querachsenrichtung orientiert (Eselsbrücke: Schubkarre). Der Antrieb des Kreisels erfolgt bei Segelflugzeugen elektrisch, bei Motorflugzeugen häufig auch pneumatisch (Vakuumpumpe am Motor).

Das Messprinzip besteht darin, dass ein Kreisel auf eine Störwinkelgeschwindigkeit (hier Giergeschwindigkeit) mit einem Präzessionsmoment reagiert. Dieses wird mit einer Feder nach dem Federwaagenprinzip gemessen und von einem Zeiger mit breitem Ende, dem "Pinsel", angezeigt.

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8 6 Wendezeigertypen

grafische Darstellung von Wendezeigertypen  (Fotos: Üli Segelflugbedarf, Wikipedia)

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Da der Kreisel des Wendezeigers kein "freier" Kreisel ist (nur ein Rahmen und Fesselung durch die Feder), spielt "Wandern" hier keine Rolle.
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Angezeigte Drehgeschwindigkeiten

Wendezeiger für Segelflugzeuge sind meistens so geeicht, dass ein Zeigerausschlag von einer Pinselbreite einem Vollkreis entspricht, der eine Minute in Anspruch nimmt.

Die Gierwinkelgeschwindigkeit beträgt dann
8 6 Giergeschwindigkeit

und ist so auf dem Skalenblatt angegeben.

Um bei engeren Kreisen das Ablesen zu erleichtern, sind auf dem Skalenblatt rechts und links der Nullmarke häufig ein oder zwei weitere Marken angebracht, deren Abstand und Breite der Pinselbreite entsprechen.

Vorsicht: Bei großer Querneigung zeigt der Wendezeiger zu wenig an, für 'P = 90° wird die Anzeige Null.

Wendezeiger für Motorflugzeuge sind auf die bei kontrollierten Flügen übliche "Standardkurve" mit 3°/sec abgestimmt (Angabe auf der Skala: 2 MIN TURN), wobei der Pinsel oder die Tragfläche auf der rechten bzw. linken Marke steht (Ausschlag 2 Pinselbreiten).

Für Segelflugzeuge hingegen ist der Kurvenkoordinator mit seiner „Mischanzeige“ von zwei verschiedenen Drehachsen aus verschiedenen Gründen ungeeignet. Hier findet man ausschließlich den klassischen Wendezeiger.
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Kugellibelle

Zusätzlich ist im Skalenblatt eines Wendezeigers i.d. Regel eine Kugellibelle eingebaut. Sie besteht aus einem kreisförmig gebogenen Glasröhrchen (Enden nach oben), das mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist. In dem Röhrchen bewegt sich eine Metallkugel, die immer den "tiefsten" Punkt in Bezug auf die Richtung der Gesamtbeschleunigung (Erdbeschleunigung + Kurvenbeschleunigung; "Scheinlot") aufsucht.

Im schiebefreien Geradeausflug wie auch im schiebefreien Kurvenflug steht die Kugel daher immer zwischen den Markie-rungsstrichen in der Mitte des mit Dämpfflüssigkeit gefüllten Glasröhrchens.

nebenstehend: Libelle, Foto: (Pilot-shop 24)

8 6 Kugellibelle n

Die Kombination aus Wendezeiger und Libelle bezeichnet man im englischen Sprachgebrauch als Turn-and-Bank- oder (exakter) als Turn-and-Slip-lndicator.

8 6 Schiebekurve
8 6 Schmierkurve
Schiebekurve (Kurve mit zu viel Seitenruder,
das Flugzeug schiebt nach außen,
engl. skidding turn)
Schmierkurve (Kurve mit zu wenig Seitenruder,
das Flugzeug schiebt nach innen,
engl. slipping turn)
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Mit seiner Hilfe gelingt es, im Blindflug sowohl geradeaus wie auch Kurven schiebefrei zu fliegen: Mit dem Seitenruder die gewünschte Giergeschwindigkeit kontrollieren (Pinselausschlag), gleichzeitig mit dem Querruder Kugel in der Mitte halten. (z.B.: Kugel steht links → Querruder rechts → Kugel wandert zur Mitte).

Im TMG sind Wendezeiger durchaus üblich, während sie im Segelflug als Einzelinstrument nicht so häufig Anwendung finden. Die Segelflieger schwören auf ein sehr einfaches und günstiges „Instrument“, um Schieben/Gieren leicht zu erkennen. Es handelt sich um den Wollfaden, der im Kapitel 8.2 (Segel)Flugzeugzelle, Cockpit, roter Faden, beschrieben wird. Daher ist es an dieser Stelle angebracht, das Zusammenspiel von Faden und Libelle zu betrachten.
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 8 6 Linkskurve schieben außen    8 6 Rechtskurve schieben außen
Das Flugzeug schiebt nach außen, wenn in der Linkskurve der Faden nach links (innen) zeigt und die Libelle nach rechts (außen) zeigt.   Das Flugzeug rutscht nach innen, wenn in der Linkskurve der Faden nach rechts (außen) zeigt und die Libelle nach links (innen) zeigt.
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... und analog dazu ...

 8 6 Rechtskurve schieben außen    8 6 Rechtskurve rutschen innen
Das Flugzeug schiebt nach außen, wenn in der Rechtskurve der Faden nach rechts (innen) zeigt und die Libelle nach links (außen) zeigt.   Das Flugzeug rutscht nach innen, wenn in der Rechtskurve der Faden nach links (außen) zeigt und die Libelle nach rechts (innen) zeigt.
 
Hast du dieses verinnerlicht, und kannst du es steuertechnisch umsetzen, wirst du beim Kurven und/oder Kreisen nicht mehr schieben oder rutschen und widerstandsarm geradeausfliegen.
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Künstlicher Horizont

Attitude indicator

Der künstliche Horizont (Kreiselhorizont) dient zur Anzeige der Flugzeuglage bezüglich der Erdhorizontalebene. Dementsprechend ist die Spinachse seines Kreisels lotrecht zur Erdoberfläche orientiert.

Da der Kreisel in einem Doppelrahmen kardanisch gelagert ist (Drehachsen in Richtung von Längs- und Querachse), kann er seine Lage beibehalten, auch wenn das Flugzeug seinen Längs- und/oder Querneigungswinkel ändert. Über ein geeignetes Hebelwerk wird die Lage des Kreisels mit Hilfe des sog. Horizontbalkens gegenüber einem gehäusefesten Flugzeugsymbol angezeigt.
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 8 Horiz Pilotshop

Künstlicher Horizont (Foto: Flybox Avionics, Italy)

Trotz der kardanischen Aufhängung erfährt der Kreisel des künstlichen Horizonts (kleine) Störungen durch Reibung in der Lagerung der Kardanachsen, Unwucht, Vibrationen usw. Darauf reagiert er mit (kleinen) Präzessionsbewegungen, dem sog. "Wandern" (setzt sich zusammen aus "Drift" und "Kippen").

Neben diesem ''wirklichen Wandern" tritt durch die Erddrehung "scheinbares Wandern" auf. Das bedeutet, der Kreisel hält seine Lage gegenüber dem Inertialsystem; da sich die Erde dreht, kommt es aber zu einer Relativbewegung zwischen ihr und dem Kreisel.

Um dies zu kompensieren, wird der Kreisel "gestützt". Das bedeutet, durch ein am Rahmen angebrachtes Pendel wird das wirkliche Wandern so beeinflusst, dass es sich mit dem scheinbaren Wandern weitgehend aufhebt. Die erzielbare Genauigkeit (±5°) ist für die Praxis ausreichend.

In Segelflugzeugen werden Kreiselhorizonte nur sehr selten eingesetzt (evtl. als Ergänzung des Wendezeigers bei Wolkenflug).
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Kurskreisel

Directional gyroscope Design, operation, errors and accuracy

Der Kurskreisel liefert eine Kursanzeige, also die Lage des Flugzeugs um eine zur Erdhorizontalebene lotrechte Achse.

Im schiebefreien Geradeausflug wie auch im schiebefreien Kurvenflug steht die Kugel daher immer zwischen den Markierungsstrichen in der Mitte des Glasröhrchens.

Im Gegensatz zum Magnetkompass wird seine Anzeige durch Beschleunigungs- und Kurvenfehler nicht gestört. Bei Inbetriebnahme muss der Kreisel azimutal (nach Norden) und horizontal ausgerichtet werden.

Nebenstehend: Kurskreisel einer Cessna 172

8 6 Kurskreisel 

Das Wandern des Kreisels wird horizontal automatisch ausgeglichen (ähnlich wie beim Kreiselhorizont), azimutal muss manuell korrigiert werden (nach dem Magnetkompass, etwa viertelstündlich). Während des azimutalen Einstell- /Nachstellvorgangs muss der innere Kardanrahmen blockiert werden, um eine Präzession der Spinachse aus der Horizontalebene zu vermeiden.

In Segelflugzeugen werden Kurskreisel nicht eingesetzt.
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8.6.8  Kommunikationsanlagen

Communication systems
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Übertragungstechniken: VHF, HF und SATCOM

Transmission modes: VHF, HF and SATCOM

VHF steht für “Very High Frequency” und bezieht sich auf den Frequenzbereich von 30 MHz bis 300 MHz. VHF wird in der Luftfahrt für die Kommunikation zwischen Flugzeugen und Bodenstationen verwendet.

HF steht für “High Frequency” und bezieht sich auf den Frequenzbereich von 3 MHz bis 30 MHz. HF wird in der Luftfahrt für die Kommunikation über große Entfernungen verwendet, da die Signale über den Horizont hinaus reichen können.

SATCOM steht für “Satellite Communications” und bezieht sich auf die Verwendung von Satelliten zur Übertragung von Daten und Sprache; SATCOM wird in der Luftfahrt für die Kommunikation über große Entfernungen und in Gebieten ohne Bodenstationen verwendet.
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Sprechfunk

Voice communication Definitions, general and applications

Unter Sprachkommunikation versteht man den Austausch von Informationen oder Nachrichten zwischen Personen mittels Sprache.

In der Luftfahrt ist die Sprachkommunikation entscheidend für eine sichere und effiziente Flugverkehrskontrolle. Piloten und Fluglotsen nutzen die Sprachkommunikation, um Informationen über Flugwege, Wetterbedingungen und andere wichtige Details auszutauschen.

In der Luftfahrt gibt es verschiedene Arten von Sprachkommunikationssystemen, darunter die Luft-Boden-Kommunikation, die Boden-Boden-Kommunikation und die Luft-Luft-Kommunikation. Die Luft-Boden-Kommunikation wird für die Kommunikation zwischen Flugzeugen und Bodenstationen verwendet, während die Boden-Boden-Kommunikation für die Kommunikation zwischen Bodenstationen verwendet wird. Die Luft-Luft-Kommunikation wird für die Kommunikation zwischen Flugzeugen im Flug verwendet. Mehr Informationen findest du im Kapitel 4 Kommunikation.
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8.6.9  Alarm- und Zusammenstoßwarnanlagen

Alerting systems and proximity systems

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Zusammenstoßwarnung FLARM

FLARM (Flight Alarm) ist in erster Linie ein Anti-Kollisionssystem für die Freizeitfliegerei. Es warnt sichtbar und akustisch, wenn sich zwei oder mehr mit FLARM ausgerüstete Flugzeuge zu nahekommen (Siehe auch Informationsblatt aus der Methodik des DAeC). Jedes FLARM hat einen eingebauten GPS-Satellitenempfänger, der seine eigene Position (Länge, Breite und Höhe) des Flugzeugs misst. Aus den aufeinanderfolgenden Positionen berechnet FLARM dann auch den Kurs und die Geschwindigkeit. Für eine sehr genaue Höhenmessung kann FLARM mit einem Drucksensor ausgestattet werden. Position, Kurs und Geschwindigkeit werden dann in Intervallen von einer Sekunde mit einer Reichweite von 3 bis 5 km übertragen. Andere Flugzeuge mit FLARM empfangen diese Position und vergleichen sie mit ihrer eigenen Position, ihrer Geschwindigkeit und ihrem Kurs. Wenn auf der Grundlage dieses Vergleichs der zeitliche Abstand zwischen den beiden Flugzeugen zu gering ist, wird ein Alarm ausgelöst.

Im Prinzip ist FLARM immer eingeschaltet. Auf dem Bedienfeld befindet sich eine Modus-Taste, mit der verschiedene Einstellungen vorgenommen werden können (Lautstärke, Art der Warnung, Test usw.). Zusätzlich gibt es eine Reihe von "Status"-Leuchten. Der wichtigste Teil ist jedoch der Anzeigebildschirm, der aus einer vertikalen und einer kreisförmigen Reihe von roten und grünen Leuchtdioden besteht. Diese werden in Bezug auf ein (eigenes) Flugzeugsymbol gruppiert. Die vertikalen LEDs zeigen den relativen Höhenunterschied an; die kreisförmigen LEDs zeigen den relativen Richtungsunterschied an (siehe Abbildung).

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8 6 Flarm neu FLARM
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FLARM verfügt über einen 'Nearest'-Modus und einen 'Collision'-Modus. Im Nearest-Modus zeigen grüne LEDs die relative Richtung (horizontal und vertikal) zum nächstgelegenen Flugzeug mit FLARM an. Sobald FLARM erkennt, dass es aufgrund von Geschwindigkeit und Kurs kurzfristig zu einer Kollision kommen könnte, wird der Kollisionsmodus aktiviert und die Farbe der LEDs wechselt auf rot und ein akustisches Signal ertönt. Es ist dann notwendig, sofort in die Richtung, die das FLARM anzeigt, nach draußen zu schauen, worauf eine entsprechende Korrekturmaßnahme durch den Piloten folgen sollte.

FLARM zeichnet auch den Verlauf des Fluges auf und ist somit ein Flugschreiber. Die Flüge können zur externen Verwendung auf eine Speicherkarte heruntergeladen werden.

Außerdem verfügt FLARM über eine Hindernis-Datenbank. Wird zu nahe an ein Hindernis geflogen, gibt FLARM ebenfalls eine Warnung aus. Denke besonders an Seilbahnen und Stromleitungen in bergigen Gebieten.

Hinweis: Für die Bereitstellung einer jahresaktuellen Hindernis-Datenbank verlangt FLARM eine Lizenzgebühr!

Hinweis: FLARM (Flugalarm) soll das See-and-Avoid-Prinzip unterstützen, nicht ersetzen! Der Pilot selbst ist und bleibt stets für einen sicheren Abstand zu anderen Flugzeugen verantwortlich! Eine weiterführende Erläuterung über FLARM findest du auszugsweise in der Methodik der Segelflugausbildung des DAeC.
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Überziehwarnung

Stall warning

Die Überziehwarnung ist ein Sicherheitssystem in Flugzeugen, das den Piloten vor einem drohenden Strömungsabriss durch Überziehen während des Fluges warnt. Die Überziehwarnung wird durch eine Überziehwarnanlage realisiert, die in der Regel aus einem akustischen Signal und/oder einer Vibration besteht. Die Überziehwarnanlage wird durch Sensoren aktiviert, die den Anstellwinkel des Flugzeugs messen. Wenn der Anstellwinkel zu groß wird und ein Strömungsabriss droht, wird die Überziehwarnanlage aktiviert und warnt den Piloten vor dem drohenden Strömungsabriss. Sie wird bei ca. 5% bis 10% oberhalb der Überziehgeschwindigkeit aktiv.
Merke: Segelflugzeuge die kein ausgeprägtes Abkippverhalten bei Strömungsabriss aufweisen, oder klar erkennbare Warnungen wie Schütteln aufweisen, benötigen keine Überziehwarnung.
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Haubenblitzer

Ein Haubenblitzer ist ein optisches Warnsystem, das in Segelflugzeugen eingesetzt wird, um die Sichtbarkeit des Flugzeugs zu erhöhen und so die Sicherheit im Luftverkehr zu verbessern.

Der Haubenblitzer besteht aus einer Reihe von LED-Leuchten, die in der Haube des Flugzeugs installiert sind und bei Annäherung anderer Flugzeuge oder bei schlechten Sichtverhältnissen automatisch aktiviert werden. Das System ist in der Regel mit einem automatischen Modus ausgestattet, der den Blitzer bei Bewegung des Flugzeugs einschaltet und bei Stillstand am Boden ausschaltet.
8 6 weissblotzann1200iWarnanlagen
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Der Haubenblitzer ist ein erprobtes und zuverlässiges System, das in vielen Segelflugzeugen verbaut ist und zur Verbesserung der Sicherheit im Luftverkehr beiträgt.
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Antikollisionssysteme 2
Quelle für Animation und Bilder: derzeitige Hersteller Warnanlagen für Segelflugzeuge
Fa. K-Duo  ----- Fa. Sotecc ----- Fa. Güntert&Kohlmetz (nur DG-Einsitzer)
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Anti - Collision Licht

Anti-Kollisionslichter, auch bekannt als Positionslichter, sind eine Reihe von Lichtern, die auf jedem Flugzeug erforderlich sind, um die Sichtbarkeit des Flugzeugs zu erhöhen und Kollisionen zu vermeiden. Anti-Kollisionslichter bestehen aus einem roten Blitzlicht (Beacon-Light), das normalerweise am Heck oder am Rumpf des Flugzeugs angebracht ist, und einem weißen Blitzlicht (Strobe), das an den Flügelspitzen des Flugzeugs angebracht ist.

Sie müssen von dem Moment an eingeschaltet werden, wenn der Motor gestartet wird, während des ganzen Fluges und bis der Motor nach dem Abstellen wieder abgeschaltet wird.

Anti-Kollisionslichter verbessern die Sichtbarkeit des Flugzeugs und tragen so zur Verbesserung der Sicherheit im Luftverkehr bei.
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Transponder

Beim Begriff „Transponder“ handelt es sich um ein Kunstwort bestehend aus „Transmitter“ (Sender) und „Responder“ (Antwortgeber).

Der Transponder macht es möglich, dass (Segel-) Flugzeuge auf dem Radar der Flugsicherung und anderen Flugzeugen sichtbar sind, wodurch es möglich ist, Flugzeuge voneinander zu separieren, um so Kollisionen in der Luft zu vermeiden. Innerhalb einer sogenannten TMZ (Transponder mandatory zone) ist der Betrieb eines Transponders verpflichtend.
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8 6 Transponder Transponder Bedienfeld und Einbaugerät (Foto: IRL-Shop)
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Der Transponder „arbeitet“ mit dem RADAR zusammen. Radar steht für "Radio Detection and Ranging", es besitzt die Fähigkeit, mit Hilfe von Funksignalen Richtung und Entfernung zu einem Objekt zu erkennen. Diese Funksignale werden von einem gepulsten Sender gesendet. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Radar: Das Primärradar und das Sekundärradar. Das Primärradars basiert auf dem Reflexionsvermögen des angezielten Objekts. Metall reflektiert besser als Holz oder Kunststoff. Ein Kunststoffsegler ist daher sehr schwer zu erkennen. Außerdem erkennt das Primärradar normalerweise nicht viel mehr als Richtung und Entfernung. Beim Primärradar ist das Objekt also ein passiver Antwortgeber. Das Sekundärradar (der Transponder) hingegen verwendet einen aktiven Antwortgeber. Beim Sekundärradar-Verfahren sendet das Primärradar der Flugsicherung ein codiertes Abfragesignal aus, das von den eingeschalteten Transpondern beantwortet wird. Die Art der Abfrage hängt von der Betriebsart ab, in der das System betrieben wird.

Modus-A

Eine Mode-A-Abfrage fragt nur nach dem eingestellten Transpondercode (Squawk-Code). Für Flüge unter Sichtflugbedingungen (VFR) in Deutschland ist dies der Code 7000. Der Transponder an Bord von Segelflugzeugen muss immer auf diesen Code eingestellt sein. In anderen Ländern kann dies ein anderer Code sein. Wenn du den Code zurücksetzen musst, ist es wichtig, dass du weißt, dass es einige spezielle Codes gibt, die nur unter ganz besonderen Umständen verwendet werden dürfen. Dies sind die Codes 7500 (Hijacking), 7600 (Kommunikationsausfall) und 7700 (Notfall). Du kannst dir vorstellen, dass, wenn einer dieser Codes von einem Flugzeug am Boden empfangen wird, alle möglichen Notdienste alarmiert werden. Im Segelflug sind nur wenige Situationen vorstellbar, die die Verwendung eines dieser Codes rechtfertigen. Eine Entführung (Hijack) kommt eher nicht in Betracht. Kommunikationsausfall bedeutet eine Störung in der Verbindung mit der Flugsicherung während eines Fluges im kontrollierten Luftraum. Eine Notfallsituation bezieht sich auf ein Problem, das eine direkte Auswirkung auf die Flugsicherheit hat.

Modus-C

Eine Mode-C-Abfrage fragt nach der Druckhöhe des Flugzeugs. Die Druckhöhe ist die Höhe über der Oberfläche von 1013,25 hPa. Transponder in Segelflugzeugen haben einen eigenen eingebauten Drucksensor. Die übertragene Druckhöhe wird auf dem Transponder in Flughöhen angezeigt. FL65 bedeutet 6500 Fuß über dem Druckniveau von 1013,25 hPa. Da bei einem Lokalflug der Höhenmesser normalerweise auf QFE und bei einem Überlandflug auf QNH eingestellt ist, ist diese zusätzliche Anzeige der Flugflächen äußerst nützlich, um den vertikalen Abstand zu einem verbotenen Luftraum zu bestimmen, dessen vertikale Ausdehnung normalerweise in Flugflächen angegeben wird.

Modus-S

Heutzutage werden Flugzeuge im Mode-S abgefragt. Modus-S kombiniert die Abfragen von Modus-A und Modus-C mit zusätzlichen Fragen. Im Mode-S können neben dem eingestellten Transpondercode und der Druckhöhe auch Flugzeugtyp, Flugzeugkennung, Position, Kurs und Geschwindigkeit etc. abgefragt werden. Der Flugzeugtyp und die Kennung sind im Transponder vorprogrammiert. Position, Kurs und Geschwindigkeit können auch vom Navigationscomputer abgerufen werden.

ADS-B
Eine sehr junge Entwicklung ist ADS-B. Dies steht für Automatic Dependant Surveillance - Broadcast. Im Gegensatz zu Transpondern sendet ADS-B die o.g. Informationen ungefragt und regelmäßig. Es werden keine Abfragestationen mehr benötigt. ADS-B macht es möglich, dass jeder, der einen geeigneten Empfänger hat, diese Informationen "sehen" kann. Das sind die Fluglotsen am Boden, aber auch die Flugzeuge in der Luft. Auf diese Weise kann ADS-B, genau wie FLARM, in Zukunft dazu beitragen, Kollisionen in der Luft zu verhindern.
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8.6.10  g-Messer (Beschleunigungsmesser)

Segelflugzeuge, die für Kunstflug eingesetzt werden, müssen mit einem g-Messer ausgestattet sein. Dies ist ein Instrument, das dem Piloten Informationen über die g-Belastung des Flugzeugs liefert. Die g-Belastung ist das Vielfache der auf das Flugzeug wirkenden Erdbeschleunigung. Ein anderes Wort für g-Last ist der Lastfaktor 'n'. Aus dem Kurs 'Grundlagen des Segelflugs' ist bekannt, dass der Lastfaktor gleich dem Verhältnis zwischen Last L und Gewicht W ist (n = L/W). Im stationären Geradeausflug ist die Last gleich dem Gewicht und der Belastungsfaktor somit dem 1-fachen der Erdbeschleunigung, also 1.g oder noch kürzer 1. Bei 0.g ist die Gewichtskraft null und man spricht von Schwerelosigkeit. Ist die Gewichtskraft größer als Null, spricht man von positiv-g; ist die Gewichtskraft negativ, spricht man von negativ-g.

Aus Festigkeitsgründen wird das Flugzeug für eine bestimmte Kategorie mit Werten für die maximal positiven und negativen g-Belastungen zertifiziert. Die maximale negative g-Belastung ist immer kleiner als die maximale positive g-Belastung. Der Kunstflugpilot muss diese Werte kennen und sicherstellen, dass sie nicht überschritten werden.

Bauweise

Das Gerät verfügt über einen Beschleunigungsmesser, der auf die Hochachse des Flugzeugs ausgerichtet ist. Der Beschleunigungsaufnehmer besteht aus einer gefederten Masse, die ein Dreizeiger-System betätigt. Je nach Belastung wird die Masse mehr oder weniger weit ausgelenkt, wodurch die Feder mehr oder weniger stark ausgedehnt wird. Ein Zeiger folgt kontinuierlich der Bewegung der Masse. Die beiden anderen Zeiger werden durch den ersten Zeiger mitgeschleppt (Schleppzeiger) und verbleiben bei der maximal erreichten positiven und negativen g-Belastung stehen).

Auf der Vorderseite des Geräts befindet sich eine Taste zum "Zurücksetzen" der Maximalzeiger und zum "Verriegeln" des Geräts, um den sehr empfindlichen Mechanismus vor Stößen beim Bodentransport zu schützen.

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8 6 3 x g MesserDiverse g-Messer (Fotos: IRL-Shop, Förderverein Segelkunstflug)

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8.6.11  Elektronische Instrumentensysteme

Integrated instruments: electronic displays
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Bildschirmanzeigen

Display units

Es gibt neben den analogen Instrumenten auch viele Anzeigen in elektronischer Form.

  • Digitale Höhenmesser;
  • GPS Geräte;
  • Navigationscomputer;
  • FLARM;
  • Transponder
  • Elektronisches Variometer
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Digitale Höhenmesser

Digitale Höhenmesser benutzen meist auch die barometrische Messmethode und zeigen die Druck- und damit die Höhenänderung zur Ausgangshöhe auf einem elektronischen Display an. 

8 6 Digitaler Höhenmesser
ACD5 1920x1920xx
Air Control Display Höhenmesser
Digitale Höhenmesser (Fotos: Display App und IRL-Shop)
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Elektronisches Variometer

Der große Nachteil von mechanischen Variometern ist die Langsamkeit der Anzeige, wodurch man das „Steigen“ oft eher fühlt als sieht. Diese Trägheit wird teilweise durch (die Reibung des) Mechanismus verursacht, ist aber größtenteils darauf zurückzuführen, dass sich erst eine Druckdifferenz im Gerät aufbauen muss, bevor der Mechanismus reagieren kann.

Die mechanische Reibung kann durch den Einsatz elektrischer Sensoren, zur Verarbeitung und zur Anzeige verhindert werden. Die ersten elektrischen Variometer verwendeten zwei temperaturabhängige elektrische Widerstände, die hintereinander in der Luftleitung zwischen Ausgleichsgefäß und Gerät montiert waren.

Während des Steigfluges strömt Luft aus dem Ausgleichsgefäß und ein Widerstand wird stärker gekühlt als der andere. Beim Abstieg geschieht das Gegenteil. Aus der Widerstandsdifferenz resultiert ein elektrischer Strom, der ohne Zeitverzögerung in eine Anzeige mit einem elektrisch angetriebenen mechanischen Zeiger umgesetzt wird.

Moderne, elektronische Variometer verwenden einen druckempfindlichen Sensor und zeigen den errechneten Wert auf einem Display an. Die Vorteile der elektronischen Verarbeitung sind zahlreich. Zusätzlich zu der bereits erwähnten schnellen Anzeige können der Skalenbereich und der Kompensationsgrad für die Knüppelthermik eingestellt werden. Darüber hinaus kann die vertikale Geschwindigkeit mit Hilfe von Tonsignalen hörbar gemacht werden.

Elektronisches Variometer (Foto: IRL-Shop)
8 6 Kurskreisel

Schließlich ist die zunehmende Integration mit modernen Flugoptimierungs- und Navigationsrechnern zu erwähnen. Der Nachteil dagegen ist und bleibt die Abhängigkeit vom Strom.

 

Anzeigeger = Inst-1; Luftrwert = Inst-2; Variometer = Inst-4; Fahrtmesser = Inst-5; Kompass = Inst-6; Kreisel = Inst-7; Komm = Inst-8; Alarm = Inst-9; g-messer = Inst-10; El Inst = Inst-11; Höhenmesser = Baro8; Flarm = Flarm-8; Kugellibelle = kuglib

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