Basiswissen Airline Operations (4)

Bei der Beladung kommt es auf die Verteilung an

26.05.2015 - 13:29 0 Kommentare

Ohne eine intensive Vorbereitung durch die Operations-Mitarbeiter hebt kein Verkehrsflugzeug ab. Wie die Beladung geplant und ideal an Bord verteilt wird, erklärt heute Airline-Operations-Spezialist Matthias Baier.

Die Bezeichnung Operations (OPS) wird in der Luftfahrt für unterschiedliche Aufgaben verwendet.  - © © AirTeamImages.com/airliners.de - JHribar/Montage: airliners.de

Die Bezeichnung Operations (OPS) wird in der Luftfahrt für unterschiedliche Aufgaben verwendet. © AirTeamImages.com/airliners.de /JHribar/Montage: airliners.de

Nach Abschluss der Arbeiten am Flugdurchführungsplan (Operational Flight Plan, siehe OPS-Tutorial Folge 2 und Folge 3) durch die Mitarbeiter im "Flight Operations", werden die benötigten Kraftstoffmengen für einen Flug an die Abteilung "Ground Operations" übermittelt.

Die Hauptaufgabe von Ground Operations ist, neben der Beschaffung und Verteilung von Abfertigungsdaten, die Ladeplanung. Hierbei werden die Zuladung und letztlich die Flugzeuggesamtmasse sowie die Lage des Schwerpunktes bestimmt. Alle Parameter müssen sich zur sicheren Durchführung des Fluges innerhalb bestimmter Grenzen befinden.

Flugzeuge werden vor dem Flug nicht gewogen

Da Flugzeuge im täglichen Betrieb nicht gewogen werden, wird die Gesamtmasse des Flugzeuges beim Abheben durch Addition verschiedener Einzelmassen berechnet. Ausgangspunkt der Berechnungen ist die „Betriebsleermasse“ des Flugzeuges („Dry Operating Mass“, DOM). Diese ergibt sich aus der eigentlichen Flugzeugleermasse, die alle vier Jahre im Rahmen von technischen Überprüfungen durch Wägung ermittelt wird. Hinzu kommen die Massen für die Crew inklusive Crewgepäck, für die Bordverpflegung und das Trinkwasser. Ein Flugzeug mit dieser Masse ist betriebsbereit, es fehlen nur noch Kraftstoff und die Zuladung.

Die „Dry Operating Mass“ kann durch unterschiedliche betriebliche Anforderungen variieren. Wenn beispielsweise bei einem Kurzstreckenflug kein warmes Essen, Kissen und Decken an Bord verteilt und dementsprechend nicht mitgeführt werden, ergibt sich für das gleiche Flugzeug eine geringere Masse als bei einem längeren Flug mit einer großen Auswahl an Verpflegung. Die Fluggesellschaft bestimmt die jeweils gültige „Dry Operating Mass“ passend zum jeweils vorgesehenen Einsatz und stellt diese Daten in ihren Betriebshandbüchern Ground OPS zur Verfügung.

Hinzu kommt die Masse der Zuladung („Payload“, auch „Traffic Load“), auf Deutsch auch Nutzlast genannt. Diese ergibt sich aus der Summe der beim Einchecken durch Wägung ermittelten Einzelmassen von Gepäck, Fracht und Post sowie der Masse der Passagiere. Letztere werden natürlich nicht gewogen, denn die Verwendung von Durchschnittswerten ist in dieser persönlichen Frage in der Verkehrsfliegerei hinreichend genau.

Ein Standardpassagier wiegt 83 Kilogramm

Laut den gesetzlichen Vorschriften sollen als Passagiermassen zum Beispiel im Feriencharterverkehr 83 Kilogramm pro männlichem Passagier und 69 Kilogramm pro weiblichem Passagier verwendet werden. Kinder ab einem Alter von zwei Jahren schlagen mit 35 Kilogramm zu Buche, während Kinder bis zu zwei Jahren zwar zahlenmäßig erfasst werden, aber rechnerisch nichts zur Gesamtmasse der Passagiere beitragen. Die hier genannten Massen schließen das Handgepäck mit ein.

„Dry Operating Mass“ zuzüglich „Payload“ ergibt die „Leertankmasse“ („Zero Fuel Mass“, ZFM). Das Flugzeug ist nun betriebsbereit und beladen. Jetzt prüft der Ladeplaner auch das erste Mal, ob eventuell ein Limit überschritten wird. Denn selbst am Boden kann eine zu schwere Beladung Probleme verursachen: Die Verbindung der Tragflächen mit dem Flugzeugrumpf ist äußerst stabil. Fehlt jedoch der Kraftstoff in den Tragflächentanks als ausgleichendes Moment, kann es zu strukturellen Schäden an dieser Verbindung kommen, obwohl noch gar nicht die maximale Startmasse erreicht wurde. Demzufolge ist die „Zero Fuel Mass“ beschränkt. Kommt es hier zu Überschreitungen, muss die Nutzlast reduziert werden.

Der Ladeplaner errechnet nun die „Startmasse“ („Take-off Mass“, TOM) aus der aktuellen („Zero Fuel Mass“) und der Masse des Take-off Fuels aus der Flugplanung:

© airliners.de Lesen Sie auch: Basiswissen Airline Operations (3): Treibstoffverbrauch hängt von der Masse, vom Wind und von der Temperatur ab

Die aktuelle „Take-off Mass“ darf niemals größer sein als die maximal zulässige Startmasse („Maximum Allowed Take-Off Mass“, MALTOM), die vor jedem Flug ermittelt wird. Sie ist abhängig von der Leistungsfähigkeit des Flugzeuges, die wiederum abhängig ist von Wind, Lufttemperatur, Luftdruck, Startbahnlänge und Startbahnbeschaffenheit.

So kann es beispielsweise bei einer nassen Startbahn zu Reduzierungen des MALTOM im Vergleich zu einer trockenen Startbahn kommen, da ansonsten bei einem eventuellen Notfall nicht genügend Stoppstrecke vorhanden sein kann und gleichzeitig nicht genügend Startbahn zum Beschleunigen vorhanden ist, das Flugzeug trotzdem mit ausreichender Geschwindigkeit abheben zu lassen. Ebenso müssen strukturell bedingte Limits beachtet werden. Ein Überschreiten könnte zu Beschädigungen an Fahrwerk und Rumpf führen oder ein Abheben unmöglich machen.

Dies gilt natürlich auch für die „Landemasse“ („Landing Mass“, LM). Sie ergibt sich aus Subtraktion des Tripfuel von der „Take-off Mass“. Limitierend wirkt hier die maximal mögliche Belastung des Fahrwerks und der Struktur, die bei der Landung zusätzlich zur Gesamtmasse des Flugzeuges noch durch den Landestoß durch Aufsetzen der Räder auf der Landebahn, belastet werden.

Daraus folgt, dass die „Maximum Landing Mass“ unter der „Maximum Take-Off Mass“ liegen muss. Auch müssen hier Leistungsfaktoren, wie die Landebahnlänge, die Landebahnbeschaffenheit und meteorologische Bedingungen berücksichtigt werden. So ist der Bremsweg auf einem hoch gelegenen Flugplatz mit nasser Bahn erwartungsgemäß länger als auf einer trockenen Bahn eines Flugplatzes auf Meereshöhe. Die sich dann ergebende Masse wird als maximal zulässige Landemasse bezeichnet („Maximum Allowed Landing Mass“, MALLM).

Der Schwerpunkt ist variabel

Als Schwerpunkt gilt ein für ein System von Massepunkten (z.B. ein Flugzeug) definierter Punkt, der sich unter der Einwirkung von den an den einzelnen Massepunkten (Nutzlast, Struktur, Antrieb, Kraftstoff) angreifenden Kräften so verhält, als ob die gesamte Masse des Systems in diesem Punkt vereinigt wäre. Dieses System wird bei Unterstützung im Schwerpunkt in jeder beliebigen Lage als „im Gleichgewicht“ bezeichnet.

Anschaulich lässt sich die Lage des Schwerpunktes bei einer Wippe, wie sie üblicherweise auf Kinderspielplätzen zu finden ist, erklären. Sitzen auf der Wippe zwei Personen mit der gleichen Masse und dem gleichen Abstand vom Unterstützungspunkt entgegengesetzt zueinander, befindet sich der Schwerpunkt und der Unterstützungspunkt an der gleichen Stelle: die Wippe ist im Gleichgewicht.

Wird bei gleicher Masse der Personen der Abstand zum Auflagepunkt einseitig verändert, wandert der Schwerpunkt aufgrund der unterschiedlichen Länge des Hebelarmes in Richtung des längeren Hebels. Die Wippe bewegt sich auf dieser Seite nach unten. Analog dazu lassen sich Unterschiede in den Einzelmassen durch Veränderung der Länge des Hebelarmes derart ausgleichen, als dass eine Verlagerung des Schwerpunktes hin zum Unterstützungspunkt wieder zu einem Gleichgewicht führen kann.

Bei einem Flugzeug vereinigen sich alle Auftriebskräfte im Auftriebspunkt. Dies gilt als der Unterstützungspunkt. Der Auftriebspunkt muss sich innerhalb der von der Tragfläche aufgespannten geometrischen Fläche befinden, da dort der wesentliche Auftrieb erzeugt wird.

Bei der Beladung kommt es auf die Verteilung an

Neben der Bestimmung und Überprüfung der Massen muss sich der Ladeplaner von Ground OPS auch Gedanken über die Ladungsverteilung machen. Diese hat nämlich Auswirkungen auf den Schwerpunkt („Centre of Gravity“, CG) des Flugzeuges. Durch unterschiedliche Beladung lässt sich der Schwerpunkt eines Flugzeugs dabei über einen weiten Bereich verschieben.

Ziel des Ladeplaners ist es dabei, die maximal zulässigen Massen nicht zu überschreiten und eine günstige Verteilung der Payload innerhalb der für den Schwerpunkt zulässigen Grenzen sicherzustellen. Zur Ladeplanung wird ein Computerprogramm oder ein Formblatt („Load- & Trimsheet“) verwendet. Das Formblatt ist aufgeteilt in die Beladungsberechnung („Loadsheet“) auf der linken Seite und die Schwerpunktberechnung („Trimsheet“) auf der rechten Seite. Die wesentlichen Berechnungen werden durch ein Rechenschema vereinfacht.

Die ideale Lage des Schwerpunktes bei einem Verkehrsflugzeug ist im letzten Drittel des zulässigen Bereiches, jedoch nicht am hinteren Limit. Das Flugzeug befindet sich dann durch geschickte Verteilung der Payload in einer „natürlichen“ Fluglage (Flugzeugnase befindet sich rund zwei Grad über dem Horizont), die sonst nur durch Auslenkung von Steuerflächen erreicht werden kann. Die Auslenkung von Steuerflächen bewirkt jedoch ein Anstieg des Luftwiderstandes.

Als Faustregel gilt folgende Nutzlastverteilung als ideal:

  • Ein Drittel der Payload im vorderen Bereich
  • Zwei Drittel der Payload im hinteren Bereich des Flugzeuges

Da jeder Flugzeugtyp Besonderheiten aufweist, kann dies nur der groben Orientierung dienen. Eine Überprüfung im Einzelnen mit Hilfe des Flugbetriebshandbuches des jeweiligen Flugzeuges ist unerlässlich, denn Fehler können sich gravierend auf Kraftstoffverbrauch und Flugsicherheit auswirken.

Fehler bei der Nutzlastverteilung können fatale Folgen haben

Wird zum Beispiel schwere Payload ausschließlich in den vorderen Bereich des Flugzeuges oder zu weit nach vorne geladen, ergibt sich ein kopflastig geladenes Flugzeug. Das Flugzeug wird nun stark nach vorne unten gezogen. Dieses Moment muss durch das Höhenruder am Heck des Flugzeuges ausgeglichen werden, um das Flugzeug in eine horizontale Fluglage zu bringen. Konstruktionsbedingt ist dies nur bis zu einer bestimmten Grenze möglich. Befindet sich der Schwerpunkt zu weit vorne, lässt sich die Flugzeugnase etwa beim Start nicht mehr ausreichend anheben, das Flugzeug wird nicht abheben.

Liegt der Schwerpunkt innerhalb der Grenzen, aber sehr weit vorne, wirkt sich dies negativ auf die Flugleistung aus. Der am Höhenruder für Erreichen des Gleichgewichts notwendigerweise erzeugte Abtrieb muss durch mehr Auftrieb an den Tragflächen ausgeglichen werden. Ein Anstieg des Luftwiderstandes ist die Folge, was eine längere Startstrecke und während des Fluges eine höhere Triebwerksleistung erforderlich macht.

Eine Verladung der Payload zu weit nach hinten, lässt das Flugzeug dagegen hecklastig werden. Ein so geladenes Flugzeug neigt beim Start zum Überrotieren, das heißt die Flugzeugnase kann sich schneller heben als gewöhnlich. Wird diese Tendenz jetzt entgegen der eigentlichen Steuereingabe (Ziehen) nicht durch Drücken der Steuersäule aktiv beendet, droht ein Aufsetzen des Hecks auf der Startbahn.

Neben der ebenfalls konstruktionsbedingten Grenze der Ausgleichsmöglichkeit durch das Höhenleitwerk, kann diese Bewegung darüber hinaus zu einem starken Ansteigen des Anstellwinkels und schließlich zu einem Strömungsabriss, also einem Zusammenbruch der auftriebserzeugenden Strömung auf der Oberseite der Tragfläche, führen, mit möglicherweise fatalen Folgen.

Einen Beispielflug und welche Informationen Ground OPS nach Abschluss der Ladeplanung weiterleitet, werden wir uns im nächsten Teil des Tutorials genauer ansehen.

Über den Autor

Einmal im Monat veröffentlicht Airline-Operations-Experte Matthias Baier auf airliners.de ein neues Basiswissen-Tutorial. Alle Luftverkehrs-Tutorials lesen.

Matthias Baier Matthias Baier ist Lehrer bei der Schule für Touristik in Frankfurt und Autor des Fachbuchs "Operations", aus dessen aktualisierter Version airliners.de einen Auszug veröffentlicht. Übungsaufgaben hierzu finden Sie im Gästebereich der Lernplattform der Schule für Touristik.

Von: Matthias Baier für airliners.de
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