Basiswissen Airline Operations (3) ( Gastautor werden )

Treibstoffverbrauch hängt von der Masse, vom Wind und von der Temperatur ab

28.04.2015 - 13:01 0 Kommentare

Bevor die Piloten ins Cockpit steigen, haben Flugdienstberater bereits die Route definiert und die Mindest-Treibstoffmengen errechnet. Was sie dabei zu beachten haben, erklärt Airline-Operations-Experte 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

Im letzten Tutorial wurde gezeigt, wie die Abteilung Flight Operations Positionen, Kurse (Tracks) und Distanzen entlang eines Minimum Time Tracks (MTT) in den Flugdurchführungsplan ("Operational Flight Plan", OFP) überträgt:

© airliners.de Lesen Sie zunächst: Basiswissen Airline Operations (2): Flight-Operations ermittelt den effizientesten Flugweg

Zur weiteren Berechnung des Flugdurchführungsplans benötigt der Flugdienstberater nun auch Wind- und Temperaturangaben, um damit für jeden Streckenabschnitt die Geschwindigkeit über Grund, die Flugzeit und den Kraftstoffbedarf zu ermitteln.

Alle sechs Stunden werden von den zuständigen Wetterdiensten die Ergebnisse der Wettermodellberechnungen veröffentlicht. Dies geschieht unter anderem durch Wetterkarten, die Teil des Briefingpaketes sind, welches Flight OPS an die Cockpitbesatzung übergibt. Die Wetterdienste berechnen verschiedene Wetterdaten jeweils für bestimmte Punkte eines die Erdkugel umspannenden Gitters.

Ausschnitt aus einer Windkarte mit Windangaben über Zentraleuropa

Ausschnitt aus einer Windkarte mit Windangaben über Zentraleuropa. © Matthias Baier

Neben einer Karte zur Darstellung signifikanten Wetters wie Wolken, Starkwindfelder, Vereisungs- und Turbulenzgebieten zeigen Windkarten für die Flugflächen 100, 180, 240, 300, 340 und 390 (Flugfläche 100 entspricht 10.000 Fuß Standarddruckhöhe) die vorhergesagten Windgeschwindigkeiten und -richtungen sowie die Temperatur.

Die Lufttemperaturangabe wird zur Bestimmung der relativen Geschwindigkeit des Flugzeuges gegenüber der Luft (True Airspeed, TAS) benötigt. Sofern nach festgelegter Machzahl geflogen wird (beispielsweise Mach 0,86 bei einer Boeing 747-400, was 86 Prozent der Schallgeschwindigkeit entspricht, die wiederum temperaturabhängig ist), entnimmt der Flugplaner die Fluggeschwindigkeit auf den jeweiligen Streckenabschnitten einer einfachen Tabelle:

True Airspeed bei Mach .86
OAT [°C] -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65 -70
TAS [KTS] 523 517 512 506 501 495 489 484 478

Flugzeiten sind von Winden abhängig

Anders als im Auto kann man anhand der im Cockpit angezeigten Geschwindigkeit nicht einfach auf die benötigte Zeit zum Zurücklegen einer Strecke am Boden schließen. Die True Airspeed gibt nämlich lediglich die Geschwindigkeit des Flugzeuges in der Luftmasse an. Diese Geschwindigkeitsangabe allein wäre aber nur bei absoluter Windstille ausreichend, um die Flugzeit zwischen zwei Punkten auf der Erdoberfläche zu bestimmen.

Bei starken Winden können die von den Flugzeuginstrumenten gemessene und im Cockpit angezeigte True Airspeed und die tatsächliche Geschwindigkeit über dem Boden (Ground Speed, GS) erheblich voneinander abweichen. Daher muss der Flugplaner mit Hilfe der Windangaben und Vektorrechnung für jeden Streckenabschnitt die Ground Speed bestimmen. Damit kann er dann auch die Flugzeiten zwischen den Streckensegmenten sowie die Gesamtflugzeit bestimmen. Alle Werte werden im Flugdurchführungsplan eingetragen:

Beispiel-OFP für die Strecke Frankfurt – WLT mit Windangaben, Geschwindigkeiten und Flugzeiten. © Matthias Baier

Dann folgt die Berechnung der Kraftstoffmenge für den Flug. Dazu bedient sich der Flugplaner verschiedener Graphen und Tabellen aus dem Airplane Operations Manual. Die dort enthaltenen Daten werden vom Flugzeughersteller ermittelt und von der Fluggesellschaft aktuell gehalten. Aufgrund der Abhängigkeit des Kraftstoffverbrauchs von der Masse und den beteiligten Massengrößen ist eine Kraftstoffbedarfsrechnung in Litern pro 100 Kilometern wie etwa beim Auto zu grob und ungenau. Dasselbe Flugzeug verbraucht selbst unter den gleichen Umgebungsbedingungen wie Wind und Lufttemperatur bei größerer Zuladung mehr Kraftstoff.

Da aber während des Fluges die Gesamtmasse des Flugzeuges kontinuierlich kleiner wird, reduziert sich der Verbrauch ebenso. Denn: Mit jedem Liter verbrauchtem Kraftstoff verbraucht das Flugzeug weniger. Diese Abhängigkeit durch Formeln bei jedem Flug neu zu berechnen, wäre zu unhandlich, so dass die numerische Lösung dieses Problems ebenso in Form von Tabellen den Flugplanern und Cockpitbesatzungen im Airplane Operations Handbook zur Verfügung gestellt wird.

Neben dem tatsächlich zu erwartenden Verbrauch für einen Flug werden dann noch Kraftstoffreserven festgelegt. Bei den Berechnungen müssen die Flugplaner gesetzliche Vorgaben berücksichtigen, die genau definieren, wie viel Treibstoff vor dem Start mindestens im Tank sein muss.

Treibstoff-Mindestmengen sind gesetzlich vorgeschrieben

Die gesetzlichen Vorgaben verlangen Kraftstoff für den Flug vom Startflughafen zum Zielflughafen (Trip Fuel) und zusätzlich fünf Prozent dieser Menge für eventuellen Mehrverbrauch (Contingency Fuel). Dieser kann durch Abweichungen des Windes von den vorhergesagten Daten oder durch Zuweisung einer anderen als der geplanten Flughöhe entstehen. Falls eine Landung am Zielflughafen nicht möglich ist (beispielsweise wegen schlechten Wetters), muss noch Kraftstoff für den Flug zum Ausweichflughafen mitgenommen werden (Alternate Fuel). Da in diesem Fall nicht davon ausgegangen werden darf, sofort dort zu landen, muss noch Kraftstoff für 30 Minuten Warteschleifen (Final Reserve Fuel) mitgenommen werden. Die Summe aus den vier vorgeschriebenen Kraftstoffmengen wird Minimum Take-off Fuel genannt, und muss beim Beginn des Startlaufs auf der Startbahn im Tank sein.

Der Kapitän entscheidet, wie viel getankt wird

Am Ende der Berechnungen stehen dann im Flugdurchführungsplan die Kraftstoffmengen Trip Fuel, Contingency Fuel, Alternate Fuel und Final Reserve Fuel (siehe Kasten). Später bestimmt der Kapitän noch die Kraftstoffmenge, die sich vor dem Losrollen des Flugzeuges im Tank befinden soll. Diese wird Block Fuel genannt und enthält neben dem bisher bestimmten Minimum Take-off Fuel noch Extrakraftstoff, etwa für erwartete Warteschleifen am Zielort oder für das Umfliegen schlechten Wetters unterwegs sowie Taxi Fuel zum Rollen von der Parkposition bis zur Startbahn. Allein das kann je nach Flughafen bei einer Boeing 747-400 zwischen 800 und 1.200 Kilogramm Kerosin verbrauchen.

Aus den bisher beschriebenen Schritten wird deutlich, wie zeitaufwendig die Erstellung eines Operational Flight Plan ist. Die manuelle Flugplanung wird daher in den meisten Fällen nur zu Übungszwecken durchgeführt. Im täglichen Betrieb werden OFPs mit Hilfe von Flugplanungsprogrammen erstellt. Alles, was der Flugplaner dazu braucht, ist neben Flugzeugregistrierung, Abflugzeit und Start- und Zielflugplatz die Masse der Zuladung. Kurze Zeit nach Übermitteln dieser Daten erhält der Flugplaner dann einen automatisch erstellten Flugdurchführungsplan. Das Flugplanungsprogramm sucht dabei anhand der verfügbaren Winddaten die effizienteste Route und wählt abhängig von der Masse die passende Flughöhe.

Einen Auszug aus dem OFP leitet der Flugplaner an die Flugsicherung weiter. Dieser sogenannte ATC-Flugplan (ATC steht für Air Traffic Control) enthält Angaben über die geplante Flugroute, -höhe und -zeiten und sollte im Idealfall spätestens drei Stunden vor geplanter Abflugzeit der Flugsicherung übermittelt werden. Hier wird klar, dass der Flugplaner nur die geschätzte Zuladungsmasse zur Flugplanerstellung verwenden kann, denn der Check-in der Passagiere hat zu diesem Zeitpunkt meist noch gar nicht begonnen. Da der benötigte Kraftstoff von der Gesamtmasse des Flugzeuges abhängig ist, berechnen manche Fluggesellschaften nach Einchecken der Passagiere nochmals einen Flugplan, um nur so wenig Kraftstoff wie gesetzlich gefordert mitzunehmen.

Der Flugdurchführungsplan wird zusammen mit den Wetterdaten und weiteren Informationen der Cockpitbesatzung übergeben. Dies geschieht im Rahmen eines Briefings zwischen Flugdienstberater und Piloten oder im Selfbriefing-Verfahren, bei dem die Piloten die vom Flugplaner im Computer bereitgestellten Dokumente abrufen. Anschließend wird die vom Kapitän gewünschte Block-Fuel-Masse vom Flugplaner noch an Ground OPS, Ramp OPS sowie die Tankgesellschaft übermittelt. Dann ist die Arbeit der Flight OPS für diesen Flug abgeschlossen.

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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