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Warum An- und Abflugrouten so komplex sind

19.10.2017 - 08:05 0 Kommentare

Wie Flugzeuge rund um Flughäfen fliegen sollen, beschäftigt wegen des Fluglärms ganze Landstriche. Langstreckenpilot Nikolaus Braun erklärt, warum An- und Abflugrouten für Flugzeuge trotz GPS nicht einfach ganz genau festgelegt werden können.

Lufthansa-Flugzeug im Landeanflug am Airport Frankfurt - © © dpa - Frederik von Erichsen

Lufthansa-Flugzeug im Landeanflug am Airport Frankfurt © dpa /Frederik von Erichsen

Verkehrsflugzeuge, wie sie heute üblicherweise in Westeuropa eingesetzt werden, sind deutlich leiser als ihre Vorgänger – aber sie verursachen immer noch ein gewisses Maß an Lärm. Bei der Festlegung von Flugrouten rund um Flughäfen ist das Thema Lärmschutz daher ein wichtigsten Anliegen – aber es ist bei weitem nicht das einzige.

So müssen etwa die verschiedenen Voraussetzungen verschiedener Flugzeugtypen - aber auch Hindernisse am Boden mit einbezogen werden. Dieser Beitrag soll eine Übersicht zu den operativen Hintergründen bei der Festlegung von An- und Abflugverfahren geben.

Warum können Abflugrouten nicht einfach mit GPS ganz genau festgelegt werden?

Martin P.

Ist ein Flugzeug abgehoben und das Fahrwerk eingefahren, ist es zwar im Steigflug, aber noch recht nahe am Boden. Dazu sind in der Regel noch Teile der Landeklappen ausgefahren, die trotz des Namens auch hier beim Start den Auftrieb erhöhen. Die Piloten nutzen diese Hilfen bis zum Erreichen der sogenannten Beschleunigungshöhe.

In dieser Höhe wird die Beschleunigung eingeleitet und in der Regel zeitgleich die Motorleistung von der Startleistung auf die Leistung für den Steigflug reduziert. Die Flugzeugnase wird abgesenkt, das Flugzeug steigt langsamer und erhöht dafür die Geschwindigkeit. Wenn bestimmte Geschwindigkeiten überschritten werden, können die Klappen eingefahren werden: Der Auftrieb der Tragfläche reicht jetzt aus und der Widerstand nimmt ab.

Dies geschieht mitunter mehrfach - bis alle Auftriebshilfen vollständig eingefahren sind und das Flugzeug "clean" ist. Ist die sichere Mindestgeschwindigkeit für diese "Clean-Konfiguration" erreicht, wird die Flugzeugnase wieder angehoben: Der Anstellwinkel steigt, die Beschleunigung endet und mit konstanter Geschwindigkeit steigt das Flugzeug schneller nach oben.

Wie groß genau diese Geschwindigkeiten sind und wo sie erreicht werden, hängt oft vom Gewicht des Flugzeugs beim Start ab: Je schwerer das Flugzeug ist, umso länger dauert die Beschleunigung und umso höhere Geschwindigkeiten müssen erreicht werden.

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Bei einem Airbus A340 ist die Bandbreite für die sichere Mindestgeschwindigkeit nach dem Start "clean" zwischen 195 und 268 Knoten (361-496 km/h) – abhängig vom Startgewicht. Bei anderen Flugzeugtypen kann die Geschwindigkeits-Bandbreite ganz anders ausfallen.

Ein weiterer Faktor kommt noch hinzu: In welcher Höhe die Beschleunigungsphase beginnt, können die Airlines in bestimmten Grenzen selber entscheiden - sofern es nicht lokal anders vorgeschrieben ist. Typische Werte liegen zwischen 800 und 3000 Fuß, meistens aber zwischen 1000 und 1500 Fuß Höhe über dem Startflugplatz.

Schon mit diesen wenigen Informationen wird deutlich, dass der vertikale Flugweg eines Flugzeugs nach dem Start sehr schwierig vorherzusagen ist. Für den Fluglotsen kommen noch zwei weitere Probleme hinzu: Das Gelände am Boden und der ankommende Verkehr von oben: Von beiden muss das abfliegende Flugzeug ferngehalten werden.

Die "Standard Instrument Departure" gibt Navigationsanweisungen

Damit der Flugweg über Grund kein Zufallsprodukt ist, werden Abflugstrecken gestaltet und durch die Fluglosten den Piloten zugewiesen. Die Gestaltung dieser "Standard Instrument Departures" (SID) ist eine hoch komplexe Angelegenheit, bei der eine Vielzahl an Regeln eingehalten werden muss.

Dabei sind die grundlegenden Anforderungen eigentlich ganz einfach: Jedes Verkehrsflugzeug muss per Zulassung jederzeit eine Mindeststeigleistung während all der eingangs erläuterten Segmente leisten. Denkt man sich ein Flugzeug auf diesem Minimal-Profil und rechnet Puffer zu den Seiten und in der Höhe hinzu, bekommt man einen Bereich, der frei von Hindernissen sein muss.

Die Kunst besteht darin, bei der Flugroutengestaltung mit möglichst wenig Kurven alle Hindernisse zu umkurven, seien es Berge, Türme, Sperrgebiete oder auch einfach nur Ortschaften. Komplex wird es alleine schon bei der Frage, wie denn eine Kurve gestaltet wird: Je schneller ein Flugzeug fliegt, umso größer wird der Kurvenradius.

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Ist der Kurs zu und von einem Punkt definiert, muss ein schneller fliegendes Flugzeug entsprechend schon weit vor dem Knickpunkt die Kurve beginnen, um den nächsten Kurs nicht zu überschießen. Ein langsames Flugzeug hingegen würde erst sehr viel später die Kurve beginnen. Und ist eine Kurve erst eingeleitet, kann man nicht in Slalom-Manier sofort zurückschwenken, sondern muss dem Flugzeug Platz einräumen, damit es die Kurvenlage ändern kann.

Für die Piloten stellt das Abfliegen einer SID eine gewisse Herausforderung dar. Klassisch wurden SIDs über Funkfeuer definiert: "Fliege den Kurs in Richtung des Funkfeuers ABC bis zur Distanz von X,Y Meilen vor dem Funkfeuer, dort auf den neuen Kurs abbiegen bis der Kurs STU vom Funkfeuer DEF gekreuzt wird..." Mit Trägheitsnavigationsverfahren kann die Route auf dem Navigationsdisplay dargestellt werden und es erfolgt eine Führung entlang der vorgeschriebenen Punkte.

Sind die Trägheitsnavigationssysteme ausreichend präzise, wie beispielsweise durch die Kopplung mit einem GPS, können auch Routen basierend auf frei definierten Punkte abgeflogen werden. Diese Punkte werden nur noch als Koordinate definiert und haben keinen Bezug zu einem Funkfeuer mehr. Eine Abflugroute könnte dann als Auflistung der Punkte gestaltet sein: "DA101 DA102 DA103…" Erst die grafische Darstellung auf dem Display verdeutlicht, wie die Lage der Punkte zueinander gestaltet ist.

Mit sehr modernen Systemen mit hochgradig präziser Navigationsgenauigkeit lassen sich so noch weitere Funktionen nutzen, die in Zukunft zu noch präziser definierten Abflugstrecken führen werden.

Warum können anfliegende Flugzeuge nicht einfach die selben Routen wie abfliegende Flugzeuge benutzen?

Martin P.

Anfliegende Flugzeuge haben ebenfalls ihre eigenen Beschränkungen: Sie können nicht beliebig steil sinken, die Ankunftszeit kann kaum beeinflusst werden und sie werden "abgebremst" werden müssen.

Das Nadelöhr ist für alle Flugzeuge – nicht nur im wörtlichen Sinne - die Landebahn: Hier braucht jedes Flugzeug eine gewisse Zeit zum Aufsetzen und Abrollen. Damit nicht das nächste Flugzeug schon angeflogen kommt, während das davor noch auf der Landebahn ist, muss der Fluglotse den Abstand – die sogenannte Staffelung – ausreichend groß planen.

Da der Lotse weiß, dass die Flugzeuge beispielsweise beim Überflug der Landebahnschwelle einen Abstand von rund 2,5 Meilen zum nachfolgenden brauchen, weiß er auch, dass er sie mit einem größeren Abstand auf den Landekurs führen muss. Hier werden sie "bremsen" und der Nachfolgende wird dem Vorderen "aufrücken" und der Abstand wird zusammenschmelzen.

Damit dieser Abstand beim Einfliegen auf den Landekurs passt, muss der Fluglotse den Verkehr flexibel planen: Abhängig von der aktuellen Startzeit, den vorherrschenden Winden und der Verkehrsmenge ist der anfliegende Verkehr nie konstant. Er schwankt immer in Menge und oft auch in der Zusammensetzung.

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Praktisch haben sich zwei Möglichkeiten etabliert, den Verkehr sauber zu takten: Klassisch hat man den anfliegenden Verkehr in Warteschleifen geplant. Dort hat sich jedes Flugzeug oben angestellt und ist Schritt für Schritt nach unten weitergereicht worden, bis es anfliegen durfte.

Neuerdings werden aber mehr und mehr sogenannte "Transitions" verwandt: Auf einem langgezogenen "U" werden die Flugzeuge so lange am Flughafen vorbeigeführt, bis der Abstand passt. Erst dann bekommen sie die Anweisung, auf den Landekurs einzudrehen. Die Flugstrecke kann dabei wie der Luftweg bei einer Posaune variiert werden.

Mit diesen unterschiedlichen Bedürfnissen scheidet eine Parallelführung im Flughafennahbereich fast immer aus. Zudem ergeben sich zwangsläufig Kreuzungen der Strecken. Diese werden durch Höhenstaffelung und die Arbeit der Fluglotsen abgesichert, sodass Konflikte vermieden werden.

Über den Autor

Regelmäßig beantwortet Verkehrsflugzeugführer Nikolaus Braun in der airliners.de-Serie "Antworten aus dem Cockpit" Fragen zu Piloten-Themen rund um Luftfahrttechnik & Flugbetrieb. Wenn Sie auch eine Frage haben, schreiben Sie an antwortenausdemcockpit@airliners.de

Nikolaus BraunNikolaus Braun ist Pilot bei einer großen deutschen Fluggesellschaft und fliegt derzeit auf Airbus A330/A340. Der studierte Dipl-Ing. (FH) für Luftfahrtsystemtechnik und -management berät zudem nebenberuflich mit seiner Firma Nikolaus Braun Aviation Consulting (NBAC) bei Projekten aus Forschung, Entwicklung, Gesetzgebung und Lehre.

Von: Nikolaus Braun für airliners.de
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