Antworten aus dem Cockpit

Was bewegt sich da am Flugzeug?

06.10.2015 - 12:31 0 Kommentare

Landeklappen sind zum Landen da. Langstreckenpilot Nikolaus Braun erklärt, warum dieser Satz nicht ganz stimmt, wie die Klappen aufgebaut sind und was es mit der "Ratte" auf sich hat.

Eine Lufthansa-Maschine landet auf der Bahn 05/23 des Hamburger Flughafens - © © dpa - Bodo Marks

Eine Lufthansa-Maschine landet auf der Bahn 05/23 des Hamburger Flughafens © dpa /Bodo Marks

Landeklappen heißen Landeklappen, weil man sie zum Landen braucht. Der Satz ist zwar nicht falsch, aber es ist auch nur ein Teil der Wahrheit. Die "Landeklappen" heißen korrekt eigentlich Hochauftriebshilfen und werden unterteilt in die Klappen am Vorflügel, die sogenannten "Slats" und die an der Hinterkante, die "Flaps". Die Begrifflichkeit deutet es schon an: Vom Landen alleine ist gar nicht mehr die Rede. Die Slats und Flaps werden immer dann genutzt, wenn viel Auftrieb gebraucht wird. Das ist bei Start und Landung der Fall.

Im letzten Tutorial wurde der Auftrieb erklärt. Mit entscheidend für die Erzeugung des Auftriebs waren die Flügelfläche, und der unter anderem vom Anstellwinkel abhängige Auftriebsbeiwert. Die Hochauftriebshilfen setzen bei allen drei Elementen an.

Die Slats an der Flügelvorderkante vergrößern die Wölbung des Flügelprofils - das heißt vereinfacht die Krümmung des Querschnitts - und erlauben teilweise, dass der Strömung auf der Flügeloberfläche Energie zugeführt wird. Die größere Wölbung erhöht dabei den Auftriebsbeiwert. Die Energiezufuhr ermöglicht, dass das Profil größere Anstellwinkel erreichen kann, bevor die Strömung abreißt.

Für die Flaps an der Hinterkante des Flügels gibt es viele verschiedene Konstruktionsweisen. Am häufigsten verwendet wird die nach seinem Erfinder benannte Fowler-Flap: Bei dieser Konstruktion fahren die Flaps erst nach hinten aus und vergrößern damit die Flügelfläche. Erst wenn sie ganz ausgefahren sind, senken sie sich hinten nach unten, wodurch ebenfalls die Wölbung erhöht wird. Als Varianten dazu gibt es Fowler-Flaps, die unterteilt sind, wodurch die Wirksamkeit nochmals erhöht wird.

Die Flaps werden meist in Stufen von den Piloten in festgelegten Geschwindigkeitsbereichen ausgefahren. Natürlich gibt es eine Mindestgeschwindigkeit, die aus aerodynamischen Gründen nicht überschritten werden darf. Ebenso gibt es aber auch eine jeweilige Höchstgeschwindigkeit, die durch die Konstruktionsweise vorgegeben ist. In den ersten Stufen ist der Auftriebsgewinn am größten. Die letzten Stufen hingegen erhöhen vor allem den Widerstand.

Warum sollen die Flaps absichtlich den Widerstand erhöhen?

Moderne Flugzeuge haben ein Problem: Sie sind zu aerodynamisch gebaut und gleiten zu gut. Würden heutige Jets nur mit der Landeklappenstellung anfliegen, die sie aerodynamisch bräuchten, um genügend Auftrieb zu haben, würden sie auf dem festgelegten Anfluggleitweg beschleunigen.

Dies gilt insbesondere auch deswegen, weil die Triebwerke in der Luft eine erhöhte Leerlaufdrehzahl haben, damit sie im Falle eines Falles schneller auf Vollgas beschleunige können. Der Widerstand wird also benötigt, damit das Flugzeug nicht unkontrolliert beschleunigt und sicher mit niedriger Geschwindigkeit landen kann.

Ebenfalls an der Hinterkante des Flügels befinden sich die Querruder. Die Querruder - meist im Außenbereich montiert - drehen das Flugzeug um die Längsachse und lassen es damit in die Kurven rollen. Neben dieser Hauptaufgabe werden sie bei modernen Flugzeugen noch doppelt mitgenutzt: Als Hochauftriebshilfe und als Spoiler. Werden beim Flugzeug die Slats ausgefahren, fahren die Querruder parallel ebenfalls ein wenig nach unten und helfen bei der Auftriebserzeugung mit. Im zweiten Fall fahren sie nach oben und wirken dadurch wie Spoiler.

Was hat es denn mit den Spoilern auf sich? Werden Flugzeuge auch getunt?

Phillip G.

Die Spoiler sind das Gegenstück zu den Hochauftriebshilfen: Es sind Klappen, die aus der Tragflächenoberseite geklappt werden können und damit Auftrieb zerstören und Widerstand erzeugen. Mit dieser Funktion werden sie vielfältig eingesetzt.

Die erste Aufgabe der Spoiler ist es, den Querrudern zu helfen. Auch wenn Querruder eine prima Erfindung sind, haben sie einen Nachteil: Damit das Flugzeug in die Kurve rollt, muss auf der einen Seite mehr Auftrieb und damit mehr Widerstand erzeugt werden und auf der anderen weniger.

Das Resultat ist, dass das Flugzeug nicht nur in die Kurve rollt, sondern sich gleichzeitig auch die Nase in die entgegengesetzte Richtung dreht - das sogenannte "negative Wendemoment". Dieser Effekt muss aktiv durch das Ruder an der Seitenflosse kompensiert werden, was erneut Widerstand erzeugt. Sehr viel eleganter arbeiten da die Spoiler, die auf der einen Seite ausfahren, damit Auftrieb zerstören und gleichzeitig auf derselben Seite Widerstand erzeugen - das Flugzeug dreht automatisch in die richtige Richtung.

Die zweite Funktion ist die Aufgabe als "Speedbrake". Wird die Speedbrake von den Piloten gezogen, fahren auf beiden Tragflächen die Spoiler symmetrisch aus. Durch den Widerstand und Auftriebsverlust kann das Flugzeug steiler sinken oder schneller Geschwindigkeit abbauen, um zum Beispiel Vorgaben der Flugsicherung zu erfüllen.

Nach der Landung fahren sie ebenfalls automatisch aus: Erst durch den Auftriebsverlust kommt mit Sicherheit genügend Gewicht auf die Radbremsen, damit diese effektiv bremsen können. Der Widerstand der Spoiler an sich ist dagegen verhältnismäßig klein.

Sonst bewegt sich nichts?

Das größte bewegliche Bauteil ist die Höhenflosse am Heck. Nicht nur das Höhenruder an der Hinterkante ist beweglich, sondern auch die gesamte kleine "Tragfläche" unterhalb des Seitenruders mit dem Logo der Airline. Während das Höhenruder für die kurzfristigen Korrekturen und Manöver zuständig ist, wird die Höhenflosse über die Trimmung an die aktuelle Schwerpunktlage des Flugzeugs angepasst. Durch den Treibstoffverbrauch ändert sie sich langsam über den ganzen Flug.

Und dann gibt es noch die "Ratte". Die "Ram Air Turbine" - abgekürzt RAT - ist ein kleiner Propeller, der bei großen, umfangreichen Systemversagen ausgeklappt werden kann. Sie ist nicht in allen Flugzeugen vorgesehen und kann - wenn eine installiert ist - Hydraulikdruck und/oder elektrischen Strom erzeugen.

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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