Seit 2015 beantwortet Flugkapitän Nikolaus Braun in der airliners.de-Serie "Antworten aus dem Cockpit" Leserfragen zu Themen rund um Luftfahrttechnik und Flugbetrieb. Die beliebtesten Folgen aktualisieren wir derzeit und veröffentlichen sie neu. Wenn Sie auch eine Frage haben, schreiben Sie an [email protected]
Höhe, Geschwindigkeit und Richtung halten und dann sogar noch automatisch landen... Was kann der Autopilot im Flugzeug eigentlich nicht selbst erledigen?
Linda Z.
Glaubt man dem Volksmund oder auch den vielen Kinofilmen, kann ein Autopilot fast alles: Egal wie verfahren die Situation ist, egal wie schlimm die Umgebungsbedingungen sind - der Autopilot hilft der Cockpit-Crew aus jeder Situation problemlos wieder hinaus. Im Reiseflug lässt er die Piloten Zeitung lesen und landen kann er sowieso von allein.
Die Realität sieht anders aus. Der Autopilot ist nur ein kleiner Baustein im Gesamtsystem "Flugführung", was all das umfasst, was sich der Laie als Autopilot vorstellt. Der Autopilot ist der Teil, der das Flugzeug an sich fliegt. "Fliegen" heißt hierbei, dass der Autopilot beispielsweise die Fluglage im Raum so herstellt, dass der dreidimensionale Flugweg eingehalten werden kann.
Im einfachsten Fall - dem unbeschleunigten Geradeausflug - bedeutet das, dass der Autopilot den Anstellwinkel des Flugzeuges so verändert, dass das Flugzeug konstant seine Flughöhe einhält, auch wenn es durch Treibstoffverbrauch leichter wird. Ebenso reagiert er auf Störungen von außen (zum Beispiel Böen oder Aufwinde), Änderungen der Geschwindigkeit oder das Ausfahren von Landeklappen.
Der Autopilot regelt Anstellwinkel und Schubbedarf
In der Regel hat der Autopilot noch einen Gehilfen, den automatischen Schubregler. Auch wenn beide Systeme unabhängig arbeiten und auch so genutzt werden können, wird erst aus dem Zusammenspiel eine gelungene Kombination. Aus der Flugphysik ergibt sich, dass es für jede Fluglage mit konstanter Geschwindigkeit bei einem bestimmten Gewicht in der Regel einen bestimmten Schubbedarf gibt. Ändert sich die Fluglage, ändert sich auch der Schubbedarf.
Fliegt das Flugzeug unbeschleunigt mit konstanter Flughöhe geradeaus, ist der Auftrieb gleich der Gewichtskraft (daher kein Steig- oder Sinkflug) und die Schubkraft gleich dem Widerstand (daher unbeschleunigt). Für diese Situation gibt es einen Schubwert und einen Anstellwinkel, aus denen eine Geschwindigkeit resultiert. Wird der Schub erhöht, beschleunigt das Flugzeug. Durch die höhere Geschwindigkeit steigt der Auftrieb, wodurch es aufsteigen würde.
Um die Höhe zu halten, muss der Auftrieb verringert werden, indem der Anstellwinkel reduziert wird. Fliegt das Flugzeug lange Zeit in konstanter Höhe - wie zum Beispiel im Reiseflug - wird es durch den Kraftstoffverbrauch leichter. Der Anstellwinkel wird daher mit der Zeit leicht reduziert, wodurch sich der Widerstand verringert, was wiederum den Schubbedarf verkleinert. All diese Korrekturen werden kontinuierlich vom Autopiloten veranlasst.
Der Autopilot steuert dabei selbst nicht direkt die Steuerflächen des Flugzeugs an. Höhen-, Quer- und Seitenruder werden heutzutage von eigenen speziellen Computern geregelt, die die Vorgaben der Piloten oder Autopiloten in Ausschläge der Steuerflächen umsetzen.
Das Flight Management System kennt den Flugweg
Flight Management System © AirTeamImages.com / JPC van Heijst
Die Definition des Flugweges, also die Vorgabe, wo das Flugzeug entlang fliegen soll, erfolgt auf zwei mögliche Weisen: Zum Einen kann der Pilot direkte Vorgaben machen. Über ein Bedienpanel im Cockpit kann er beispielsweise einen Steuerkurs ("Heading"), eine Geschwindigkeit oder einen Steigflug einstellen. Zum Anderen kann das Flight Management System (FMS) dem Autopiloten einen Flugweg vorgeben. In diesem Fall muss nur jede Höhenänderung manuell durch den Piloten vorgegeben werden, alles andere wird aus der programmierten Route berechnet.
Die erstgenannte Methode wird zum Beispiel immer dann genutzt, wenn Fluglotsen eine Richtungsänderung als Steuerkurs anweisen oder wenn hochreichende Bewölkung umflogen wird. Den größten Teil der Strecke wird aber die programmierte Route abgeflogen. Während dieser Zeit hat die Crew die Aufgabe, den Autopiloten zu überwachen, ob die im Flugplan freigegebene Route richtig abgeflogen wird, ob im FMS alle aktuellen Änderungen von Luftstraßen korrekt hinterlegt und ob alle Routen passend kodiert sind.
Automatisch landen geht nicht immer
Bleibt noch die Frage nach dem Starten und Landen. Nein, Autopiloten in heutigen Verkehrsflugzeugen können das Flugzeug zwar unter bestimmten Bedingungen landen, aber nicht starten! Dieser Umstand resultiert daraus, dass ein Start ja immer optional ist, eine Landung hingegen nicht.
Allerdings ist in den vergangenen Jahren Bewegung in diese Thematik gekommen: Im Rahmen der Forschung für automatisierte Flüge und Pilotenunterstützungssystemen hat Airbus Anfang 2020 in einem Flugversuch einen vollautomatischen Start einer A350 demonstriert. Bis eine solche Technologie alltagstauglich ist, wird es aber noch einige Jahre dauern.
Landen hingegen kann schon heute so manch ein Autopilot. Dabei sind die Autopiloten speziell darauf ausgelegt, das Flugzeug dann zu landen, wenn der Mensch es nicht mehr kann. Das ist beispielsweise der Fall, wenn es sehr neblig und die Außensicht auf die Landebahn oder Teile der Anflugbefeuerung versperrt ist. Der Aufwand, der bei diesen Landungen getrieben werden muss, ist aber sehr hoch - für das Flugzeug, den Flughafen und auch die Besatzung.
Insofern können bei Weitem nicht alle Flugzeuge automatisch landen und auch auf vielen Flughäfen ist dieses nicht möglich. Andere Szenarien, wie zum Beispiel starken Wind, Regen oder Schneefall, kann der Autopilot ohnehin nicht abdecken. Hier muss und können nur die Piloten landen.
