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FLUG REVUE 04/2017

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Take-Off Wirbelschleppen

Take-Off Wirbelschleppen Große Flugzeuge wie die Boeing 747 (hier im Windkanal der NASA) oder der Airbus A380 ziehen besonders starke Verwirbelungen hinter sich her. Fotos: Airbus / Goussé, AirTeamImages / Hamalainen; DLR, NASA Der American-Airlines- Flug 587 hebt um 9.14 Uhr vom New Yorker JFK-Airport ab. 251 Passagiere sind an Bord des Airbus A300-600, das Ziel an diesem 12. November 2001 ist Santo Domingo in der Dominikanischen Republik. Gerade einmal eine Minute nach dem Start gerät das Flugzeug über dem Stadtteil Queens in eine Wirbelschleppe einer Boeing 747-400 von Japan Airlines, die kurz vor der A300 abgehoben ist. Der Erste Offizier von Flug 587, der an diesem Tag das Kommando hat, tritt mehrmals heftig in die Seitenruderpedale, um die Turbulenzen zu kompensieren. Die Begegnung mit den Luftwirbeln des Jumbos endet tödlich: Das Seitenleitwerk der A300 bricht unter der starken Belastung der Ruderausschläge, das Flugzeug stürzt ab. Alle 260 Insassen und fünf Menschen am Boden sterben. Solche verheerenden Unfälle durch Wirbelschleppen sind zwar in der Verkehrsluftfahrt äußerst selten, denn es gelten recht konservative Regeln für Sicher- 20 FLUG REVUE April 2017 Wirbelschleppen-Warnsystem des DLR: In der linken Darstellung ist das gelbe Kreuz in der Mitte das eigene Flugzeug, das weiße Kästchen ein anderer Flieger und die pinkfarbene Linie der Bereich der Wirbelschleppen. Wie Wirbelschleppen entstehen Die gegenläufig drehenden Luftverwirbelungen hinter einem Flugzeug bilden sich an Flügelenden und Klappen, aber auch an den Rotorblättern von Hubschraubern und in geringerer Intensität an Luftschrauben von Motorflugzeugen und Bläsern von Mantelstromtriebwerken. Wirbelschleppen entstehen immer dort, wo dynamischer Auftrieb erzeugt wird. Auf die Flügel bezogen bedeutet das: An den Spitzen kommt es zu einem Druckausgleich, bei dem die Luft von der Flügelunterseite Richtung Unterdruck auf der Oberseite strömt. Die Lebensdauer von Wirbelschleppen kann mehrere Minuten betragen, in turbulenzarmen Luftschichten auf Reiseflughöhe sogar bis zu zehn Minuten. Die Wirbel sinken langsam ab und zerfallen, in Bodennähe können sie wieder aufsteigen. Sie sind nicht nur gefährlich für andere Flugzeuge, in der Nähe von Flughäfen können sie sogar Ziegel von Häusern lösen.

Bei unendlich großer Spannweite gäbe es in der Theorie keine Wirbelschleppen. Einen solchen Minimalabstand gibt es nur auf Airshows, wo sich die Testpiloten im Blick haben. Im Vordergrund eine landende A380, im Hintergrund eine startende A350. www.flugrevue.de heitsabstände zwischen Flugzeugen. Eine Boeing 737 muss beispielsweise sieben nautische Meilen (rund 13 Kilometer) Distanz zu einem vorausfliegenden Airbus A380 einhalten. In der zeitlichen Staffelung entspricht das beim Landeanflug einem Minimum von drei Minuten Abstand. Doch das beschränkt die Kapazität von Flughäfen. Gerade für kleine und mittlere Flugzeuge sind die Wirbel vorausfliegender schwerer Maschinen eine nicht zu unterschätzende Gefahr. Denn neben Windgeschwindigkeit, Turbulenzniveau und Temperaturschichtung hängt die Stärke und Lebensdauer von Wirbelschleppen wesentlich von den Eigenschaften eines Flugzeugs ab: Je höher die Masse, je langsamer die Geschwindigkeit über Grund und je kleiner die Spannweite, desto stärker sind die an Flügelenden und Klappen entstehenden Wirbel. Gerät ein Flugzeug hinein, dreht es sich um die Längsachse; fliegt es zwischen zwei Wirbel, kann es stark an Höhe verlieren. „Auf den letzten 100 Metern über dem Boden ist die Wahrscheinlichkeit einer Wirbelbegegnung am höchsten“, sagt Dr. Frank Holzäpfel vom Institut für Physik der Atmosphäre des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Um den kritischen Endanflug sicherer zu machen, arbeiten Holzäpfel und sein Team seit etwa sechs Jahren an einer Lösung: ein System parallel hintereinander angeordneter Platten vor der Landebahn. An ihnen bilden sich Sekundärwirbel, die Wirbelschleppen schneller zerfallen lassen. Kombiniert werden die Platten mit einem lasergestützten Vorhersage- und Beobachtungssystem am Boden. Im ersten Halbjahr 2018 soll die DLR-Lösung am Airport Wien-Schwechat getestet werden. FORSCHER VERFEINERN WIRBELPROGNOSEN Nicht nur bei Start und Landung, auch im Reiseflug sind Wirbelschleppen ein Thema. Seit etwa fünf Jahren entwickelt und testet das DLR deshalb ein entsprechendes Warn- und Ausweichsystem für das Cockpit. Aus der genauen Position, der Geschwindigkeit, dem Gewicht und Wetterinformationen des vorausfliegenden Flugzeugs kann es potenziell gefährliche Wirbelschleppen vorhersagen, mögliche Konflikte erkennen und Kurs- oder Höhenänderungen vorschlagen. In Flugversuchen mit dem DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA wurde das System Ende 2016 erprobt, zunächst hinter der DLR-eigenen Falcon, später auch hinter Linienflugzeugen. „Diese senden aber lediglich einen Teil der benötigten Daten über ADS-B an Flugzeuge in der Umgebung“, sagt Tobias Bauer, Projektleiter vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik. Man könne zwar Annahmen für die fehlenden Werte treffen, das bedeute jedoch eine größere Unsicherheit in der Wirbelvorhersage. Dennoch ist Bauer mit den ersten Ergebnissen der Flugerprobung zufrieden. In einem nächsten Schritt sollen weitere Testflüge hinter Airlinern stattfinden, auch die Bahnführung für das Ausweichen und die Prognosemethoden sollen weiter verbessert werden. Bis ein solches Wirbelschleppen-Ausweichsystem tatsächlich in der kommerziellen Luftfahrt eingesetzt wird, könnten nach Bauers Einschätzung aber noch einige Jahre vergehen. FR FLUG REVUE April 2017 21

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