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Wirbelschleppen: Unsichtbare Keulen


fliegermagazin - epaper ⋅ Ausgabe 110/2019 vom 18.10.2019

Sie werfen andere Flugzeuge aus der Bahn und führen zu Unfällen: Verwirbelungen, die an Tragflächen entstehen. Was können Piloten tun, um der Gefahr zu entgehen?


Artikelbild für den Artikel "Wirbelschleppen: Unsichtbare Keulen" aus der Ausgabe 110/2019 von fliegermagazin. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: fliegermagazin, Ausgabe 110/2019

Vom Wind versetzt Die Wirbelschleppen des Airliners treiben nach rechts über die Grasbahn. Dort können sie das leichte Flugzeug unkontrollierbar machen


Verseuchte Luft Besonders in der Nähe von Flugplätzen können Flugwege durch Randwirbel führen. »See and avoid« gilt auch für Unsichtbares


WARTEN HILFT

An Flughäfen staffeln Lotsen den Verkehr nach Gewichtsklassen. Folgt »Light« auf »Heavy« beträgt der Abstand bis zu drei Minuten oder sechs Nautische ...

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... Meilen.

Ein Flugtag in Deutschland, Vorführungen am laufenden Band, dazwischen Rundflüge. Eine Robin DR400 startet hinter einer Antonov An-2. Es ist nahezu windstill, dennoch wird die Robin, kaum in der Luft, auf die Seite geworfen, fast in Messerfluglage. Sie crasht, drei der vier Insassen sterben.

Über dem Indischen Ozean begegnen sich ein Airbus A380 und eine Bombardier Challenger 604. Der Vierstrahler überfliegt den entgegenkommenden Businessjet im Abstand von 300 Metern etwas seitlich versetzt. Ohne Zutun des Piloten kippt die Challenger nach links weg, dreht mehrere Rollen, in der Kabine herrscht Chaos, ein Triebwerk fällt vorübergehend aus, das Flugzeug verliert knapp 10 000 Fuß Höhe.

Schlimmer trifft es eine Piper PA-28R Cherokee Arrow, die in Florenz landen will. Zuvor ist auf der gleichen Bahn ein Airbus A319 gestartet. Dicht überm Boden wird die PA-28 um Quer- und Längsachse gedreht, schließlich knallt sie in den Flugplatzzaun, zwei Insassen erleiden schwere Verletzungen, einer kommt mit leichten davon.

Es ließen sich viele Beispiele dieser Art aufzählen. Sofern es Beobachter gab, müssen ihnen die Situationen, die zu den genannten Zwischenfällen führten, nicht dramatisch erschienen sein: Im ersten Fall vergingen 39 Sekunden zwischen den beiden Starts, im zweiten 47 Sekunden zwischen Mindestannäherung und Kontrollverlust, und im dritten erreichte die Piper ihren Aufsetzpunkt zwei Minuten und 50 Sekunden, nachdem der Airbus rotiert hatte.

Trotzdem wurde jeweils ein Flugzeug voll getroffen. Die große unsichtbare Keule bestand aus Luft in einer besonders tückischen, aber unvermeidbaren Form, genannt Wirbelschleppen. Sie bilden sich immer, wenn Auftrieb erzeugt wird.

Mehr Auftrieb, mehr Wirbel

Auftrieb entsteht dadurch, dass Luft nach unten abgelenkt wird. Der dabei herrschende Überdruck auf der Flügelunterseite und der Unterdruck auf der Oberseite gleichen sich am Flügelende aus. Hier entstehen kegelförmige Wirbel, deren Durchmesser nach hinten zunimmt. Da sie von der nach unten beschleunigten Luft mitgenommen werden, breiten sie sich unterhalb der Flugbahn aus. Je schwerer ein Flugzeug und je größer sein Anstellwinkel, desto ausgeprägter sind seine Wirbelschleppen. Einestartende Nummer eins ist deshalb für die Nummer zwei gefährlicher als einelandende : Beim Start ist der Anstellwinkel groß, da wird am meisten Auftrieb erzeugt, er übertrifft das Eigengewicht – entsprechend wuchtig sind die Randwirbel. Bei der Landung, wenn das Flugzeug sinkt und wegen des verbrauchten Kraftstoffs ohnehin weniger wiegt, ist der Auftrieb kleiner. Dadurch sind die Randwirbel weniger ausgeprägt.

In feuchter Luft kann man sie sehen, wenn die verwirbelte Luft bis unter den Taupunkt abkühlt. Ursache dafür ist der verminderte Druck im Zentrum der Verwirbelung. Da die Luft im Bereich der Tragfläche nach unten abfließt, außerhalb davon aber nicht, erhält sie am Flügelende einen Drehimpuls, der zu spiralförmiger Verwirbelung führt. Die Drehrichtung entspricht dem Druckausgleich zwischen Flügelunter- und -oberseite: von unten nach oben ums Flügelende herum.

Keine Chance Beim Start gerät der Nachfolgende in die Wirbelschleppen der Nummer eins. Sie zerfallen erst, wenn sie auf ein Hindernis treffen


Riskante Annäherung Hinter und unterhalb des Vorausfliegenden ist mit Wirbelzöpfen zu rechnen. Geübte Formationspiloten kennen die Tabuzonen und respektieren sie


Vom Abstand hängt alles ab

Theoretisch können sich Wirbelschleppen erst dann auflösen, wenn sie auf dem Boden oder einem anderen Hindernis auftreffen. Da sie aber mit der Zeit größer werden und sich durch Reibung an der Umgebungsluft langsamer drehen, verlieren sie allmählich ihre Gefährlichkeit. Auch Wind, der sie seitlich von der Betriebsspiste wegträgt, entschärft die Situation für die nachfolgende Maschine. Ebenso Turbulenz – je stärker die Luft durchmischt wird, desto schneller zerfallen die Wirbel.

Damit sie keinen Schaden anrichten können, staffeln Lotsen an Flughäfen den Verkehr. Je nach Gewichtsklasse ergeben sich mehr oder weniger große Abstände. Dabei werden vorausfliegende und nachfolgende Maschinen in drei ICAO-Gewichtsklassen (MTOM) unterteilt: Light (bis 7 Tonnen), Medium (7 bis 136 Tonnen) und Heavy (mehr als 136 Tonnen). So gilt beispielsweise für eine Cessna 182, die einer Boeing 747 folgt, ein Abstand von sechs Nautischen Meilen oder drei Minuten Wartezeit. Folgt hingegen eine »747« einer »182«, muss die Boeing nur drei Meilen Abstand halten (keine Angabe der Wartezeit).

An kleineren Plätzen hat der Pilot selbst für angemessene Abstände zu sorgen. Risikoträchtig sind dabei Situationen, in denen Zeitdruck herrscht: Wenn etwa bei Airshows zwischendurch Besucherflugzeuge rausgelassen werden, will keiner einen Anderen aufhalten – da gehen alle dicht hintereinander auf die Bahn. Oder wie im eingangs geschilderten Fall der abgestürzten Robin DR400: Sieben Rundflüge hatte sie im Rahmen des Flugtags bereits absolviert, ein weiterer war reine Routine. Welcher Pilot hält da inne und sagt sich: Eine An- 2 ist schwer, die wiegt bis zu fünfeinhalb Tonnen, sowas hinterlässt gewaltige Spuren, auch wenn man sie nicht sieht?

Damit die hintere von zwei startenden Maschinen nicht in den gefährlichen Bereich gerät, muss sie über den nach unten abfließenden Wirbelschleppen bleiben. Das geht nur, wenn sie vor dem Punkt abhebt, an dem die Nummer eins rotiert hat, und dann mindestens genauso steil steigt.

Bei landenden Flugzeugen darf die Nummer zwei nicht in die Verwirbelungen des Vorausfliegenden hinabsinken. Das setzt eine lange Piste voraus, auf der ein Aufsetzpunkt hinter jenem der Nummer eins gewählt werden kann. Sobald die beim Ausrollen aufs Bugrad nickt, bilden sich keine Wirbelschleppen mehr, denn ab diesem Moment ist der Auftrieb dahin.


Die Nummer zwei muss wissen, wann sie wo sein darf


In der Luft können nicht nur zufällige Annäherungen verheerende Folgen haben. Auch bei Formationen sind Wirbelschleppen ein wichtiges Thema: Der nachfolgende Pilot muss immer wissen, wo er sein darf und wo nicht. Dicht hinter und unterhalb der Nummer eins, mit zu wenig seitlichem Abstand, ist die Luft verseucht. Schlägt die unsichtbare Keule zu, kippt die Nummer zwei bestenfalls in den freien Raum weg, wo der Pilot genügend Höhe hat, um die ungewollte Fluglage zu beenden. Der Worst Case ist eine Kollision: mit der Nummer eins oder mit dem Untergrund. Im Fall der Robin, die hinter der An- 2 gestartet war, hätten 30 bis 50 Meter mehr Höhe gereicht, um die Maschine abzufangen. Oder eine Wartezeit von zweieinhalb Minuten.