Flug-Instrumente für Fluglage-, Flugzeug- und Triebwerk-Überwachung

Bordinstrumente in Flugzeugen der Allgemeinen Luftfahrt wie Cessna 172 & Beech

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Allgemeine Verortung der Cockpit-Instrumentierung

Die Fluginstrumente in Flugzeugen lassen sich gliedern in die Bereiche 
a)  Instrumente für Lage (en bloc) attitude, Geschwindigkeit airspeed und Höhe altitude
b)  Navigationsinstrumente wie Kompass mit Uhr, ADF, VOR, GPS (für Flugweg und Ortung) und Funkgeräte (für Kontakt mit Bodenstationen, Luftfahrzeugen und der Flugsicherung)
c)  Anzeigen für das Flugzeug als solches (Start-und Lande-Klappen, Fahrwerk & weiteres)
d)  Instrumente zur Triebwerk-Überwachung wie Drehzahl, Temperatur, Druck und mehr.

Flugüberwachungsinstrumente Flight Instruments

Auswahl aus dem Buch PC-Flugsimulator Training

Mit der Gruppe derjenigen Instrumente, die der Flugüberwachung dienen Abb. 1.2.6, beschäftigen wir uns besonders während der Basisübungen im Abschnitt 2. Mit der Interpretation der Anzeigen sollte man gut vertraut sein. Aber auch die Kombination bestimmter Instrumentenanzeigen muss dem trainierten Luftfahrzeugführer den Überblick über die jeweilige Flugsituation geben können.

Die mit einem Pfeil versehenen Flugüberwachungsinstrumente sind die barometrischen -, die nicht gekennzeichneten sind die Kreisel -Instrumente.

Die beiden mittleren Geräte, der künstliche Horizont und der Kurskreisel,
werden üblicherweise mittels Unterdruck von der Vakuum-Pumpe betrieben. Das Instrument links unten, der Kurven-Koordinator Turn Coordinator, wird elektrisch angetrieben. Dies dient der Sicherheit. Sollte einmal eines der Antriebssysteme für die Instrumente (Unterdruck- oder Stromversorgung) ausfallen, steht für Flüge nach IMC Instrument Meteorological Conditions Instrumentenflug-Bedingungen entweder der künstliche Horizont, oder aber der Turn Coordinator zur Verfügung.

Fluglage und Kurs nach Instrumenten

Der Instrument Scan erfolgt nach bewährten Regeln, welche hernach noch der Erläuterung bedürfen. Ziel ist es, die Fluglage und den gewünschten Kurs nach den Fluglageinstrumenten einzuhalten. Ein Flugzeug lässt sich im Flug allgemein nur für eine sehr begrenzte Zeit einigermaßen stabilisieren. Das gilt für alle Flugkonfigurationen.

Permanente Störungen wie Wind, Thermik oder Unachtsamkeit erfordern laufend Korrekturen für Fluglage, Kurs und Geschwindigkeit. Dies wird durch fortwährende Berichtigungen mit der Steuerung und dem Power-setting, der Leistungseinstellung, erreicht.

Das frühzeitige Korrigieren mit nur kleinen Steuerausschlägen und nur geringen Leistungsänderungen ist besonders zu beachten. Man wird schnell merken, dass mit großen Steuerausschlägen und eben solchen Leistungsänderungen keine Präzision zu erzielen ist. Zu spät eingeleitete Korrekturen, die dann entsprechend groß sein müssen, erfordern anschließend viel mehr Aufmerksamkeit.

Technik des Instrument Scan

Es sind drei Fertigkeiten notwendig. Die erste ist das Cross-Checking der Instrumente. Dies ist das fortwährende und folgerichtige Überwachen der Instrumente für die Fluglage und Flugleistung.

Die zweite Fertigkeit ist die Interpretation der Instrumente. Die Einzelinformationen der verschiedenen Instrumente geben Aufschluss über die Fluglage und Flugleistung des Flugzeugs.

Die dritte Anforderung ist das Ausführen der zwangsläufig erforderlichen Korrekturen mit den entsprechenden Steuerausschlägen, dem Setzen der richtigen Leistung (Pitch-Bank- & Power Control) und unter Umständen auch der Trimmung, um die gewünschte Fluglage und Flugleistung neu zu stabilisieren.

Die Flugüberwachungsinstrumente werden, immer vom künstlichen Horizont ausgehend, methodisch und kontinuierlich überwacht. War z.B. der Höhenmesser an der Reihe, geht der Blick wieder auf den Horizont zurück usw., siehe Pfeile in der Abb. 1.3.1. Dabei darf das Auge nicht zu lange an einem Instrument ‚hängen’ bleiben. Das verlangt ein gutes Maß an Übung.

Einige Instrumente werden je nach Flugmanöver bevorzugt, also häufiger beobachtet, während die anderen dennoch nicht ganz ausgelassen werden dürfen. Bei der Technik, bei der man nach der Überprüfung eines Instruments immer wieder auf den Horizont zurückkehrt, bleibt man grundsätzlich. Diejenigen Instrumente, die bei bestimmten Flugkonfigurationen bevorzugt beobachtet und andere, die dabei nur temporär in den instrument scan einbezogen werden, sollen zweckmäßigerweise jeweils bei den später beschriebenen Flugmanövern genannt werden.

Mehr als hilfreich für die erfolgreiche Führung eines Luftfahrzeugs ist natürlich die Vertrautheit mit den Flug- und Leistungsdaten des verwendeten Flugzeugs (bestimmtes Power-Setting & Pitch Attitude ergeben eine bestimmte Fluggeschwindigkeit und ein bestimmtes Steigen oder Sinken). Die Kenntnis der wichtigsten Daten ist für eine souveräne Flugführung sehr entscheidend.

Nützliche Regeln

Es wird immer ohne Steuerdruck geflogen. Das heißt, dass von Beginn an sauber ausgetrimmt wird und nach jeder geänderten Flug-Konfiguration ebenfalls wieder neu ausgetrimmt werden muss. Dies ist allgemein üblich, doch beim Fliegen nach Instrumenten besonders wichtig.

Eine Ausnahme beim Trimmen kann sich dann ergeben, wenn z.B. im Horizontalflug ein Kurswechsel vorgenommen wird und anschließend in der vorigen Flugkonfiguration weitergeflogen werden soll. Dann muss zwangsläufig in der Kurve, je nach Schräglage mehr oder weniger stark, am Höhensteuer gezogen werden, um nicht zu sinken.

Die Flughöhe ist im Horizontalflug vorwiegend mit dem Höhensteuer und der Trimmung zu kontrollieren.

Die Fluggeschwindigkeit wird im Horizontalflug hauptsächlich mit dem Gashebel Throttle Control bzw. der Leistung berichtigt.

Für Kurskorrekturen ist die Schräglage nicht größer als die Hälfte der Kursabweichung in Grad zu wählen.

Maximale Schräglagen sind allgemein die der Standardkurve, sie entsprechen 3°/sec, bzw. 180° je min.

Beim Übergang in den Horizontalflug 1/10 der Steig- oder Sinkrate vorher einleiten.

Zum Ausleiten einer Kurve: Man wählt ca. die Hälfte der KurvenQuerneigung in Grad, um mit diesem Wert vor dem Sollkurs zu beginnen.

Die passende Schräglage für eine Standardkurve ist TAS/10 +7.

Befindet sich die Kugel in der Libelle des Turn-Koordinators links, wird zum Zentrieren in das linke Seitensteuer getreten, und bei rechts liegender Kugel wird entsprechend das rechte Seitensteuer bedient.

Mögliche Fehler

Bei der ständigen Überwachung der Instrumente können, besonders Anfangs, folgende Fehler auftreten:

Ein einzelnes Instrument wird zu lange fixiert. Dadurch besteht die Gefahr, dass andere Instrumente vernachlässigt werden und deswegen eventuell wichtige Informationen fehlen. Im schlimmsten Fall kann dadurch eine unkontrollierbare Situation eintreten.

Instrumente werden zu kurzzeitig beobachtet. Obwohl man sie gesehen hat, ist dennoch die Information in unserem Kurzzeitgedächtnis verloren.

Auch durch Auslassen einzelner Instrumente können sich Gefahren ergeben.

Der Fahrtmesser mit Fluggeschwindigkeit & wahrer Eigengeschwindigkeit

Der Fahrtmesser ist auf ICAO-Standardatmosphäre (ISA) geeicht: Luftdruck in MSL (Mean Sea Level) = 1013,25 hPa = 29,92 inches/Hg, Luftdichte = 1,225 Kg/m3, Temperatur = 15°C.

Beim Ablesen der angezeigten Fluggeschwindigkeit IAS Indicated Air Speed am Fahrtmesser bleiben Abweichungen der Luftdichte von der Standardatmosphäre unberücksichtigt.

True Airspeed TAS

Die wahre Eigengeschwindigkeit TAS True Air Speed, für die genaue Navigation von Bedeutung, weicht generell mit zunehmender Flughöhe immer mehr von der IAS ab (geringer werdende Luftdichte).

Beispiel zum Ablesen der True Airspeed

IAS = 120 kt in Flughöhe 5000 ft / Außentemperatur = +10°C: Die Nebenskala des Höhenmessers steht auf 113,25 hPa, womit in diesem Fall die angezeigte Höhe von 5000 ft gleich als Druckhöhe zur Berechnung herangezogen werden kann. Sollte ein anderer QNH-Wert eingestellt sein, ist kurzfristig auf Standardhöhenmessereinstellung 1013,25 zu stellen, um die resultierende Druckhöhe Pressure Altitude ablesen und verwenden zu können.

*   In diesen Bereich darf nur bei ruhiger Luft eingeflogen werden. Alle Manöver dürfen nur mit Vorsicht ausgeführt werden. Es dürfen keine abrupten Steuerausschläge gemacht werden.

**  Nur bei ruhiger Luft, die rote Marke darf niemals überschritten werden.

Druckhöhe

Vielfach besitzen Fahrtmesser selbst ein Fenster mit einer Nebenskala. Diese zeigt Werte für die Druckhöhe. Für das Einstellen der aktu-ellen Druckhöhe auf dieser Skala ist dann zusätzlich ein Stellknopf am Fahrtmesser vorhanden. Bei anderen Fahrtmesserausführungen kann es ein Stellring sein.

Die Abb. 1.2.2 zeigt ein Fenster mit einer Nebenskala im Fahrtmesser – hier nur eine Teilansicht –. Wie bei der Rechenscheibe wird die auf 1013,25 hPa bezogene Druckhöhe mit der Außentemperatur – auf der Skala „TEMP“ über dem Nebenfenster mit den Druckhöhen – in Deckung gebracht. Danach wird, wie vertraut, auf der analogen Geschwindigkeitsskala – hier nur im oberen Teil sichtbar – die TAS abgelesen.

Bei VFR-Flügen oberhalb 5000 ft wird generell die Standard-Höhenmessereinstellung 1013,25 hPa gewählt (siehe Pfeil in Abb. 1.2.4). Das zweite Nebenfenster rechts dient dem gleichen Zweck; doch hier wird der Luftdruck mit dem Zollwert in/Hg eingestellt. Die Standardeinstellung 1013,25 hPa entspricht 29,92 in/Hg.

Nach Einstellung des QNH-Wertes des Startflughafens ist es besonders wichtig, vor dem Start die angezeigte Höhe zu kontrollieren. Wird dabei die Flugplatzhöhe angezeigt, arbeitet der Höhenmesser korrekt.

Bei Einstellung des QFE-Wertes, er entspricht dem aktuellen Luftdruck auf dem Flugplatz und wird nicht auf MSL reduziert, muss ein fehlerfrei arbeitender Höhenmesser am Boden den Wert ‚0’ anzeigen. Das QFE wird z.B. in Frankreich und gelegentlich bei Platzflügen auf Landeplätzen verwendet.

Mit der QNE-Einstellung, Standardeinstellung 1013.25 hPa / 29.92 in/Hg, für VFR-Flüge oberhalb 5000 ft MSL oder 2000 ft GND, maßgeblich ist der größere Wert, zeigt der Höhenmesser die Pressure Altitude Druckhöhe über der 1013,25 hPa-Druckfläche an. Gilt auch für Flugflächen bei IFR-Flügen.

Anzeige-Fehler des barometrischen Höhenmessers: Instrumentenfehler (Fabrikation), Hysteresefehler (unregelmäßiges Zurückbleiben der Anzeige), Temperaturfehler (Temperaturabweichung von der Standardatmosphäre) und Druckfehler (Luftdruckabweichung von der Standardatmosphäre.

Im Gegensatz zu warmer Luft, die sich ausdehnt, liegen in kalter Luft die Druckflächen enger zusammen. Sie liegen dadurch tiefer, weshalb das Flugzeug in kälterer Luft entgegen der Höhenanzeige niedriger fliegt.

Die lineare Temperaturabnahme in der Atmosphäre beträgt 0.65 K pro 100 m (~2° C pro 1000 ft) bis zur Tropopause in 11 km Höhe.

Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck logarithmisch ab. Der Luftdruck In MSL = 1013,25 hPa, in 18000 ft ca. 505 hPa, in 36000 ft ca. 225 hPa.

Höhenmessereinstellung Altimeter Setting

Bei Start und Steigflug wird der lokale QNH-Wert benutzt (der Höhenmesser zeigt am Boden die Flugplatzhöhe an). Diese Druckeinstellung wird bis zum Erreichen der Transition Altitude (siehe Karteneintrag) beibehalten. Danach wird die Standard-Einstellung 1013,2 hPa verwendet. Abb. 5.9.1 280.

Im Sinkflug wird kurz nach Verlassen der niedrigsten Flugfläche Transition Level (von ATC) auf die aktuelle QNH-Einstellung gewechselt (nach der Landung wird erneut die Flugplatzhöhe angezeigt).

Merksätze

• In kälterer Luft, die Temperatur ist niedriger als die der Standardatmosphäre, fliegt ein Luftfahrzeug niedriger, als der barometrische Höhenmesser anzeigt. Von warm nach kalt wird man nicht alt!

• Eine Temperaturabweichung von je 10°C von der Standardatmosphäre ergibt einen Anzeigefehler von 4%. Im Winter sind die Berge höher!

• Faustwerte für die Barometrische Höhenstufe: Eine Luftdruck-Abweichung von 1 hPa vom ISA-Standardluftdruck ergibt eine Höhendifferenz von ca. 30 ft in Flughöhen zwischen MSL bis ~6000 ft. Vom Hoch ins Tief geht’s schief!

• Oder auch: Von MSL bis 18000 ft Höhe: je 1 hPa Druckänderung ergeben 30 ft Höhendifferenz. Oberhalb 18000 ft sind es je 1 hPa 50 ft.

• Density Altitude Dichtehöhe: Je 1° C Abweichung von der Standardatmosphäre weicht die Dichtehöhe von der Druckhöhe um ca. 120 ft ab. Flugleistungen beziehen sich auf die Dichtehöhen!

Korrekturbeispiele

Höhenmesser-Korrektur (QNH-Höhe).

Angezeigte Höhe = 4500 ft, QNH 1013 hPa. 4500 ft soll gehalten werden.

Neues übermittelles QNH = 1003 hPa.

Druckdifferenz zur bisherigen Einstellung = 10 hPa.

Das ergibt 10 · 30 = 300 ft (30 ft je hPa). Die Druckskala wird um 10 hPa korrigiert. Die neue Anzeige ist nun 4200 ft. Das Flugzeug muss steigen!

True Altitude - Height above MSL Mean Sea Level

True Altitude ist zu ermitteln durch Temperaturkorrektur ohne Berücksichtigung des Instrumentenfehlers

– Indicated Altitude = Calibrated Altitude –.

Angezeigte Höhe (AMSL) = 8000 ft. (Standardtemp. in 8000 ft = – 1°C).

Gemessene Temperatur = – 11°C.

Das ergibt eine Abweichung von ISA = – 10°C.

True Altitude wahre Höhe = 7680 ft. (8000 – 320) (8000 · 4% = 320)

Unberücksichtigt bei den obigen Berechnungen bleiben u.a. mögliche Abweichungen von den Temperatur- und Druckgradienten der ISA.

Mit dem Flugzeugsymbol verbunden ist der Indexstrich – hier ein Dreieck – für die obere Gradeinteilung zur Anzeige der Schräglage, des Neigungswinkels um die Längsachse des Flugzeugs.

In der Mitte des Instruments findet sich eine von der Horizontlinie aus nach oben und unten laufende Skala (waagerechte Balken) mit einer 5°-Einteilung. Befindet sich das Flugzeug entweder im Steigflug oder im Sinkflug, oder genauer: Weist die Flugzeugnase über oder unter den Horizont, kann auf der nach unten oder oben gewanderten Skala gegenüber dem Flugzeugsymbol bzw. im Kurvenflug am mittleren Punkt des Flugzeugsymbols der Winkel der Längsneigung des Flugzeugs zum Horizont abgelesen werden.

Die Linie durch den Skalenwert „0“ trennt den oberen blauen oder hellen Bereich, der den Himmel darstellt, vom unteren dunkleren Teil, der die Erde symbolisiert.

Gebrauch des künstlichen Horizonts Attitude Indicator

Der künstliche Horizont ist das zentrale Instrument (Abb. 1.3.1). Er darf als wichtigstes Instrument nie länger als notwendig aus dem Auge gelassen werden. Entsprechend seiner Bedeutung ist er standardmäßig unter den Flug-Überwachungsinstrumenten im Mittelpunkt angeordnet.

Er ersetzt den wahren Horizont und vermittelt gleichzeitig zwei wichtige Informationen, die zudem optisch leicht zu interpretieren sind, nämlich die über die Schräglage und Längsneigung bank & pitch. Es beginnt daher auch jeder cross check mit dem künstlichen Horizont.