Theorie und Technik des Segelfliegens

Einführung über die Theorie und Technik des Segelfliegens. Der folgende Beitrag ist vor allem für „Neueinsteiger“ gedacht:

Wie kann ein Segelflugzeug stundenlang oben bleiben?

Wie kommen beim Segelflug Strecken von über 1000 km zustande?
Ganz einfach, indem man natürliche Aufwinde nutzt!

Bei einem Sinken des Segelflugzeuges von ca. 0,5 m pro Sekunde würde ein Aufwind von 2 m/s – und das ist keine Seltenheit – das Flugzeug innerhalb von 10 min auf eine Höhe von 900 m tragen.
Die so gewonnene Höhe kann man dann wieder abgleiten, um den nächsten Aufwind zu suchen.

Bekannte Aufwindformen sind der Hangwind, die Thermik und der Wellenaufwind.

Der Hangwind

Häufig wird Otto Lilienthal als erster Segelflieger bezeichnet, eine Aussage, über die sicher längere Abhandlungen geschrieben werden könnten. Tatsächlich war er einer der ersten, der die Kräfte, die auf natürliche Weise in der Atmosphäre wirken, für seine Flüge ausnutzte. Dabei benutzte er den gegen seinen Übungshügel in Berlin anblasenden Wind, um seine Luftsprünge schließlich auf eine Länge von über 300 m auszudehnen. Es gelang ihm, kurzzeitig höher zu fliegen, als sein Startplatz gelegen war, was nach heutiger Definition den Segelflug vom Gleitflug unterscheidet.

Dieser Hangaufwind, der Lilienthals Flüge unterstützte, war die Energiequelle, die später die Segelflieger zuerst bewusst für sich ausnutzten. Dieser Aufwind ist in seiner Wirkungsweise auch am leichtesten zu verstehen. Ein Wind, der in der Ebene horizontal weht, wird durch ein Hindernis nach oben abgelenkt. Im aufsteigenden Teil des Luftstromes kann sich ein Segelflugzeug nach oben tragen lassen. Solche Aufwinde reichen mitunter doppelt so hoch wie das Hindernis.

Der Hangaufwind war lange Zeit die einzige bekannte Energiequelle für längere Flüge. Er ist auch die beständigste. Bis die Weltvereinigung der Sportflieger (FAI) keine Dauerrekorde für Segelflüge mehr anerkannte, wurden alle Dauerweltrekorde im Hangaufwind durchgeführt. Der längste anerkannte Rekordflug dauerte immerhin rund 56 Stunden, nicht ganz doppelt so lange, wie Charles Lindbergh für seinen Flug New York-Paris benötigte. Wohlgemerkt, allein in einem Einsitzer geflogen!

Leider hat der Hangaufwind einige wesentliche Nachteile. Erstens ist er nur in gebirgigen Gebieten anzutreffen, und zweitens ist die Höhe, die man mit ihm erreichen kann, sehr begrenzt. Er ist außerdem abhängig von Windrichtung und -geschwindigkeit. Längere Streckenflüge schienen damit nicht möglich zu sein, immerhin erreichte Robert Kronfeld in einem Ausnahmeflug 1929 über 100 Kilometer. Man befürchtete aber Ende der zwanziger Jahre, dass die Begeisterung für den Segelflug bald erlöschen würde, wenn nicht eine leistungsfähigere Energiequelle erschlossen werden konnte. Diese fand sich dann als die heute bekannte Thermik.

Die Thermik

Seltsamerweise deutete zunächst niemand die Beobachtung, dass große Greif- oder Wasservögel oft stundenlang ohne Flügelschlag auch im Flachland kreisend in der Luft bleiben, als Zeichen für eine andere, vom Hangwind unabhängige Energiequelle. So kam es, dass erste zufällige Flüge in solchen Aufwinden mangels einer besseren Erklärung unter der Bezeichnung „Schwachwindflüge“ bekannt wurden.Diese Aufwinde entstehen, wenn Blasen aus warmer Luft vom Erdboden aufsteigen. Daher werden sie auch thermische Aufwinde oder kurz „Thermik“ genannt. Allerdings muss noch eine zweite wichtige Voraussetzung erfüllt sein, damit wirklich nutzbare Aufwinde entstehen können: die labile Luftschichtung.

Der Wirkmechanismus dieser Aufwinde und die Bedeutung der Luftschichtung wird bei einem kurzen Ausblick auf die Grundlagen der Physik deutlich: Beim Aufstieg in die Höhe dehnt sich die Luft aus, da der Luftdruck abnimmt. Dadurch nimmt gleichzeitig die Temperatur der aufsteigenden Luft ab. Wenn die Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe gleich bleibt, hat die aufsteigende Luft aufgrund ihrer Abkühlung in genügend großer Höhe schließlich die gleiche Temperatur wie die Umgebung. Dann hört die Steigbewegung auf. Ein solche Temperaturverteilung heißt stabile Schichtung und ist ungeeignet für die Entwicklung von Thermik. Da sich die Luft während des Aufstiegs zwischen 0,6 und 1 Grad je hundert Meter abkühlt, würde eine anfangs um 10 Grad wärmere Luftblase nur 1000 Meter steigen. In Wirklichkeit treten derart extrem große Temperaturunterschiede praktisch nicht auf. Selbst ein großes Kraftwerk mit seinen Kühltürmen würde nur einen wenige hundert Meter hoch reichenden Aufwind erzeugen können. Trotzdem gelingt es Vögeln und auch Segelflugzeugen in der Thermik viel höher zu steigen als nur wenige hundert Meter.

Nun weiß zumindest jeder, der schon einmal in den Bergen war, dass die Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe normalerweise recht schnell abnimmt. Wesentlich ist nun, wie schnell genau die Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe fällt. Wird es schneller kälter, als die aufsteigende Luft während ihres Steigens an Temperatur verliert, bleibt die aufsteigende Luft trotz ihrer Abkühlung immer wärmer als die Umgebung. Dann steigt die Luft immer weiter, unter Umständen mehrere tausend Meter hoch. Wenn eine solche Aufstiegsbewegung erst einmal begonnen hat, erfasst sie auch die umgebende Luft, die anfangs gar nicht wärmer war. Indem diese in höhere Lagen gelangt und dabei langsamer abkühlt, ist auch diese Luft schließlich wärmer als die Umgebung und trägt zum Aufwind bei. Aus der aufsteigenden Blase ist eine Art Schlauch geworden, ein sogenannter Bart.

Diese Temperaturverteilung der Atmosphäre nennt man eine labile Schichtung. Die labile Schichtung ist der tatsächliche Motor der thermischen Aufwinde und entsteht zum Beispiel, wenn kalte Luft in ein Gebiet einfließt, in dem der Boden durch mehrtägigen Sonnenschein erwärmt wurde. Dann erwärmt sich diese Luftmasse allmählich von unten her bis eine labile Schichtung erreicht ist. Die thermischen Aufwinde führen dann solange zu einem Temperaturausgleich zwischen unteren und oberen Luftschichten, bis wieder eine stabile Schichtung entstanden ist.

Die Aufwinde benötigen bei labiler Schichtung dann nur noch einen kleinen Auslöser, um sich zu entwickeln. Dies kann eine punktuelle Erwärmung durch Sonnenschein sein, z.B. ein Fabrikdach. Oft reicht aber auch schon ein Traktor, der über ein Feld fährt, oder auch nur eine Unregelmäßigkeit in der Landschaft wie eine Waldkante, ein kleiner Hügel oder ein Sendemast.

Eine extreme Folge von hochreichenden labilen Schichtungen ist das Gewitter, das entstehen kann, wenn die Luft auch gleichzeitig feucht ist. In den zwanziger Jahren geriet erstmals ein Segelflieger namens Max Kegel zufällig in eine Gewitterwolke und fand sich etwa 2000 m höher wieder, nachdem er eine Viertelstunde orientierungslos in ihr herumgewirbelt wurde. Diese Höhe nutzte er zu einem langen Gleitflug und landete rund fünfzig Kilometer von seinem Startplatz entfernt. Das brachte ihm den Spitznamen „Gewittermaxe“ ein. Fortan waren Gewitterflüge recht populär, boten sie doch die Aussicht auf längere Flüge außerhalb der Hangwindzone. Außerdem sind Gewitter einfach zu erkennen und konnten somit gezielt angeflogen werden. Wie sich jedoch bald durch eine Reihe tragischer Unfälle herausstellte, waren den Gewalten im Gewitter bei Aufwind- und Abwindstürmen von über hundert Stundenkilometern weder Flugzeuge noch Piloten gewachsen. Dies gilt auch heute noch, und kein vernünftiger Segelflieger würde freiwillig in ein Gewitter einfliegen.

Die verwandte, aber im Vergleich zum Gewitter, harmlose Aufwindquelle Thermik blieb noch eine Weile unzugänglich, da zunächst sehr wenig Wissen existierte und ein Bordinstrument fehlte, das solche Aufwinde unmittelbar anzeigen kann. 1928 erfand Robert Kronfeld das sogenannte Variometer, indem er sich die Tatsache zunutze machte, dass sich die Luft in einem abgeschlossenen Gefäss ausdehnt, wenn das Flugzeug in die Höhe steigt und damit der Außendruck sinkt. Die Luftströmung aus diesem Gefäss heraus (Steigen) und wieder hinein (Sinken) wird mit einem empfindlichen Anzeigeinstrument sichtbar gemacht. Dadurch war es erstmals möglich, sofort festzustellen, ob man mit dem Flugzeug gerade stieg oder sank.

Die Segelflieger versuchen nun, durch enge Kreise möglichst im Zentrum dieser Aufwinde zu bleiben. Wenn das obere Ende des Aufwindes erreicht ist, fliegt man mit hoher Geschwindigkeit solange in Richtung der geplanten Strecke, bis die Höhe verbraucht ist. Diese sogenannte Steilkreistechnik wurde 1930 von Wolf Hirth während eines Aufenthaltes in den USA entwickelt. Als er, wieder in Deutschland, einmal nach langem Kreisen dennoch auf einem Acker landen musste, wurde er von einem verwunderten Zuschauer gefragt, ob sein Flugzeug auch geradeaus fliegen könne.

Danach nahm der thermische Segelflug einen ungeheuren Aufschwung, schon bald gelangen Flüge über mehrere hundert Kilometer. Heute ist der thermische Segelflug die wichtigste Variante, insbesondere wenn es um Langstreckenflüge geht. Im Jahre 1987 lag der Streckenweltrekord bei rund 1650 km (Ziel-Rück-Flug) und der Geschwindigkeitsrekord bei 158 km/h (Durchschnittsgeschwindigkeit über einer Distanz von 750 km).

Auch im norddeutschen Flachland ist die Thermik nahezu die einzige Aufwindart, die nutzbar ist. Als gut gelten hier Wettersituationen, die Steiggeschwindigkeiten von 2-3 m/s und Steighöhen von mehr als 1200 m über Grund erlauben. An besonders guten Tagen werden auch schon mal 5 m/s und 2500 m erreicht. In anderen Gegenden der Welt können thermische Aufwinde auch bis zu 8 m/s und Steighöhen von 4000 m und mehr erbringen. Noch größere Steigwerte und Höhen erreicht man normalerweise nur noch mit einer anderen Aufwindart, dem Wellenaufwind.

Der Wellenaufwind

Beobachtet man einen schnell fließenden Gebirgsbach, in dem ein großer Stein oder Fels liegt, so bemerkt man oft folgende Situation: Beim Überfließen des Hindernisses bildet das Wasser einen Buckel und hinter dem Hindernis eine Art Tal. Etwas dahinter folgt ein weiterer Buckel, obwohl sich an dieser Stelle kein Hindernis mehr befindet. Was man dort beobachtet, ist eigentlich nichts anderes als eine Welle, nur dass diese sich immer an der gleichen Stelle befindet, da sich anstelle der Welle das Wasser fortbewegt.

In der Atmosphäre kann genau das gleiche Phänomen auftreten, vorausgesetzt, die Luftmasse verhält sich ähnlich wie das strömende Wasser, was bei einer stabilen Luftschichtung tatsächlich der Fall ist. An die Stelle der Steine treten Bergketten, die quer zur Windrichtung liegen. Insofern sind die Verhältnisse ganz ähnlich wie beim Hangwind. Befindet sich nun genau dort, wo die Nachschwingung wiederum einen Wellenberg hat, eine weitere Bergkette, wird dieser Wellenberg durch einen Resonanzeffekt deutlich höher sein, als der über der ersten Bergkette. Im Unterschied zum Hangwind findet man in bei Wellenaufwinden die besten Steigmöglichkeiten nicht an der ersten Bergkette, sondern erst dahinter, also bei der zweiten oder dritten Welle. Daher spricht man auch von sogenannten Leewellen (Lee = windabgewandte Seite).

Das Vorhandensein von Bergen ist nicht, wie man meinen könnte, unbedingt erforderlich für die Entstehung von Wellenaufwinden. Auch andere Erscheinungen in der Atmosphäre können solche Aufwinde erzeugen, man spricht dann von Scherungswellen oder auch thermischen Wellen.

Wellenaufwinde können bis in die Stratosphäre reichen. Dabei werden Steiggeschwindigkeiten von mehr als 15 m/s erreicht, wie sonst nur im Gewitter, aber ohne die gefährlichen Turbulenzen. Die größte dokumentierte Höhe, die ein Segelflugzeug jemals erreicht hat, beträgt über 16.000 Meter. Der anerkannte Höhenweltrekord liegt dagegen bei fast 15.000 Metern. Flüge in solchen extremen Höhen sind aufwändige Projekte, die eine lange Vorbereitung benötigen und bei denen extreme Anforderungen an die Ausrüstung des Piloten gestellt werden. Vor allem die Wärmeisolierung des Druckanzuges und die Zuverlässigkeit der Sauerstoffversorgung bei Temperaturen von unter -50 °C sind besonders wichtig. Fast schon überflüssig zu sagen, dass auch die körperliche Konstitution des Piloten außerordentlich stabil sein muss. Gewöhnliche Segelflugzeuge hingegen können durchaus in solchen Höhen fliegen und müssen noch nicht einmal modifiziert werden.

In weniger extremen Höhen bis etwa 8.000 m reichen eine einfachere Sauerstoffanlage und warme Kleidung aus. Ein Flug in der Welle ist ein sehr beeindruckendes Erlebnis, das mit einer Aussicht verbunden ist, die man sonst nur aus Fenstern von Verkehrsflugzeugen kennt.

Wie steuert man ein Segelflugzeug?

Gesteuert wird ein Flugzeug im wesentlichen mit den Rudern (Höhenruder, Seitenruder und Querruder, siehe rechte Grafik), die eine Auftriebsveränderungen an den Tragflächen, am Seitenleitwerk und am Höhenleitwerk bewirken. Dadurch ist es dem Piloten möglich, das Segelflugzeug um alle drei Achsen im Raum (siehe linke Grafik) drehen zu können. Darüber hinaus gibt es noch Landehilfen, wie z.B. die Bremsklappen oder die Wölbklappen oder den Bremsfallschirm, die das Profil der Tragflächen für den jeweiligen Flugzustand optimieren.

Ein Pilot hat im wesentlichen zwei Bedienelemente zur Steuerung seines Flugzeuges. Zum einen den Steuerknüppel, der sowohl nach vorne (drücken) und nach hinten (ziehen) als auch nach links und rechts bewegt werden kann, und zum anderen die Pedale, die entweder mit dem linken oder dem rechten Fuß getreten werden können. Diese Steuerorgane reichen aus, um das Flugzeug um alle drei Achsen zu bewegen können. Alle anderen zusätzlichen Elemente, wie z.B. Brems- und Wölbklappen, auf die später noch eingegangen wird, dienen lediglich dazu, die Gleiteigenschaften des Flugzeuges zu verbessern oder zu verschlechtern, um z.B. präzisere Landungen durchführen zu können.

Das Höhenruder

Am einfachsten zu verstehen ist die Funktion des Höhenruders. Es befindet sich am Ende des Höhenleitwerkes, und es dient dazu, Drehungen um die Querachse durchzuführen (Nicken). Wenn der Pilot den Steuerknüppel nach vorne drückt, wird das Höhenruder nach unten ausgelenkt. Dadurch entsteht ein Auftrieb am Höhenleitwerk, der Schwanz des Flugzeuges wird angehoben, und sich die Nase bewegt sich nach unten. Das Ziehen des Knüppels bewirkt genau das Gegenteil: Das Höhenruder wird nach oben ausgelenkt und erzeugt dadurch einen Abtrieb, der den Schwanz nach unten zieht und die Nase anhebt. Also: Steuerknüppel drücken – Nase nach unten, Steuerknüppel ziehen – Nase nach oben.

Die Bewegung der Nase nach unten bewirkt, dass das Segelflugzeug auf einer steileren Bahn nach unten gleitet. Es wird schneller, verliert aber auch schneller an Höhe. Dem entsprechend führt ein Anheben der Nase zu einer Geschwindigkeitsabnahme und zu einem, wenn auch kurzfristigen, Höhengewinn.

Das Seitenruder

Das Seitenruder befindet sich hinten am Seitenleitwerk des Flugzeuges. Es kann mit den Pedalen entweder nach links (linkes Pedal treten) oder nach rechts (rechtes Pedal treten) ausgelenkt werden. Es dient dazu, das Flugzeug um die Hochachse zu drehen (Gieren). Eine Auslenkung nach links bewirkt einen Unterdruck auf der rechten Seite des Seitenleitwerks, und die Flugzeugnase dreht sich nach links. Eine Rechtsdrehung wird genau umgekehrt ausgeführt.

Also: Linkes Pedal treten – Flugzeug dreht nach links, rechtes Pedal treten – Flugzeug dreht nach rechts.

Allerdings reicht das Seitenruder allein nicht für einen sauberen Kurvenflug. Ähnlich wie ein Fahrrad muss sich auch ein Segelflugzeug „in die Kurve legen“, um nicht aus der Kurve herausgetragen zu werden. Zu diesem Zweck gibt es noch zwei weitere Ruder – die Querruder.

Die Querruder

Die Querruder befinden sich jeweils am äußeren Ende der Tragflächen und werden wie das Höhenruder mit dem Steuerknüppel bewegt. Bewegt man den Knüppel nach rechts, so wird das rechte Querruder nach oben ausgelenkt, wodurch dort Abtrieb erzeugt wird (siehe Höhenruder). Gleichzeitig wird das linke Querruder nach unten ausgelenkt und erzeugt Auftrieb. Die rechte Fläche senkt sich, und die linke Fläche hebt sich. Diese Drehung um die Längsachse wird „Rollen“ genannt.

Ein sauberer Kurvenflug kann weder mit den Querrudern noch mit dem Seitenruder allein durchgeführt werden. Man muss immer beide Ruder koordiniert betätigen.

Also: Linkes Pedal treten und Steuerknüppel nach links – Kurve links, rechtes Pedal treten und Steuerknüppel nach rechts – Kurve rechts.

Die Bremsklappen

Um den Gleitwinkel eines Segelflugzeuges beim Endanflug steuern zu können, kann der Pilot Bremsklappen (oder auch Störklappen) betätigen. Sie fahren aus den Tragflächen senkrecht zur Luftströmung aus und dienen dazu, den Luftwiderstand zu erhöhen sowie den Auftrieb zu verringern, um die Gleiteigenschaften des Flugzeuges zu verschlechtern. Manche Flugzeuge benutzen einen Bremsfallschirm, dessen Funktion die gleiche ist, wie bei den Bremsklappen. Er hat allerdings den Nachteil, dass er nicht wieder eingezogen werden kann. Wenn der Bremsfallschirm zu früh ausgefahren wurde und der Gleitpfad zu steil ist, besteht notfalls die Möglichkeit, den Fallschirm abzuwerfen.

Die Wölbklappen

Die Wölbklappen befinden sich am hinteren Ende des Tragflügelprofils und dienen dazu, dass Profil an unterschiedliche Fluganforderungen anzupassen. Beim Schnellflug braucht man zum Beispiel einen möglichst geringen Luftwiderstand, wohingegen beim Landen eine größere Autriebserhöhung (langsameres Sinken) und einen größeren Widerstand (Fahrtminderung) von Vorteil ist.


Welche Instrumente hat ein Segelflugzeug?

Ein kurzer Blick ins Cockpit:

Zur Standardinstrumentierung in einem Segelflugzeug gehören der Fahrtmesser, der Höhenmesser, der Kompass, das Funkgerät und der Faden. Das Variometer unterstützt den Segelflieger bei der Suche nach Thermik, indem es die Steig- oder Sinkgeschwindigkeiten anzeigt. Die Auswahl an Variometern reicht von der mechanischen Version, über das elektrische Variometer mit Sollfahrtgeber und Endanflugrechner bis hin zum Variometersystem mit GPS -Kopplung, welches Dank Satellitennavigation ständig Informationen über die momentane Position, die nächsten erreichbaren Flugplätze oder den Kurs, die Entfernung und die benötigte Höhe für einen Endanflug zum programmierten Ziel liefert. Im Wettbewerbssegelflug gehört auch das GPS inzwischen schon zur Standardausrüstung. Weitere Instrumente, die jedoch nicht zur Standardinstrumentierung eines Segelflugzeugs gehören, sind u.a. der Wendekoordinator, der Transponder und der künstliche Horizont u.v.m.

Der Höhenmesser

Der Höhenmesser ist im Prinzip nichts anderes als ein empfindliches Barometer zur Messung des Luftdrucks. Zur Anzeige der Höhe ist er in Fuß oder Meter über Normalnull (QNH) oder über Flugplatzhöhe (QFE) geeicht.

Funktionsweise: Der Höhenmesser ist an den statischen Druck (Statikport) angeschlossen. Der Luftdruck im Höhenmessergehäuse wird geringer, wenn das Luftfahrzeug steigt, und größer, wenn das Luftfahrzeug sinkt. Wenn der Druck beispielsweise abnimmt, dehnt sich ein hermetisch dichter Behälter aus; nimmt der Druck zu, zieht er sich wieder zusammen. Diese Volumenänderung wird über eine Mechanik auf die Anzeigenadel des Höhenmessers übertragen, die sich – ähnlich wie das Zifferblatt einer Uhr – auf einer in Fuß oder Metern geeichten Rundskala dreht.

Ablesen des Höhenmessers: Viele Segelflugzeuge sind mit Zweizeiger-Höhenmessern (siehe Grafik) ausgestattet, wobei die längere Nadel die Höhe in Einheiten von hundert und die kürzere die Höhe in Einheiten von tausend Fuß anzeigt. Wenn beispielsweise wie hier die lange Nadel auf 4 zeigt und die kurze genau zwischen den Ziffern 1 und 2 steht, fliegen Sie in 1.400 Fuß (427 m) Höhe.

Einstellen des Höhenmessers: Damit der Höhenmesser die richtige Höhe anzeigt, muss er auf den auf Meereshöhe (QNH) oder Flugplatzhöhe (QFE) bezogenen barometrischen Luftdruck eingestellt werden. Diese Einstellung erscheint in einem kleinen Fenster zwischen den Ziffern 7 und 8 auf der Skala. Vor dem Start muss der Pilot den Höhenmesser an einem Drehknopf auf den aktuellen Luftdruck einstellen. Anschließend zeigt der Höhenmesser bei richtiger Einstellung die Flugplatzhöhe (QNH), bzw. Null (QFE) an.

Der Fahrtmesser

Der Fahrtmesser ist ein Differenzdruckmessgerät. Er misst die Differenz zwischen dem Druck der in das Staurohr eintretenden Luft und dem statischen Druck der relativ unverwirbelten Luft, durch die sich das Luftfahrzeug bewegt. Über eine Nadel wird anschließend die Druckdifferenz als relative Geschwindigkeit zur Umgebungsluft angezeigt. Somit gehört der Fahrtmesser zu den wichtigsten Instrumenten an Bord eines Luftfahrzeuges.

Funktionsweise: Der Fahrtmesser ist das einzige Instrument, das sowohl an das Staurohr als auch an das Statikdrucksystem angeschlossen ist. Die Luft im Fahrtmessergehäuse stammt aus dem Statiksystem und liefert den Bezugsdruck für eine dehnbare Membran. Die Luft, von der das Staurohr im Flug angeströmt wird, gelangt ins Innere der Membran, die sich um so mehr ausdehnt, je größer der Staudruck (also die Fahrt) wird. Die Volumenausdehnung der Membran wird über eine Mechanik auf den Drehzeiger des Fahrtmessers übertragen, der nun die Fluggeschwindigkeit des Luftfahrzeugs anzeigt.

Farbmarkierungen: Die Farbmarkierungen kennzeichnen die Geschwindigkeitsbereiche des jeweiligen Segelflugzeuges. Es bedeuten:
Unterhalb Grün: Nicht flugfähig, da die Mindestgeschwindigkeit unterschritten ist. Absturzgefahr. Durch Nachdrücken Geschwindigkeit aufholen.

Grün: Sichere Geschwindigkeit, das Segelflugzeug ist auch bei Böigkeit ohne Beschränkung voll manövrierfähig.

Gelb: Vorsicht! Nur Flug in ruhiger Luft erlaubt. Keine harten Steuerbewegungen und kein hartes Abfangen.

Rot: Größte zulässige Höchstgeschwindigkeit bei ruhiger Luft. Sie darf auf keinen Fall überschritten werden!

Weiß: Zulässiger Geschwindigkeitsbereich für das Ausfahren der Bremsklappen

Gelbes Dreieck: Das gelbe Dreieck gibt die empfohlene Geschwindigkeit bei ruhiger Luft für den Landeanflug an.

Alle Geschwindigkeitsbereiche sind von Flugzeugmuster zu Flugzeugmuster unterschiedlich.

Das Variometer

Das Variometer zeigt die vertikale Steig- oder Sinkgeschwindigkeit (in m/s) des Segelflugzeuges relativ zur Umgebungsluft an.

Funktionsweise: Das Variometer ist an das Staurohr/Statikdrucksystem angeschlossen. Der Druck im Instrumentengehäuse wird also geringer, wenn das Luftfahrzeug steigt, und größer, wenn das Luftfahrzeug sinkt. Im Variometergehäuse ändert eine hermetisch dichte Druckdose, ähnlich der im Höhenmesser, ihr Volumen in Abhängigkeit vom statischen Druck. Diese Volumenänderung wird auf eine Anzeigenadel übertragen, die sich auf einer Kreißkala bewegt und anzeigt, mit welcher Geschwindigkeit das Luftfahrzeug steigt oder sinkt. Möglich wird dies, weil die Druckdose eine exakt dimensionierte Ausgleichsöffnung aufweist, über die die Luft zwischen Variometer und Umgebung hin- und herströmen kann. Dadurch gleichen sich Innen- und Außendruck langsam aus, und die Nadel zeigt schließlich den Wert der aktuellen Steig- oder Sinkgeschwindigkeit an.

Je nach Bauform unterscheidet man z.B. zwischen Dosenvariometern, Stauscheibenvariometern und Flüssigkeitsvariometern, die jeweils unterschiedliche Dämpfungseigenschaften und Anzeigegeschwindigkeiten (Zeitkonstanten) haben.

Elektrisches Variometer

Das elektrische Variometer hat die gleiche Funktion wie das normale Variometer, hat jedoch darüber hinaus noch die Möglichkeit, dem Piloten die für die momentane Situation (steigende oder sinkende Luftmasse) günstigste Geschwindigkeit vorzuschlagen – dadurch kann die größtmögliche Leistung erzielt werden.

Moderne elektrische Variometer messen den Ausgleichsluftstrom zwischen dem äußeren statischen Druck und dem Ausgleichsgefäss mit Hilfe eines Hitzedrahtes. Im Vergleich zu den mechanischen Variometern sind sie besonders reaktionsschnell und bieten darüber hinaus die Möglichkeit, die angezeigten Steigwerte auch akustisch auszugeben. Dadurch kann sich der Pilot beim Thermikfliegen voll und ganz auf die Beobachtung des Luftraumes konzentrieren.

Einziger Nachteil: Es benötigt Strom, der beim Segelflugzeug ja nicht wie beim Auto durch die Lichtmaschine erzeugt werden kann, sondern mittels eines Akkus mitgenommen werden muss.

Das Funkgerät

Das Funkgerät dient der Verständigung zwischen Segelflugzeug und Bodenfunkstellen (z.B. Flugplatz, Startstelle, etc.) und zwischen Segelflugzeugen, beispielsweise auf Überlandflügen. Insbesondere dient es zum Einholen von Start-, Lande- und Wetterinformationen auf fremden Flugplätzen und zur Verständigung zwischen alleinfliegenden Flugschülern und dem Fluglehrer. Dies ist sehr wichtig, da Flugschüler ja wenig Flugerfahrung besitzen und der Fluglehrer so Anweisungen über Funk erteilen können muss. Weitere Anwendung findet das Funkgerät beispielsweise bei Flugzeugschlepps, hier dient es der Verständigung zwischen Segelflugzeug und Schleppflugzeug.

Um am Flugfunk teilnehmen zu dürfen, benötigt man ein spezielles Funksprechzeugnis für den Flugfunk, das sogenannte BZF, das Bestandteil der Ausbildung zum Segelflugzeugführer ist.

 

Der Wendekoordinator

Der Wendekoordinator ist ein Kreiselinstrument und wird normalerweise elektrisch angetrieben. Er besteht eigentlich aus zwei Instrumenten. Der Teil mit dem Kreisel zeigt die Drehgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs an, d.h. die Geschwindigkeit, mit der das Luftfahrzeug seine Richtung ändert. Der andere Teil, das sogenannte „Inklinometer“ oder auch „Slip/Skid-Anzeiger“, ist ein Glasröhrchen mit einer Kugel, das als Neigungsmesser dient. Hierdurch ist eine Beurteilung möglich, wie sauber eine Kurve geflogen wird, d.h. wie gut der Kurvenflug „koordiniert“ ist.

Der Wendekoordinator kommt im Segelflugzeug eigentlich nicht zum Einsatz (außer z.B. beim Wolkenflug). Er ist hauptsächlich in modernen Leichtflugzeugen und Motorseglern vorzufinden. Ältere Luftfahrzeuge sind häufig noch mit einem ähnlichen Instrument ausgestattet, dem sogenannten „Wendezeiger“. Der Wendezeiger liefert dieselben Informationen wie der Wendekoordinator, wenn auch in einer anderen Darstellungsform: Hier wird die Drehgeschwindigkeit nicht über das Flugzeugsymbol, sondern in „Pinselbreiten“ angezeigt.

Funktionsweise: Das Kreiselsystem im Wendekoordinator ist normalerweise unter einem Winkel von 30° eingebaut. Wenn das Luftfahrzeug eine Kurve fliegt, bewirken die dabei auftretenden Kräfte, dass der Kreisel präzediert. Je nach Kreiselpräzessionsrate neigt sich dabei das Flugzeugsymbol des Wendekoordinators nach links oder rechts. Je schneller die Winkelgeschwindigkeit ist, desto größer sind auch die Kreiselpräzession und die Querneigung des Flugzeugsymbols.

Normalkurve: Wenn eine Flügelspitze des Flugzeugsymbols auf einen der mit „L“ und „R“ gekennzeichneten Striche zeigt, fliegt das Luftfahrzeug eine sogenannte Normalkurve, bei dem die Winkelgeschwindigkeit ca. 3° pro Sekunde beträgt. Für einen 360°-Vollkreis benötigt das Luftfahrzeug somit genau zwei Minuten.

Die schwarze Kugel in der Libelle bleibt zwischen den beiden senkrechten Hilfslinien stehen, wenn sich die im Kurvenflug auftretenden Luftkräfte gerade ausgleichen und das Luftfahrzeug somit eine koordinierte Kurve fliegt. Wenn die Kugel jedoch zur Kurveninnenseite rollt, fliegt das Luftfahrzeug eine Rutschkurve; rollt sie zur Außenseite, fliegt das Luftfahrzeug eine Schiebekurve.

Der Faden

Ein einfaches aber feines Instrument zum sauberen Fliegen ist ein dünner Wollfaden, der auf der Cockpithaube im freien Luftstrom angebracht ist. Zeigt er in Richtung Rumpflängsachse nach hinten, so fliegt man sauber, weicht er nach links oder rechts aus, wird das Flugzeug seitlich angeblasen und schiebt (z.B. beim Slip). Dies ist sehr wichtig zu wissen, da bei niedrigen Geschwindigkeiten das Flugzeug in eine Trudelbewegung übergehen kann, wenn es seitlich angeblasen wird.

 

 

 

Das GPS (Global Positioning System)

Eine neue Technik, die erst vor wenigen Jahren Einzug in den Segelflugsport gehalten hat, ist das GPS (engl. global positioning system). Dieses vom amerikanischen Militär betriebene System ermöglicht mit Hilfe von Satellitennavigation eine Positionsbestimmung auf ca. 100 Meter genau. GPS-Empfänger gibt es sowohl als Einbaugerät (siehe Grafik) als auch als Handgeräte.

Moderne GPS-Geräte besitzen interne Datenbanken, in denen Flugplätze, Luftraumstrukturen usw. verzeichnet sind und dienen damit als exzellente Navigationshilfe. Mit Hilfe eines GPS-Empfängers lassen sich eine Vielzahl von Daten einfach abrufen, beispielsweise die momentane Position, die nächsten erreichbaren Flugplätze oder den Kurs, die Entfernung und die benötigte Höhe für einen Endanflug zum programmierten Ziel. Aufgrund dieser Vorteile entwickelt sich das GPS immer mehr zu einem Standardinstrument bei Wettbewerben, aber auch bei einfachen Überlandflügen. Zudem ist es mit sogenannten GPS-Loggern relativ einfach möglich, seinen Flugweg, die Höhen und Geschwindigkeiten aufzuzeichnen und so seine Flüge zu dokumentieren. Allerdings ist das GPS immer nur ein Zusatzinstrument zur normalen Navigation mit Kompass und Karte – bei letzteren gibt es nämlich keine Batterien, die leer werden können.
 

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