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De/Avionics and Instruments

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Kompasse

In der Fliegerei werden zwei unterschiedliche Kompassarten verwendet:

  • der Magnetkompass
  • der Kurskreisel

Magnetkompass

Der Magnetkompass richtet sich nach dem magnetischem Feld aus, das die Erde umgibt.

Zu beachten ist dabei, dass sich der magnetische und der geografische Nordpol NICHT an der gleichen Stelle befinden. Die Differenz zwischen magnetischer Feldausrichtung (Kompassnadel) und Ausrichtung auf den geografischen Nordpol (wahres Nord oder engl. true north) heisst magnetische Variation, abgekürzt mit VAR oder MV. Je nach Ort, an dem man sich befindet, ist die magnetische Variation unterschiedlich; ebenso ändert sie sich mit der Zeit, da die magnetischen Pole wandern.

Wenn man einen Flugplan macht, sollte man die magnetische Variation entlang der Flugroute kennen. In der Luftnavigation bedient man sich der magnetischen Ausrichtung: Auf Flugkarten ist alles als magnetische Ausrichtung verzeichnet, VOR-Stationen zeigen nach magnetisch Nord, auch Landebahnen bekommen ihren Namen nach ihrer magnetischen Richtung. So hat zum Beispiel die Landebahn 10L am Flughafen San Francisco, KSFO, die magnetische Richtung 100, wahre Ausrichtung ist aber ca. 115 Grad. Sogar GPS-Geräte für Luftnavigation zeigen magnetische Richtungswerte an, obwohl sie die wahren Richtungswerte kennen.

Angegeben wird die magnetische Variation in Grad Ost oder Grad West (engl. degrees east bzw. degrees west), auf Luftkarten oft geschrieben als z.B. "MV 15′E" oder "MV +15′", dabei ist + Ost, - West.

Nur die Windrichtung vom METAR wird als wahrer Richtungswert gemeldet, was bei der Berechnung des Winddreiecks wichtig ist: Fliegt man zum Beispiel die Landebahn 10 vom Flughafen KSFO mit Kompassweisung 100 Grad an und bekommt die Windmeldung "aus 100 Grad mit 12 Knoten", so hat man nicht einen schönen Gegenwind, sondern einen ordentlichen Seitenwind von vorne links (etwa -15 Grad zur Landebahn). Auch bei der Flugroute muss die magnetische Variation mit einberechnet werden: Eine Linie auf der Landkarte von San Francisco nach Seattle zeigt exakt nach Norden; Folgte man aber ab dem Start vom KSFO einfach der Kompassanzeige 360′ Nord, fände die Landung zum Missfallen der Passagiere etwa 200 Meilen östlich in Spokane anstatt in Seattle statt.

In der Praxis gibt es unterschiedliche Herangehensweisen, um mit dieser Missweisung des Magnetkompasses umzugehen: Zum einen kann man die Kompassrose oder andere richtungsweisende Instrumente so einstellen, dass sie "wahres Norden" anzeigen, zum anderen kann man die magnetische Variation in seinen angezeigten Kurs mit einbeziehen. Welche dieser beiden Herangehensweisen am praktischten ist, hängt von der Flugroute, der Instrumentierung des Flugzeuges und von den Präferenzen des Piloten ab, und kann auf den verschiedenen Abschnitten eines Fluges wechseln; Wichtig ist nur, sich immer bewusst zu sein, was die Instrumente gerade anzeigen und ob der Flugplan magnetischen oder wahren Kurs beschreibt. Ebenso sollte man wissen, welche Referenz die verschiedene Systeme des Flugzeugs, wie z.B. der Autopilot, verwenden.

Findet man keine Karte, auf der die magnetische Variation des Abflug- oder Zielflughafens verzeichnet ist, hat man bei FlightGear zwei Möglichichkeiten, sie herauszufinden. Erstens kann man sie unter File-> Browse Internal Properties-> /environment/magnetic-variation-deg überprüfen, zweitens kann man folgendes Shell-Script verwenden:

#!/bin/bash
if [ $# -ne 2 ]; then
  echo "Usage: $(basename $0) lat long";
  echo "East and north are positive.";
else
  testmagvar $1 $2 0 $(date +"%m %d %g")|tail -1|tr -s [:space:] \\t|cut -f6;
fi

Ein guter Pilot weiss aber immmer schon vorher, welche MV ihn erwartet! Und wir sind doch natürlich alle gute Piloten, oder nicht?

Kurskreisel

Gyro of default Cesna

Der Kurskreisel (engl. directional gyro oder heading indicator) dient, ebenso wie der Magnetkompass, zur Richtungsanzeige. Er weiss allerdings nichts über einen magnetischen oder geografischen Nordpol, sondern arbeitet, vereinfacht gesagt, rein nach dem Trägheitsprinzip.

Aus dem Schulunterricht ist den meisten das Experiment bekannt, bei dem jemand das abmontierte Rad eines Fahrrads an der Achse in den Händen hält; dreht sich das Rad nicht, ist es sehr leicht, es herumzuschwenken, dreht man es doch, ist es sehr schwer, seine Richtung zu ändern. Im Kurskreisel befindet sich also (mindestens) eine im Vakuum frei aufgehängte, möglichst schwere Scheibe, die von einem Elektromotor möglichst schnell gedreht wird. Diese Scheibe "wehrt" sich gegen jede Richtungsänderung des Flugzeugs und bleibt in der Richtung, in der sie initiiert wurde.

Will man den Kurskreisel benutzen, muss man ihn zuerst mit dem Magnetkompass abgleichen; in den meisten Flugzeugen ist der Kurskreisel aber schon mit dem Magnetkompass verbunden, so dass er bei der Initiierung mit ihm abgeglichen wird, oder während des gesamten Fluges dem Magnetkompass folgt. Der Grund, warum der Kurskreisel ein wichtiges Instrument ist, auch wenn er dem Magnetkompass folgt, ist der, dass der Kurskreisel in bestimmten Situationen zur Richtungsmessung besser geeignet ist: Bei längeren Kurven, wie z.B. der oft gefragten halben Standardkurve (engl. standard turn) von 180′ hängt die Anzeige des Magnetkompasses hinterher oder geht vor, und die Neigung des Flugzeugs, und mit ihm die des Magnetkompasses, bringt ihn zu fehlerhaften Messungen. Ebenso ist im Gegensatz zum Magnetkompass der Kurskreisel nicht anfällig für plötzliche Änderungen des Magnetfeldes, wie sie etwa bei der Annäherung an Gebiete mit starken Funksendern oder magnetischen Mineralien auftreten. Deswegen nehmen Navigationssysteme oder Autopiloten normalerweise den Kurskreisel und nicht den Magnetkompass als primäre Referenz.

Mit zunehmender Flugzeit wird aber auch der Kurskreisel ungenau, weshalb er auch nachjustiert werden muss. Weiterer Nachteil des Kurskreisels ist seine Abhängigkeit von einer Strom- und Vakuumquelle; Fällt eine von beiden aus, verliert ein Kurskreisel sehr langsam seine Richtung, was es dem Piloten sehr schwer macht, den Fehler zu entdecken. Bei starken Turbulenzen oder heftigen Flugmanövern zeigt der Kurskreisel oft sprunghafte Werte an.

In einigen grösseren Flugzeugen kann man wählen, welches Kompasssystem sich nach dem anderen richtet; Das bestimmende wird als "Master-", das folgende als "Slave-" bezeichnet.

Anmerkung: Die Begriffe Gyrokompass und Gyroskop werden fälschlicherweise oft synonym für 'Kurskreisel' verwendet, werden aber innerhalb der Fliegergemeinschaft als Begriff für 'Kurskreisel' normalerweise nicht missverstanden.

Höhenmesser

Altmeter of default Cesna

Per Definition ist ein Höhenmesser , (meistens "Altimeter" genannt) , ein Instrument, das die Höhe über einer festgelegten Ebene misst.

Diese, sehr technisch gesprochene "festgelegte Ebene" ist in der Luftfahrt in der Regel der mittlere Meeresspiegel (MSL, von engl. mean sea level) oder die Bodenhöhe unter dem Flugzeug (GL, von engl. ground level).

Messung per Luftdruck

Als Flieger wird man am häufigsten mit der Höhe "feet ASL", (engl. feet above sea level) also Fuss über Meeresspiegel konfrontiert. Diese Höhe wird immer mit Hilfe des umgebenden Luftdrucks gemessen, ausser bei GPS. GPS-Höhenangaben sollten aber höchstens nur als Kontrolle verwendet werden, weil: Das Bezugssystem für die Höhe in der Luftfahrt ist der Luftdruck.

Internationale Einheit für die Flughöhe ist, bis auf wenige Ausnahmen, Fuss bzw. feet, abgekürzt ft. Ein feet entspricht 30.48cm, über den krummen Daumen gepeilt kann man also rechnen: "Feet durch 3 und etwas weniger = Meter "

Da der Luftdruck variiert, muss der Höhenmesser justiert werden. Dazu stellt man den Luftdruckwähler des Altimeters auf den Wert ein, den man vom ATIS oder vom Tower durchgesagt bekommen hat. An einem müssigen Sommerabend, oder wenn der Flugplatz keinen Tower oder ATIS besitzt, kann man vor dem Start aber auch den Luftdruckwähler soweit drehen, bis der Höhenmesser die Höhe des Plugplatzes (die man natürlich kennt!) anzeigt.

Ab einer gewissen Höhe, der Übergangshöhe (engl. transition level), wird am Höhenmesser der sogenannte "Normaldruck" von 29.92 inHG eingestellt. Damit erreicht man, dass alle Flugzeuge den gleichen Bezugswert haben; Soll zum Beispiel ein Flugzeug in einem Hochdruckgebiet die Höhe 12000ft, ein anderes 13000ft halten, fliegt das eine vielleicht auf 12500ft, das andere auf 13500ft. Da beide Piloten aber auf ihrem Höhenmesser mit eingestelltem 29.92inHG Luftdruck die ihnen jeweils zugewiesene Flughöhe lesen, können beide mit 1000ft Höhenunterschied ihren Weg kreuzen, ohne zu kollidieren. Würde jeder Pilot den Luftdruck seines Startflugplatzes beibehalten, gäbe es am Himmel ein buntes Allerlei an Interpretationen der richtigen Flughöhe. Die Standard-Übergangshöhe ist je nach Land unterschiedlich, findet sich aber oft auf Flugkarten bzw. wird vom Tower festgelegt und durchgegeben.

Messung per Radar

Der Radarhöhenmesser (engl. 'radio altimeter') misst die Flughöhe uber Grund, also AGL (engl. above ground level), in dem er das Echo seiner abgestrahlten Radarwellen interpretiert. Verwendet wird er im militärischen Bereich (Stichwort Tiefflug) und bei präzisen Instrumentenlandungen.


Künstlicher Horizont

Künstlicher Horizont einer Cessna


Der künstliche Horizont (engl. artificial horizon oder gebräuchlicher attitude indicator, abgekürzt ai), zeigt die Lage des Flugzeugs, wie der Name schon sagt, anhand eines künstlichen Horizontes an. Die Anzeige ist unterteilt in "Himmel" (normalerweise blau) und "Boden" (normalerweise braun), dazu gesellt sich mittig eine stilisierte Darstellung des Flugzeug von hinten.

Anhand des künstlichen Horizontes kann man als Pilot die Fluglage seines Fugzeugs ablesen, ohne den natürlichen Horizont zu sehen.

Prinzipiell kann man sich vorstellen, die Horizontanzeige sei eine Kugel, hätte ein Gewicht unter sich angebracht, und bleibe deswegen immer der Schwerkraft treu, indem das Gewicht die Kugel immer zum Erdmittelpunkt zieht; aus verschiedenen technischen Gründen wird der künstliche Horizont aber, ähnlich wie der Kurskreisel, mit Hilfe von sich drehenden Scheiben auf Richtung gehalten. Dieser technische Hintergrund ist aber eher für Instrumentenbauer als für Piloten relevant.

Als Flugschüler lernt man schnell, den Blick vom natürlichen Horizont zum künstlichen zu wenden, noch bevor man in eine Wolke oder eine Nebelwand fliegt. Aber auch bei guten Sichtverhältnissen sollte der künstliche Horizont immer mit einbezogen werden, da der natürliche das Auge trügen kann: Fliegt man z.B. in den Bergen in einem flachen Tal und hat eine von links nach rechts ansteigende Bergkette vor sich, rechnet das Gehirn unweigerlich diese Bergkette als waagerechten Horizont, wie die Meeresoberfläche, mit ein, und man neigt nach links, auch wenn man als Bezugspunkt das waagerechte und flache Tal unter sich anschaut. Ein weiterer psychologischer Faktor ist die Präferenz eines Menschen, eine leichte Neigung des Flugzeugs nach links als gerade anzusehen; Man kann diesen Effekt mit einem Experiment sehr schön nachstellen, indem man bei FlightGear einfach von der Startbahn gerade abhebt (bei Windstille), und dann, ohne die Instrumente anzuschauen, zwei Minuten weiterfliegt. Etwa 98% der Flieger befinden sich dann weit links von der gedachten Fortführung der Startbahn. Es gibt weitere solcher psychologischen Effekte, die den künstlichen Horizont unerlässlich machen.

(Anmerkung des Autors: Der Linkspräferenzeffekt ohne Bezugspunkt wird von einigen Psychologen auf das normalerweise stärkere rechte Bein des Menschen zurückgeführt; ich selbst bin allerdings Linksfuss (aber auch Rechtshänder). Trotzdem befinde ich mich ebenso immer bis zu 10′ links neben der Startbahnlinie bei dem o.g. Experiment! Diese Linkspräferenz ist ein Fakt, der Grund dafür noch ungeklärt.)