De/Fluggeschwindigkeit

Die Fluggeschwindigkeit beinhaltet zwei Faktoren: Die Strecke, die in einer gewissen Zeit zurückgelegt wird. In der Fliegerei wird die Fluggeschwindigkeit in den meisten Fällen in knots (kt - Knoten) angegeben. Hierbei entspricht ein Knoten einer Nautischen Meile (Seemeile) pro Stunde. Im Flugzeug wird die Geschwindigkeit mit einem Pitotrohr gemessen, das Ergebnis ist jedoch nicht die Geschwindigkeit des Flugzeugs über Grund, sondern die Geschwindigkeit der das Flugzeug umgebenden Luft.

In einigen Flugzeugen, insbesondere Segelflugzeugen und deutschen WW-II-Warbirds, wird die Geschwindigkeit in km/h angegeben. Der Umrechnungsfaktor beträgt 1,852, d.h 1 kt sind 1,852 km/h und 1 km/h sind 0,54 kt. Als Faustformel zur Umrechnung kann man verwenden: kt mal 2 minus 10% = km/h, bzw. km/h durch 2 plus 10% = kt.

Manchmal wird eine Geschwindigkeit in Knoten einfach mit einem K vor dem Akronym angegeben, so steht z.B. KIAS für die "Angezeigte Eigengeschwindigkeit" (Indicated Airspeed in knots)

Für Fluggeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit oder höher kann die Geschwindigkeit in Mach ausgedrückt werden.

Ausdrücke für die Geschwindigkeit

Ground speed

• Die Ground speed (GS - Geschwindigkeit über Grund) ist die horizontale Geschwindigkeit, mit der sich ein Flugzeug bezogen auf einen Punkt am Boden bewegt.

Die GS wird benötigt, um zu wissen, wie lange ein Flug von A nach B eigentlich dauert. Heutzutage kann die GS direkt via GPS gemessen werden, und manche entsprechend ausgestattete Flugzeuge haben eine GS-Anzeige. Man kann die GS mithilfe der TAS berechnen, indem man den in der entsprechenden Flughöhe herrschenden Wind trigonometrisch einberechnet, oder man misst die Zeit, die man benötigt, um zwei Punkte mit einder bekannten Distanz zu überfliegen. In FlightGear jedoch kann man schummeln und die GS über den Property browser unter velocities/groundspeed-kt herausfinden.

Die GS ist die horizontale Geschwindigkeit des Flugzeugs. In einem Sturzflug kann das Flugzeug also sehr schnell werden, da die Bewegungsrichtung aber hauptsächlich vertikal ist, kann die GS gleichzeitig sehr niedrig sein. Das ist der Unterschied zur Fahrgeschwindigkeit eines Autos.

True airspeed

• Die True airspeed (TAS - Wahre Fluggeschwindigkeit)ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Flugzrug in Relation zur umgebenden Luft bewegt.

Der Unterschied zur GS besteht darin, dass die Luft sich relativ zum Boden bewegt (nennt sich Wind), und abhängig von der Flugrichtung relativ zur Windrichtung entsteht eine Differenz zwischen der TAS und der GS. Die TAS kann nicht direkt gemessen, sondern nur berechnet werden. Es sei denn, man steht auf dem Boden. Da kann man die TAS am Windsack "ablesen".

Die TAS während dem Flug zu wissen, ist erstaunlich nutzlos - für die Navigation verwendet man die GS, und aerodynamische und strukturelle Limits beziehen sich auf die IAS. Die Hauptbedeutung der TAS liegt in der Messung der Flugleistung und der Flugplanung, bevor der Wind mit einberechnet wird.

Die TAS wird aus der CAS, Lufttemperatur, und der Druckhöhe berechnet und ist der zweite Schritt in der Berechnung der GS von der IAS.

Häufig wird angenommen, TAS und GAS wären das gleiche, dies ist jedoch falsch.

Indicated airspeed

• Die Indicated airspeed (IAS - Angezeigte Eigengeschwindigkeit) ist die Zahl, die auf dem Fahrtmesser angezeigt wird.

Für gewöhnlich wird die Fluggeschwindigkeit mit einem #Staurohr (Pitotrohr) an der Nase des Flugzeugs gemessen. Sie kann identisch mit der CAS sein, aber nicht mit der TAS, da der Luftdruck sehr mit der Flughöhe (bzw. der Luftdichte) variiert. Je größer die Flughöhe, desto geringer die IAS, obwohl die TAS die gleiche ist.

Trotz dieser Abhängigkeit von der Flughöhe ist die IAS sehr wichtig im Flug. Viele aerodynamische Eigenschaften, z.B. Luftwiderstand, Auftrieb, Belastung der Struktur des Flugzeugs, Überziehgeschwindigkeit, oder die Kräfte an den Steuerflächen hängen von dem Staudruck ab, der von der Luftströmung generiert wird, nicht von der eigentlichen Fluggeschwindigkeit. Die Überziehgeschwindigkeit eines Flugzeugs auf Meereshöhe ist sehr unterschiedlich zur Überziehgeschwindigkeit (TAS) in 30.000 ft Flughöhe - aber sie entsprechen der gleichen IAS-Anzeige.

Auf Meereshöhe entspricht eine IAS von 400 kt ziemlich genau einer TAS von 400 kt. In 85.000 ft (der Reiseflughöhe einer SR-71) entspricht eine IAS von 400 kt einer TAS von über 1600 kt, was in dieser Höhe in etwa Mach 3 entspricht.

Calibrated airspeed

• Die Calibrated airspeed (CAS - kalibrierte Flugeschwindigkeit) wird aus der Messung des Staurohrs berechnet und nach Standardfehlern korrigiert.

Moderne Geräte können meistens direkt die CAS anzeigen. Für die Navigation ist die CAS der erste Schritt zur Berechnung der GS.

Equivalent airspeed

• Die Equivalent airspeed (EAS - Equivalente Fluggeschwindigkeit) bezieht weitere Korrekturen mit ein (wie die CAS, nur bezieht sich die EAS mehr auf Eigenschaften der Luft als auf Sensorfehler).

In großer Höhe verändert sich die Komprimierbarkeit der Luft, sodass auch die CAS immer unzuverlässiger wird. Für die SR-71 Blackbird mit einer Reiseflughöhe von 85.000 ft ist die CAS zu unzuverlässig und das Flugzeug wird basierend auf der EAS geflogen. Für konventionelle Flugzeuge wird die EAS nicht verwendet. So ist die EAS das, was ein perfekter Staudrucksensor anzeigen würde, der korrekt auf die Komprimierbarkeit der umgebenden Luft kalbriert wurde. Die EAS ist das berechnete Ergebnis aus dem Staudruck (gemessen vom Pitotrohr) und dem statischen Druck (gemessen vom Höhenmesser.

Mach-Zahl

• Die Mach-Zahl ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs geteilt durch die Schallgeschwindigkeit (in der jeweiligen Flughöhe). Es ist eine Kennzahl und besitzt daher keine Einheit.

Das Verhalten eines Flugzeugs bei Mach 1 in Meereshöhe entspricht dem Verhalten desselben Flugzugs in 60.000 ft Höhe. Eine Mach-Zahl <1 heißt, das Flugzeug fliegt subsonisch. Eine Mach-Zahl >1 zeigt einen supersonischen Flug an. Ab einer Mach-Zahl von >5 spricht man von hypersonisch. Die Mach-Zahl ist kritisch, denn eine Reihe von Phänomenen treten nur um Mach 1 herum auf (transsonischer Bereich), z.B. eine schlagartige Erhöhung des Luftwiderstandes, induziert durch die Erzeugung der Schockwelle (Überschall-Knall). Flugzeuge, die nicht auf Überschallflug ausgelegt sind, brechen bei Mach 1 auseinander. Bedingt durch die Bauform des Flugzeugs kann es vorkommen, dass einige Teile bereits Mach 1 oder mehr haben, während der Rumpf noch subsonisch ist. In der Nähe von Mach 1 zu fliegen kann ziemlich gefährlich werden, daher ist für die meisten schnellen (subsonischen) Flugzeuge das Limit bei Mach 0,83 gesetzt. Hoch fliegende Passagierflugzeuge können dieses Limit im Sinkflug schnell erreichen.

Die Schallgeschwindigkeit variiert mit der Komprimierbarkeit (und daher der Temperatur) der Luft, die Mach-Zahl hängt also von der Flughöhe ab (da die Temperatur mit zunehmender Höhe abnimmt). Das impliziert, dass Mach 2 auf Meereshöhe einer höheren TAS als Mach 2 in 30.000 ft entspricht. Die genaue Beziehung zwischen Mach-Zahl, TAS und Flughöhe ist eine komplexe Formel und hängt im Wesentlichen vom lokalen Wetter ab, wodurch die Druck- und Temperaturgradienten der Atmosphäre festgelegt werden. Die Mach-Zahl wird aus den gleichen Informationen wie die EAS gemessen/berechnet.

V-Speeds

Für eine vollständige Liste der V-Speeds siehe Wikipedia. Hier nur ein kleiner Auszug. Beachte, dass die V-Speeds von lokalen Flight rules abhängen können. Viele hängen auch von der Konfiguration (Fluggewicht, etc.) ab. V-Speeds werden zum Vergleich von Flugleistungen verwendet und im Flughandbuch angegeben.

V1	Take-off decision speed & Critical engine failure recognition speed. During take-off the speed at which the aircraft safely can take-off even when one (of more) engine fails ("eats a bird"). The co-pilot (FO) will call out V1 during take-off, the pilot will check if all engines are running and decides to continue or abort take-off.
V2	Take-off safety speed.
V3	Flap retraction speed.
VA	Design manoeuvring speed. Above this speed it is a bad idea to make sudden manoeuvres.
VC	Design cruising speed, also known as the optimum cruise speed, is the most efficient speed in terms of distance, speed and fuel usage.
VD	Max dive speed (for certification only)
VFE	Maximum flap extended speed.
VLE	Maximum landing gear extended speed.
VLO	Maximum landing gear operating speed.
VMO	Maximum operating limit speed.
VNE	Never exceed speed.
VNO	Maximum structural cruising speed or maximum speed for normal operations.
VR	Nose-wheel take off speed. The speed at which the nose-wheel leaves (should leave) the ground. As the speed increases the yokes will be pulled at Vr. It is also the speed at which the aircraft still can be stopped if there is a critical failure. The co-pilot (FO) will call out "rotate" during take off. VR is very similar to VROT and VREF.
VRef	Landing reference speed or threshold crossing speed.
VS	Stall speed or minimum steady flight speed for which the aircraft is still controllable.
VS0	Stall speed or minimum flight speed in landing configuration.
VS1	Stalling speed in a specified configuration
VX	Best angle of climb speed
VXSE	Best angle of climb speed, one engine out
VY	Best rate of climb speed
VYSE	Best rate of climb speed, one engine out

• Die V-Speeds nicht zu kennen, kann dramatische Folgen haben. Es kam vor, dass die Piloten die Mindestgeschwindigkeit des Flugzeugs bei der Landung mit nur einem Triebwerk nicht wussten. Der Pilot verlor die Kontrolle kurz vor dem Touchdown und gab Vollgas, um die Geschwindigkeit zu erhöhen. Dadurch kippte das Flugzeugs aufgrund des asymmetrischen Schubs zur linken Seite.

Staurohr (Pitotrohr)

Mit dem Staurohr wird die Fluggeschwindigkeit gemessen. Es besteht aus einem nach vorn gerichteten Rohr, das in die Luftströmung zeigt. Durch die Bewegung des Flugzeugs wird die Luft hineingedrückt (gestaut) und der so entstehende (Stau-)druck wird gemessen. Der gemessene Druck wird in die Fluggeschwindigkeit umgerechnet(IAS). Der Staudruck wird auch dynamischer Druck genannt, im Gegensatz zum statischen Druck, durch welchen die Flughöhe berechnet wird. Größere Flugzeuge besitzen mehrere Staurohre, und der Fahrtmesser zeigt den Durchschnittswert an.

Das Pitotrohr kann leicht blockieren, und in diesem Fall hat die IAS keinen Bezug mehr zur tatsächlichen Fluggeschwindigkeit, was sehr gefährlich werden kann.

Vereisung ist ein häufiger Grund für die Blockade des Staurohrs und deshalb gibt es in Flugzugen die Staurohrheizung (Pitot heat), welche den Eisansatz verhindern soll. Ein weiterer Grund für eine Blockade können z.B. Insekten sein. Blockierte Pitotrohre haben schon schwere Unfälle verursacht, und daher sollte jeder Pilot lernen, mit seltsamen Anzeigen des Fahrtmessers umzugenen.

Weitere Informationen

• Velocity: Ein Vektor, der Geschwindigkeit mit einer Richtung kombiniert. Häufig ais Synonym für Geschwindigkeit verwendet.
• Understanding Supersonic Flight

Externe Links

• V speeds on English Wikipedia
• US. CFR 14 §25.335 – Design airspeeds Do note that these are EAS (equivalent airspeed), not IAS (indicated airspeed).
• V-Speeds at Code 7700