Wie Schnell Fliegt Ein Flugzeug In Km H

Anzeige auf dem PFD eines modernen Verkehrsflugzeuges. Auf dem linken Streifen wird die Eigengeschwindigkeit in Knoten, darunter die Machzahl angezeigt.

Die Fluggeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges.

Bei der Messung und Angabe einer Fluggeschwindigkeit (siehe Fahrtmesser) müssen zwei wichtige Bezugssysteme unterschieden werden:

Geschwindigkeit relativ zur Luft (Fahrt, Airspeed)

Durch Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zur Luft entsteht die Luftströmung an Steuer- und Tragflächen. Sie entscheidet daher über das aerodynamische Verhalten des Luftfahrzeugs (Auftriebserzeugung und Manövrierfähigkeit). Sie wird an der Außenseite des Luftfahrzeugs gemessen und auf dem Fahrtmesser im Cockpit angezeigt. Die Airspeed ist dice aerodynamisch wichtige Geschwindigkeit. Ihre Messung unterliegt einigen Störeinflüssen, je nach Korrekturgrad werden mehrere „Arten" der Airspeed unterschieden.

Geschwindigkeit relativ zum Boden (Groundspeed)

Dice Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zum Boden entscheidet darüber, wann einzelne Wegpunkte der Flugstrecke und letztlich das Flugziel erreicht werden. Von der Airspeed unterscheidet sie sich vor allem um den Windeinfluss. Sie kann aus der Airspeed errechnet oder auch über ein Navigationssystem ermittelt werden. Dice Groundspeed ist die navigatorisch wichtige Geschwindigkeit. Sie kann bei starkem Rückenwind erheblich höher und bei starkem Gegenwind erheblich niedriger liegen als dice Airspeed.

Geschwindigkeit relativ zur Luft (Fahrt, Airspeed) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Messverfahren [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pitotrohr an der Unterseite der Tragfläche eines Kleinflugzeuges, das im Bild linke Ende wird im Flug angeströmt

Gemessen wird dice Geschwindigkeit mit dem Pitotrohr, im deutschen Sprachgebiet eigentlich Prandtlsonde oder Prandtl'sches Staurohr genannt. Es misst direkt den Druckunterschied zwischen dem statischen Druck der Luft, die das Flugzeug umströmt, und dem Gesamtdruck aus statischem Druck und dynamischem Druck bzw. Staudruck. Aus diesem Druckunterschied wird die angezeigte Fluggeschwindigkeit (IAS) abgeleitet.

Prinzipiell ist dice Messung mit dem Pitotrohr in genau gleichem Maße von der (nach oben abnehmenden) Luftdichte abhängig wie auch der Auftrieb an den Tragflächen, then dass der Einfluss der Luftdichte automatisch berücksichtigt wird. Damit bietet das Messverfahren eine gute Grundlage für die Beurteilung der Flugleistung.

In den Anfängen der Fliegerei wurde bei langsamen Flugzeugen versucht, ein Flügelrad zur Messung der Geschwindigkeit zu verwenden.

Die Messung durch das Pitotrohr enthält noch eine Reihe von Störeinflüssen. Daher werden mehrere Korrekturstufen vorgenommen. Manche dieser Störeinflüsse treten erst bei großen Geschwindigkeiten oder großen Flughöhen nennenswert in Erscheinung, können in der Hobbyfliegerei deshalb vernachlässigt werden, sind für die Verkehrsfliegerei jedoch wichtig.

Die Zwischenergebnisse der jeweiligen Korrekturstufen tragen jeweils eine eigene Bezeichnung:

Unkorrigierte Eigengeschwindigkeit (IAS) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Unkorrigierte Eigengeschwindigkeit (auch Gerätegeschwindigkeit oder Angezeigte Fluggeschwindigkeit; engl. indicated airspeed, IAS) ist dice Geschwindigkeit eines Flugzeugs relativ zur umgebenden Luftmasse, die sich direkt aus der gemessenen Druckdifferenz ergeben würde.

Die IAS hat nur für Kleinflugzeuge Bedeutung, da bei größeren Flugzeugen direkt dice CAS angezeigt wird.

Die IAS ist proportional zur Quadratwurzel aus dem Quotienten von dynamischem Druck (Gesamtdruck minus statischer Druck) und Luftdichte. In großer Höhe ist besides dice IAS bei gleicher Geschwindigkeit relativ zur Luft kleiner. Da alle auf das Flugzeug wirkenden Luftkräfte (Auftrieb und Widerstand) ebenfalls von der Luftdichte abhängig sind, haben dice charakteristischen Geschwindigkeiten (Überziehgeschwindigkeit V ₀, Manövergeschwindigkeit V _A) konstante IAS-Werte, unabhängig von Flughöhe und Luftdruck. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit V _NE dagegen sinkt mit der Höhe, da sie meist vom Flattern bedingt ist, welches mit abnehmender Dämpfung durch die Luft stärker wird.

Berichtigte Fluggeschwindigkeit (CAS) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Berichtigten Fluggeschwindigkeit (engl. calibrated airspeed, CAS) sind die sogenannten statischen Fehler korrigiert, jedoch noch nicht dice dynamischen Fehler.

Dice Luftverdrängung durch den Flugzeugrumpf erzeugt eine Druckwelle, ähnlich der Bugwelle eines Schiffes. Diese Druckwelle führt zu einer Verfälschung des Messergebnisses, dice vom Flugzeugmuster und vom Einbauort des Pitotrohres abhängt. Man spricht hier auch vom Instrumenten- und Einbaufehler (engl. static source error).

Sofern die Messskala nicht für das spezielle Flugzeugmuster kalibriert wurde, wird der angezeigte Wert anhand einer Tabelle oder einer im technischen Handbuch eines Flugzeugmusters angegebenen Rechenformel korrigiert. Bei Kleinflugzeugen und ihren geringen Geschwindigkeiten bleibt der Fehler üblicherweise so unbedeutend, dass er vernachlässigt werden kann.

Äquivalente Fluggeschwindigkeit (EAS) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Äquivalente Fluggeschwindigkeit (engl. equivalent airspeed, EAS) korrigiert zusätzlich den Fehler aufgrund der Kompressibilität der Luft.

Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt ein weiterer Staurohr-Messfehler erheblich zu: Dice Kompression der Luft.
Dadurch, dass dice Luft vor dem Staurohr komprimiert wird, sieht das Staurohr eine höhere Luftdichte, als sie tatsächlich ist. Da der Fehler mit der Geschwindigkeit zunächst nur langsam zunimmt, variieren die Angaben, ab welcher Geschwindigkeit der Fehler berücksichtigt werden muss, erheblich, im Bereich von 100 bis über 250 Knoten.

Für Starting time und Landung spielt diese Korrektur eine eher geringe Rolle, da dice Geschwindigkeiten dabei geringer sind.

Bei mittleren bis höheren Geschwindigkeiten ist diese Geschwindigkeit aber von wesentlicher Bedeutung, da von ihr dice Luftkräfte am Flugzeug abhängen (wichtig für eine stabile Fluglage). Man könnte sagen: Dice EAS ist die Geschwindigkeit, dice das Flugzeug „fühlt".

Allerdings: Nähert sich die Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit, tritt stattdessen die Machzahl in den Vordergrund. (siehe Abschnitt unten)

Die Äquivalente Geschwindigkeit ist eine fiktive Geschwindigkeit, die über dice aerodynamischen Verhältnisse Auskunft gibt. Bei gleicher Äquivalenter Geschwindigkeit erzeugt ein Luftfahrzeug stets denselben Auftrieb, unabhängig von der Dichte der umgebenden Luft. In Meereshöhe in der Standardatmosphäre entspricht die Äquivalente Geschwindigkeit der Wahren Geschwindigkeit. Je dünner die Luft ist, umso höher muss die Wahre Geschwindigkeit (TAS) sein, um die gleiche Äquivalente Geschwindigkeit, besides dice gleiche aerodynamische Wirkung zu erreichen. Die Äquivalente Geschwindigkeit lässt aber nicht nur Aussagen über den Auftrieb zu, sondern genauso auch über andere Kräfte und Größen, beispielsweise Kräfte, dice auf die Lande- und Steuerklappen wirken, oder wie viel Reibungshitze erzeugt wird und ähnliches.

Für Kleinflugzeuge stimmt die EAS wegen der geringen Geschwindigkeiten und Flughöhen noch in ausreichender Näherung mit CAS oder sogar IAS überein und muss nicht eigens ermittelt werden.

Wahre Fluggeschwindigkeit (TAS) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Wahre Fluggeschwindigkeit (engl. true airspeed, TAS) ist die tatsächliche Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zur umgebenden Luft. In der Standardatmosphäre in Meereshöhe und unterhalb 100 Knoten sind TAS und IAS fast gleich. Nimmt die Luftdichte ab (mit steigender Flughöhe oder Temperatur) oder die Fahrt zu (steigende Kompression), then ist die IAS niedriger als die TAS.

Dice Berechnung der TAS erfolgt aus der EAS, indem auch noch die Luftdichte in die Berechnung einbezogen wird. Sie lässt sich aus Luftdruck und Temperatur abschätzen und sagt aus, wie viel „Angriffsmasse" einer Tragfläche zur Verfügung steht und wie viel Masse gegen die Sensoren im Pitot-System strömt. Die Dichte der Luft darf dabei nicht mit ihrem Druck verwechselt werden: Wärmere Luft lid bei gleichem Druck eine geringere Dichte als kältere.

Für Verkehrsflugzeuge, die von Startbahn bis Gipfelhöhe einen großen Bereich unterschiedlicher Luftdichten und Geschwindigkeiten überstreichen, ist diese Korrektur sehr komplex zu berechnen, da zusätzlich berücksichtigt werden muss, dass durch die Kompression der Luft diese sich auch erwärmt. Die gemessenen Temperaturen müssen entsprechend korrigiert werden.

Praktisch wird die TAS aus der CAS errechnet, so dass zwei Rechenschritte zusammengefasst werden (CAS → EAS → TAS). Für hohe Geschwindigkeiten ist dice Berechnung recht aufwändig. Sofern die Berechnung der TAS nicht durch eine computerunterstützte Anzeige erfolgt, kann man sie in einer iterativen Berechnung mit Hilfe eines Flight Calculators vornehmen (Rechenscheibe ähnlich einem Rechenschieber, mit zusätzlichen Hilfsskalen und Tabellen).

Für Kleinflugzeuge und ihren Einsatzbereich können wiederum vereinfachte Formeln herangezogen werden bzw. vereinfachte Anzeigeinstrumente eingesetzt werden, bei denen zum Beispiel dice TAS ermittelt wird, indem der Skalenring verdreht wird und dabei die sogenannte Druckhöhe mit der Außentemperatur zur Deckung gebracht wird (siehe Abbildung von einem Fahrtmesser ganz oben). Für große Flughöhen und hohe Geschwindigkeiten dagegen wären solche Instrumente völlig ungeeignet.

Für Piloten von Kleinflugzeugen gilt in erster Näherung folgende Faustformel:

In Kleinflugzeugen ist die TAS um ca. 2 Prozent pro 1000 ft AMSL Flughöhe höher als die CAS bzw. IAS.

Beispielsweise ist in einer Flughöhe von 5000 ft bei einer IAS-Anzeige von 100 kt und einer ähnlichen CAS die TAS 5 * 2 % = 10 % höher, also 110 kt TAS.

Formel [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Prinzip gilt die folgende Abhängigkeit:

${\displaystyle V_{\mathrm {TAS} }=V_{\mathrm {EAS} }\cdot {\sqrt {\frac {\rho _{\mathrm {INA} }}{\rho _{\mathrm {real} }}}}}$

mit:

Allerdings hilft diese Formel in der Praxis nur bedingt weiter, da die Luftdichte nicht direkt gemessen werden kann, sondern aus Luftdruck und Temperatur abgeschätzt werden muss.

Mach-Zahl [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Luftfahrt spezialisierte Rechenscheibe. (Z.B. für die Umrechnung von Indicated Airspeed zu True Airspeed oder Indicated Airspeed zu Mach-Zahl)

Dice Mach-Zahl ist das Verhältnis der TAS zur Schallgeschwindigkeit bei gegenwärtiger Lufttemperatur.

Bei hohen Geschwindigkeiten wird statt der TAS häufig dice Mach-Zahl angegeben. Das chapeau seinen Grund darin, dass insbesondere in den Bereichen Flugzeugnase und auf der Oberseite der Tragflächen (insbesondere an der Tragflächenvorderkante und dem Übergang von der Tragfläche in den Rumpf) Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, die deutlich über der Fluggeschwindigkeit liegen. Folglich treten besides schon deutlich unterhalb der Schallgeschwindigkeit am Flugzeug Strömungsgeschwindigkeiten im Überschallbereich auf. Da dice Belastungen im Bereich der Schallgeschwindigkeit fast sprunghaft zunehmen, ist die Höchstgeschwindigkeit keine absolute Größe, sondern ein Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit. Da dice Schallgeschwindigkeit mit sinkenden Temperaturen abnimmt, nimmt auch dice Höchstgeschwindigkeit (TAS) mit der Temperatur ab, then dass die Mach-Zahl angibt, wie stark man sich der Höchstgeschwindigkeit annähert. Auch dice Mach-Zahl ist also ungeeignet für die Flugplanung, sondern dient der aerodynamischen Steuerung. Insbesondere ist bei schnell fliegenden Flugzeugen ab etwa Mach 0,75 dice Höchstgeschwindigkeit nicht durch dice Äquivalente Fluggeschwindigkeit bestimmt, sondern stattdessen durch die Mach-Zahl.

Geschwindigkeit relativ zum Boden (Groundspeed) [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Geschwindigkeit über Grund (engl. basis speed, GS) bezeichnet die um den Windeinfluss (also die Bewegung der durchflogenen Luftmasse selbst) korrigierte Wahre Fluggeschwindigkeit. Sie stellt die Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zur Erdoberfläche dar. Dice Kenntnis der ground speed ist zur Flugplanung wichtig. Nur sie sagt aus, wann einzelne Wegpunkte oder das Flugziel erreicht werden. Vor allem bei Gegen- oder Rückenwind kann sich die Geschwindigkeit über Grund ganz erheblich von der im Cockpit angezeigten Airspeed unterscheiden; bei Rückenwind entspricht die Groundspeed der Summe aus Airspeed und Windgeschwindigkeit. Deshalb werden Jetstreams in Strömungsrichtung zur Flugzeitverkürzung genutzt.

Unter besonderen Umständen kann eine zu niedrige Groundspeed verbunden mit einer zu hohen Anzeige im Cockpit zu Unfällen, wie dem Flugunfall der Star Grit über den Anden, führen.

Man kann die Geschwindigkeit über Grund durch Berücksichtigung des Windes mittels Winddreieck auf Grundlage der Meldungen der Flugwetterwarten berechnen, heutzutage aber auch durch moderne Bordsysteme messen (z. B. Trägheitsnavigationssystem, Dopplereffekt, Flugnavigationsfunkdienst).

Unterstützend kommen auch Navigationsverfahren wie beispielsweise GPS in Frage. Allerdings ist die alleinige Navigation nach GPS in der zivilen Luftfahrt nicht zulässig, da es unter militärischer Verantwortung und Kontrolle betrieben wird und von keiner anerkannten Organisation der Zivilluftfahrt. Außerdem ist es bei erhöhter Sonnenaktivität störanfällig. Wegen seiner einfachen Nutz- und Verfügbarkeit spielt es jedoch in der nichtgewerblichen Luftfahrt eine wichtige ergänzende Rolle.

Maßeinheit [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Üblicherweise werden in der Luftfahrt alle Fluggeschwindigkeiten in Knoten angegeben (1 Knoten = one kn = i sm/h = one,852 km/h^[i], denn 1 Seemeile sm = i,852 km). Ausnahmen bilden Russland und die Staaten der GUS. In Segel- und Ultraleichtflugzeugen wird in Federal republic of germany die Fluggeschwindigkeit, abweichend vom internationalen Standard, in km/h gemessen.

In der internationalen zivilen Luftfahrt wird häufig als Einheit ein Grand (für Knoten) mit der Fine art der Geschwindigkeit (IAS/TAS) kombiniert: KIAS (knots indicated airspeed) oder KTAS (knots true airspeed).

Für größere Flughöhen und Geschwindigkeiten ist dice Mach-Zahl (das Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit) von zusätzlichem Nutzen.

Beispiel [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die verschiedenen Geschwindigkeiten werden in nachfolgender Tabelle verglichen. Human being beachte, wie trotz abnehmender IAS dice Geschwindigkeit über Grund letztendlich mit zunehmender Höhe steigt.

Flughöhe	IAS	TAS	Wind	GS	Mach	Anmerkung
1000 ft (ca. 300 one thousand)	150 kt (278 km/h)	153 kt (283 km/h)	kein Wind	153 kt (283 km/h)		durchschnittliches Verkehrsflugzeug kurz nach dem Start
FL100 (ca. 3 km)	250 kt (463 km/h)	300 kt (556 km/h)		300 kt (556 km/h)
FL200 (ca. 6 km)	310 kt (574 km/h)	434 kt (803 km/h)		434 kt (803 km/h)
FL360 (ca. 11 km)	280 kt (518 km/h)	480 kt (889 km/h)	twenty kt Rückenwind	500 kt (926 km/h)	0,82	Reiseflug, höhere IAS durch Machzahl begrenzt
			20 kt Gegenwind	460 kt (852 km/h)

Typische Geschwindigkeiten [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei kleinen Motorflugzeugen liegt dice typische Reisegeschwindigkeit bei ca. 110 kt (200 km/h). Diese kann jedoch je nach Typ und Motorisierung stark variieren. Bei Verkehrsflugzeugen mit Turboprop-Antrieb liegt sie bei bis zu 350 kt (650 km/h). Bei Verkehrsflugzeugen mit Strahlantrieb liegt sie bei rund 80 % bis 85 % der Schallgeschwindigkeit, was – je nach Temperatur zwischen FL100 und FL360 – etwa 490 bis 540 kt (ca. 900 bis 1000 km/h) entspricht. Begrenzt wird die Geschwindigkeit durch die Flugzeugstruktur, durch Vorschriften, z. B. unterhalb FL100 (ten.000 ft/ 3.048 m Flughöhe höchstens 250 kt) und spätestens auf Reiseflughöhe durch dice Mach-Zahl (Annäherung an die „Schallmauer"). Die Eigengeschwindigkeit eines Segelflugzeugs liegt ca. zwischen thirty und 150 kn (≈ 50 – ≈ 270 km/h). Dice IAS/CAS/TAS eines Ballons ist hingegen meistens nahezu Aught, da er der Luftströmung (abgesehen von Trägheitseffekten) folgt.

Fluggeschwindigkeit und Motorleistung [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für dice Fluggeschwindigkeit im Horizontalflug gilt folgende Näherungsformel:

${\displaystyle v_{h}={\sqrt[{3}]{\frac {75\cdot N\cdot 2\cdot g\cdot \eta _{L}}{C_{w}\cdot \rho \cdot A}}}}$

wobei:

Z. B. Welche Reisegeschwindigkeit chapeau ein Kleinmotorflugzeug mit Due north = 100 PS; η₅₀ = 0,8; ρ = 1,two kg/k³; C_west = 0,06; A = 15 grand² in niedriger Flughöhe?

${\displaystyle v_{h}={\sqrt[{3}]{\frac {75\cdot 100\cdot two\cdot 9{,}81\cdot 0{,}8}{0{,}06\cdot i{,}ii\cdot 15}}}=48\,\mathrm {m/south} =173\,\mathrm {km/h} }$

Literatur [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

• K. J. Lush: Standardization of Take-Off Performance Measurements for Airplanes, Technical Notation R-12. AFFTC, Edwards AFB, California.
• John D. Anderson Jr.: Introduction to Flying, tertiary ed. McGraw-Colina Book, New York 1989.
• Russel 1000. Herrington: Flight Test Engineering Handbook. AF Technical Written report 6273, AFFTC, Edwards AFB, California 1966
• Russell East. Erb: A Depression Price Method for Generating Takeoff Footing Curl Charts from Flight Exam Data. Society of Flight Test Engineers (SFTE) 27th Annual Symposium, Fort Worth TX, 196
• Privat Pilot Manual. Jeppesen Sanderson, Englewood CO 1997, 2001, ISBN 0-88487-238-6
• Peter Dogan: Instrument Flight Training Manual. Aviation Volume, Santa Clarita CA 1991, 1999, ISBN 0-916413-12-8.
• Rod Machado: Musical instrument Airplane pilot's Survival Manual. Aviation Speakers Agency, Seal Embankment CA 1991, 1998, ISBN 0-9631229-0-eight.
• Wolfgang Kühr: Der Privatflugzeugführer. Bd. iii, Technik II. Schiffmann Verlag, Bergisch Gladbach 1981, 1999, ISBN iii-921270-09-X.
• Karl-Albin Kruse: Das große Buch der Fliegerei und Raumfahrt. Südwest-Verlag, München 1973, ISBN 3-517-00420-0.
• Klaus Hünecke: Die Technik des modernen Verkehrsflugzeuges. Motorbuchverlag, Stuttgart 1998, ISBN 3-613-01895-0.

Einzelnachweise [Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1. ↑ DIN EN ISO 80000-three:2013 Größen und Einheiten – Teil 3: Raum und Zeit, Abschnitt iii-8.b

Source: https://de.wikipedia.org/wiki/Fluggeschwindigkeit

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