Flugzeuge und Luftstraßen: Schnell um den Globus

Was hält ein Flugzeug in der Luft?

Der dynamische Auftrieb, der an den luftumströmten Tragflächen entsteht.

Wesentlich für das Fliegen ist die Form der Tragflächen, kurz Flügel genannt. Bei den gängigen Verkehrsflugzeugen sind sie auf der Oberseite gewölbt, auf der Unterseite dagegen flach. Beim Fliegen legt die Luft daher oben einen längeren Weg zurück als unterhalb der Tragfläche und strömt deshalb schneller. Einem physikalischen Gesetz zufolge herrscht dann aber an der Oberseite ein etwas geringerer Druck als unter den Flügeln. Wenn solch eine Druckdifferenz an einer Tragfläche herrscht, bedeutet das, dass auf sie eine Kraft in Richtung des niedrigeren Druckes wirkt, also in diesem Falle nach oben.

Diese sog. dynamische Auftriebskraft wirkt umso stärker, je schneller das Flugzeug ist. Wird eine Mindestgeschwindigkeit, die typischerweise bei etwa 280 Kilometern pro Stunde liegt, nicht überschritten, reicht der Auftrieb zum Abheben nicht aus. Das bedeutet, dass jedes Flugzeug eine genügend lange Startbahn braucht, um auf diese Geschwindigkeit beschleunigen und starten zu können.

Wie hat sich der Flugzeugbau seit den Pioniertagen entwickelt?

Seit der Entwicklung der ersten Flugzeuge hat sich in der Technik eine Menge getan und deshalb unterscheiden sich die heutigen Verkehrsflugzeuge in vielen Punkten von den Konstrukten der Flugpioniere. Die ersten Flugzeuge bestanden aus leichtem Holz, die Flügel – oft sogar mehrere übereinander – waren mit Tuch bespannt, und vorn drehte ein nach heutigen Maßstäben winziger Motor einen Propeller, der die »fliegenden Kisten« antrieb. Moderne Verkehrsflugzeuge sind deutlich größer, besitzen klimatisierte Kabinen, die aus Aluminiumlegierungen oder raffinierten Verbundwerkstoffen aufgebaut sind und für den Vortrieb sorgt ein Strahlantrieb.

Während man früher nur Propellerantriebe baute, fliegen die Verkehrsflugzeuge heute hauptsächlich mit dem modernen Strahl- oder Düsenantrieb. In ihnen wird der Treibstoff verbrannt und das Abgas durch eine Düse (englisch: jet) nach hinten ausgestoßen. Nach dem physikalischen Gesetz von Aktion und Reaktion entsteht dabei eine nach vorn gerichtete Kraft, der Schub. Aber: Was sich hier so einfach anhört (und z. B. bei Raketen auch wunderbar funktioniert), lässt sich bei Flugzeugen nicht ohne weiteres verwirklichen, da ein solches Triebwerk erst bei hoher Fluggeschwindigkeit startet – aber die Geschwindigkeit lässt sich ohne Antrieb nicht erreichen.

In der Realität sind Strahltriebwerke daher etwas komplizierter aufgebaut: Eine rotierende Turbine verdichtet die Gase und erhöht die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Gases und somit den Schub. Bei modernen Mantelstromtriebwerken ist der heiße Gasstrahl von einem »Mantel« aus kühlerer Luft umgeben, der gleichzeitig das Gehäuse kühlt und die Motorgeräusche dämpft.

Woher weiß der Pilot, wie hoch er fliegt?

Er liest die Flughöhe am Höhenmesser ab. Dieser Höhenmesser ist ein Messgerät, das die Daten aus vielen verschiedenen Sensoren auswertet und daraus die aktuelle Flughöhe ermittelt.

Der gewöhnliche Höhenmesser misst, wie ein Barometer übrigens, den äußeren Luftdruck. Da dieser Luftdruck mit abnehmender Höhe zunimmt, kann man aus diesem Messwert auf die Flughöhe schließen. Leider ist diese Methode durch die unterschiedlichen Wetterlagen mit einem recht großen Fehler behaftet. Dennoch eignet sich diese Art der Höhenbestimmung über die »Druckhöhe« gut für den Landeanflug oder dazu, die Höhendifferenz zweier nah beieinander fliegender Flugzeuge zu ermitteln.

Der Funkhöhenmesser liefert für die Höhenbestimmung eines Flugzeuges zuverlässigere Werte, denn er misst die absolute Höhe über dem Boden. Er funktioniert im Prinzip wie ein Radargerät: Aus der Laufzeit, die ein mit Lichtgeschwindigkeit zum Boden gesendetes Funksignal benötigt, lässt sich die zurückgelegte Entfernung, also die Flughöhe, direkt berechnen. Jedoch schwankt diese sog. Funkhöhe über unebenem Untergrund (z. B. Berge, Hochhäuser, Bäume), so dass der Funkhöhenmesser nur über ebenem und gleichmäßig strukturiertem Gebiet oder über dem Meer zuverlässige Daten liefert.

Was gehört alles zu einem Flughafen?

Wichtige Elemente eines Flughafens sind Start- und Landebahnen mit ihren jeweiligen Vorfeld- und Rollwegen, Hallen und technischen Werkstätten für die Wartung der Flugzeuge, Tanklager und Betankungseinrichtungen sowie die Abfertigungsgebäude für Passagiere, Luftfracht und Luftpost.

Start- und Landebahnen sind stets entsprechend der örtlichen Hauptwindrichtung ausgerichtet und bestehen aus einer circa 1,5 Meter dicken Betondecke. Die Länge der Piste ist abhängig davon, welche Flugzeuge von ihr aus starten oder auf ihr landen sollen, und schwankt in der Regel zwischen 2000 und 4500 Metern. Bei besonders hohem Flugverkehr werden mehrere Pisten genutzt, die meist im Abstand von einigen hundert Metern parallel zueinander verlaufen. Die Bahnen sind durch Rollwege mit dem Vorfeld verbunden, auf dem sich die Abfertigungs- und Abstellplätze für die Flugzeuge befinden. An das Vorfeld wiederum grenzen die Abfertigungsgebäude, die Terminals, an. Hier befinden sich die Check-in-Schalter mit den Einrichtungen zur Sicherheitsüberprüfung sowie die Anlagen zur Verteilung und Ausgabe des Reisegepäcks. Ein ausgeklügeltes Wegenetz ermöglicht den Passagieren den Zugang zu ihren jeweiligen Flugsteigen. Und nicht zuletzt sitzt auch die Flugsicherung auf dem Flughafengelände, die ihren Dienst im Tower verrichtet, einem Turm, der den Bediensteten einen weiten Ausblick über den gesamten Betrieb des Flughafens gewährt.

Die Anforderungen an einen Flughafen sind in den letzten Jahrzehnten permanent gestiegen. Genügten früher noch eine ebene Graspiste und ein paar kleinere Hallen, so verbrauchen die großen Verkehrsflughäfen heute meist die Fläche einer Kleinstadt (und bieten ebenso viele Arbeitsplätze).

Welche Aufgaben hat ein Fluglotse?

Bei den Flugverkehrsleitern – besser bekannt unter dem Begriff Fluglotsen – laufen alle Informationen über Flugbewegungen im Einzugsbereich ihrer Flugleitzentrale zusammen. Ihre Aufgabe ist es, darauf zu achten, dass sich die Flieger weder am Boden noch in der Luft zu nahe kommen oder gar miteinander zusammenstoßen, und allgemein den Flugverkehr konfliktfrei abzuwickeln. So überwachen Fluglotsen die Luftstraßen und müssen Sorge tragen, dass Start- und Landebahnen immer nur für ein Flugzeug freigegeben sind. Um das zu erreichen, stehen sie in ständigem Kontakt mit den Piloten der Flugzeuge und geben ihnen Anweisungen. Das heißt, dass der Pilot für jedes Manöver, sei es nun jedes Steigen oder Sinken des Flugzeugs oder jede Änderung der Flugroute, eine Bewilligung von der Flugsicherung einholen muss. Deren Weisungen sind für alle Piloten im kontrollierten Luftraum bindend. Würde sich ein Pilot diesen Anweisungen der Flugverkehrsleiter widersetzen, würde er sich und andere leichtsinnig gefährden. Deshalb wird jede Zuwiderhandlung eines Flugzeugführers streng geahndet – die vielgelobte Freiheit über den Wolken hat in der harten Realität enge Grenzen!

Arbeitsort der Lotsen ist der sog. Tower, der sogar an kleinen Flughäfen zu finden ist. Ihr wichtigstes Hilfsmittel ist das Radar, ein System der Funkortung mithilfe von Radiowellen. Aus Entfernung und Richtung der registrierten Radioechos werden die Positionen der Flugzeuge bestimmt, die den jeweiligen Luftraum durchqueren. Um ihre Bewegungen zu erfassen, muss die Messung in rascher Folge wiederholt werden, weswegen Radaranlagen an ihren vielen, schnell kreisenden Antennen leicht zu erkennen sind. Transponder am Flugzeug reagieren auf diese Signale und senden zusätzliche Flugdaten an den Tower.