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4.  Betriebsgrenzen
AMC1 SFCL.200(b) Aerobatic privileges (b) Theoretical knowledge  (3) limitations applicable to the specific aircraft category

 

Segelkunstflug, das Fliegen an den Betriebsgrenzen! Das wirst du immer wieder hören, was jedoch totaler Quatsch ist. Wir Kunstflieger bewegen uns aerodynamisch oft an fliegerischen Grenzbereichen, aber gerade das ist ja die Kunst.

Normaler Segelkunstflug, wie du ihn betreiben willst, findet innerhalb von +.3,5.g./.4.g, selten mal +.5.g und negativ bis ca. -.2.g statt. Nahezu alle Figuren können unterhalb oder bis zur VA deines Segelflugzeugs geflogen werden, du hast also sehr viel Luft nach oben und unten. Anders sieht es im Wettbewerbskunstflug aus, da wirst du aber auch nicht mit deinem Vereinsdoppelsitzer fliegen, sondern hier werden speziell entwickelte Kunstflugsegelflugzeuge verwendet. Deren Betriebsgrenzen werden jedoch auch nicht ausgereizt, sie liegen lediglich höher und einzelne Figuren erfordern manchmal Geschwindigkeiten, die zwischen der VA und VNE liegen. Hinzukommen schnelle Rotationsfiguren (Flicks), aber da sind zusätzliche Kenntnisse erforderlich.

Weiterhin hast du keinen Motor, der dich oben hält, also je schneller und härter du fliegst, umso weniger Figuren werden möglich sein. Der Segelkunstflug lebt von der Harmonie, dem spielerischen Übergang von einer Figur in die andere und das bei geringstmöglicher Belastung des Flugzeugs. Wichtig ist die richtige und möglichst langsamste, angepasste Geschwindigkeit für deine Kunstflugfigur.

 SKF Test Flattern SB9
Der legendäre Flatterflug der SB-9
Segelkunstflieger heizen ihren Flieger nicht durch die Gegend, das tun nur „Angeber“. Selbst wenn für die deutschen Meisterschaften oder gar für Welt-meisterschaften trainiert wird, ist das Ziel das Programm spielerisch und mit Freude zu „tanzen“ und nicht mit dem Messer zwischen den Zähnen auf Angriff zu fliegen.
Die EASA - Bauvorschriften, Gesetze und vor allem die Segelflugzeughersteller sorgen dafür, dass du dich im Flug innerhalb der vorgegebenen Betriebsgrenzen sicher bewegen kannst.

Du musst sicherstellen, dass du innerhalb dieser Betriebsgrenzen fliegst und nach „oben und unten“ Luft hast. Dazu musst du diese kennen und vor allem verstehen, was dahintersteckt. Nur so kannst du, solltest du zu nahe an die Grenzen kommen, richtig reagieren ...

... Die Thematik Betriebsgrenzen ist für alle Flieger interessant und wichtig, somit sprechen wir hier nicht nur die Segelkunstflieger an. "Betriebsgrenzen" bedeutet mehr als nur mal kurz das Flughandbuch überfliegen; im Rahmen angewandter Flugsicherheit sollten diese allgegenwärtig sein. Jeder Flieger muss die Betriebsgrenzen seines Flugzeuges nicht nur kennen, sondern auch verstehen, und für dieses Kennen und Verstehen haben wir das folgende Kapitel geschrieben und wie folgt untergliedert:

 
 SKF Reißwolf normal 300      -  Vorabinformation
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300      -  Allgemeines  zu Betriebsgrenzen und Bauvorschriften
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300      -  Zuladung und Schwerpunktlage
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300      -  Flugbereich (V-n-Diagramm)
 
          -  Geschwindigkeiten, Reduzierung der Steuerausschläge
 
          -  Lastvielfache
 
          -  Bruchlast
 
          -  "rolling-g"
 
          -  g-Lastvielfache, asymmetrisch
 
          -  V-n-Diagramm "rolling-g" 
SKF Reißwolf normal 300      -  Struktur und flugmechanische Zusammenhänge für Neugierige
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300      -  Anschnallgurte
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300      -  Zusatzausrüstung
 
          -  Visiere (Peilstangen)
          -  Instrumentenbrett
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300     Aerobatic-Resümee
SKF Rollmops2 Ri L Norm 300      -  Verwendete Quellen und Literatur für dieses Kapitel
 
 

Vorabinformation:

In diesem Kapitel wollen wir ein gewisses Grundwissen vermitteln. Es ist aber ganz natürlich, dass es auch bei den Kunstfliegern Piloten und sonstige Interessierte gibt, die manche Dinge etwas genauer wissen wollen.

Das können komplexe Berechnungen, auch mit den entsprechenden Formeln oder fachmännisches, tiefergehendes Wissen sein.

 SKF Reißwolf auf li
Wir haben beschlossen, diese
Informationen für Neugierige
gesondert in diesen grünen
"Acro-Boxen" anzubieten.
 SKF Rollm 25 auf rechts gr neu

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Allgemeines zu Betriebsgrenzen und Bauvorschriften

Wie du bereits weißt, findet dein Segelkunstflug im "normalen Geschwindigkeitsbereich" statt, also bis zur VA oder etwas drüber (so bis ca. 220 km/h) und in g-Bereichen, die dir nicht die "Hose ausziehen".  Die Figuren, die du fliegen darfst, sind im Flughandbuch festgelegt, diese sind erprobt, und bei einigermaßen richtiger Ausführung auch gefahrlos. Bei deinem Ausbildungsdoppelsitzer sind das zumindest die Grundfiguren deiner Ausbildung und ggf. Kombinationen aus diesen, wie z.B. der Abschwung (Rollenkehre). Du solltest aber wissen, dass die Kunstflugerprobung von sehr geübten, meist herausragenden Segelkunstflugpiloten geflogen wird, die wirklich mit dem Minimum an Rudereinsatz, Geschwindigkeit und g-Last auskommen. Daher ergeben sich Anfangsgeschwindigkeiten, die für die jeweilige Figur im untersten Geschwindigkeitsbereich liegen.  Nehmen wir als Beispiel ein paar Angaben aus den Flughandbüchern.

SKF ASK 21 Handbuch Aufschwung  SKF DG 1000 Handbuch Figuren

Die Kunstflugerprobung der ASKx21 hat damals der "Meister des Rollenkreises" Rudi Matthes durchgeführt. Er war dafür bekannt, mit geringsten Geschwindigkeiten gut aussehende Kunstflugfiguren zu fliegen. Allerdings war die "Ur ASKx21" auch noch leichter (so um die 360.kg Leergewicht), als die heute ausgelieferten Segler (die ASKx21xBxRollmopsx2 des Fördervereins Segelkunstflug wog bei Auslieferung ohne Warnlackierung 387,2.kg leer. Schleicher hat die damaligen Minimalgeschwindigkeiten, die für den "normalen Segelkunstflugpiloten" eigentlich sehr schwer realisierbar sind, ins Flughandbuch übernommen.  Den og. Aufschwung kannst du jedoch doppelsitzig mit 200 - 220.km/h bei +.4.g problemlos fliegen.

Zur DG 1000 ist zu sagen, dass du sie minimal schneller fliegen musst als die ASK 21, das liegt aber unter anderem auch am Tragflächenprofil. Die Geschwindigkeitsangaben von DG-Aviation sind bezüglich der Kunstflugfiguren auf alle Fälle sehr realistisch.

Dein Fluglehrer wird einzelne Figuren mit dir zunächst etwas schneller fliegen als tatsächlich benötigt, er will dir damit etwas Zeit geben, die jeweilige Fluglage zu erkennen und zu bestimmen. Das spätere Ziel ist jedoch das Fliegen der Figur mit der geringstmöglichen Geschwindigkeit und mit wenig g-Last. 

SKF Zulassungsbasis ASK DG

Beide Schulungsdoppelsitzer unterliegen unterschiedlichen Kunstflugzulassungskriterien. Die Musterzulassung der ASKx21 war im Jahr 1979. Das war vor Einführung der JAR 22, jetzt EASA Bauvorschrift CS.22 im April 1980 und somit erfolgte die Kunstflugzulassung nach älteren Kriterien. Daher weist sie im V-n-Diagramm auch nicht die heute übliche zulässige g-Mindestlast von +.7.g und -.5.g durchgehend von VA bis VNE auf. Diese sind seither für die Zulassungsklasse "A" = Aerobatic nachweispflichtig. Beide Doppelsitzer sind eingeschränkt für Segelkunstflug zugelassen, die erlaubten Figuren kannst du dem jeweiligen Flughandbuch entnehmen. 
 

Für unsere Neugierigen:

Die Bauvorschrift für Segelflugzeuge nennt sich CS-22 (Certification Specification 22 – Sailplanes and powered Sailplanes, Amendement 3) und wird von der EASA veröffentlicht. Die aktuell gültige Version ist der Änderungsstand Nr. 3 vom 17.09.2021. Die aktuelle Bauvorschrift wird von der EASA kostenfrei veröffentlicht (https://www.easa.europa.eu/ en/document-library/certification-specifications/cs-22-amendment-3). Innerhalb der Bauvorschrift wird noch einmal zusätzlich in zwei verschiedene Kategorien unterschieden.

Die Kategorie U (Utility) und die Kategorie A (Aerobatic). Diese unterscheiden sich in bestimmten Betriebsgrenzen und Nachweisführungen. Segelflugzeuge, die im Kunstflug eingesetzt werden, sind üblicherweise nach Kategorie A zugelassen. Dies bedeutet allerdings nicht, dass alle möglichen Kunstflugfiguren geflogen werden dürfen. Die zulässigen bzw. verbotenen Figuren sind dem Handbuch zu entnehmen. 

Vor der europäischen Vereinheitlichung der Bauvorschriften durch die EASA wurde die Bauvorschrift durch die JAA (Joint Aviation Authorities), einem Zusammenschluss von nationalen europäischen Luftfahrtbehörden, erarbeitet und veröffentlicht. Für Segelflugzeuge war es die JAR-22 im 6. Änderungsstand. In den Jahren zuvor gab es keine einheitliche europäische Bauvorschrift. Vielmehr gab es national gültige Bauvorschriften. In Deutschland wurde im Jahr 1975 die Lufttüchtigkeitsforderung für Segelflugzeuge und Motorsegler (LFSM) eingeführt. Die Vorgängerversion war die Lufttüchtigkeitsforderung für Segelflugzeuge (LFS) aus dem Jahr 1966. Diese löste die Bauvorschrift für Segelflugzeuge (BVS) aus dem Jahr 1939 ab.  Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht der Bauvorschriften der heute gängigen Segelkunstflugzeuge.

Luftfahrzeugtyp

Angewendete Bauvorschrift

ASK-21 LFSM
DG-500 JAR-22 Change 4
DG-1000 JAR-22 Change 5
SZD-54-2 Perkoz CS-22 Amnd. 2
Lo 100 BVS
Pilatus B4 LFS
H 101 Salto LFS 
SZD-59 Acro JAR-22 Change 5
MDM-1 Fox JAR-22 Change 4
Swift S1 JAR-22 Change 4
   
Betriebsgrenzen können in zwei unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden. Das sind einerseits operative Grenzen, also die, die im Flug relevant sind (z.B. Geschwindigkeit und Lastvielfache) und wartungstechnische Grenzen (z.B. Lebensdauer). Im Folgenden wird sich im Wesentlichen auf die operativen Grenzen bezogen. Die andere Kategorie ist eher für Wartungspersonal relevant.
 
Nach der EASA Bauvorschrift CS 22 gibt es für Segelflugzeuge lediglich zwei Zulassungsklassen, und zwar "U" für Utility (Nutzflugzeug) und "A" für Aerobatic (Kunstflug). Die Klasse "N" (Normal) ist bei Segelflugzeugen nicht üblich.

Weiter unten erfolgt die Erklärung der nebenstehenden Zuordnung von n1 - n4.

 SKF CS 22 U und A neu

Die zwei untenstehenden Kunstflugdoppelsitzer sind nahezu uneingeschränkt zugelassen. Mit diesen darfst du alle Trudelmodi, Reißen und Stoßen, negative Figuren, sowie Männchen/Weibchen fliegen, wobei du diese anspruchsvollen Figuren zunächst deinem Segelkunstfluglehrer überlassen musst. Normalerweise wird er dich jedoch mitfühlen lassen. Es handelt sich hier um die beiden polnischen Segelkunstflugzeuge MDM 1 Fox und SZD 54-2 Perkoz.

SKF Fox Perkoz 1400

Der Ausdruck uneingeschränkt ist eigentlich nicht ganz richtig, es klingt so ähnlich wie "unlimited" was ja eine Wettbewerbsklasse ist. Der Hersteller legt die zugelassenen Figuren fest und schreibt evtl. banal dazu "und Kombinationen daraus". Die Problematik ist, dass mit diesen Kombinationen auch die Betriebsgrenzen fliegerisch zu erreichen sind und somit keine oder nur wenig Reserven für den "Pilotenfehler" übrigbleiben. Auf Wettbewerben sollte seitens der Piloten, Schiedsrichter und Wettbewerbsleitung Sorge getragen werden, dass nicht zu "betriebskritische Figurenfolgen" gefordert werden.  Leider führt das dazu, dass international fast nur noch Swifte zu finden sind und die Müx28 mit ±.10.g und 380xkm/h ist nun mal einzigartig.

Nun hast du sicher auch mal gehört, dass Segelflugzeuge, die nicht in der „Aerobatic-Klasse“ zugelassen sind, also „Utility“ Segelflugzeuge einige Kunstflugfiguren fliegen dürfen. Dazu gehören normalerweise das beabsichtigte Trudeln, der Looping, die Chandelle, Lazy Eight und evtl. der Turn, was ja auch im Lastbereich von + 5,3 g bis - 2,65 g bei VA problemlos möglich ist.

Nun, das kann zum einen am Hersteller liegen, einige lieben Kunstflug, andere weniger, einige scheuen die zusätzlich erforderlichen Nachweise, bzw. wollen diese „Mehrkosten“ nicht an den Kunden weitergeben, oder das Flugzeug entsprach nicht den früher vorgeschriebenen Forderungen aus den älteren Bauvorschriften. Diese forderten für die Kunstflugzulassung einen „Sturzwinkel mit Bremsklappen von 45 Grad“ ohne VNE Überschreitung.
SKF CS 22 45 30 Speed800  Diese veraltete Forderung wurde mit der EASA Explanatory Note to Decision 2021/013/R abgeschafft und die derzeit gültige CS.22 fordert diesen Sturzwinkel nur noch für die Zulassungen Wolkenflug. Alle anderen müssen den 30° Sturz-winkel mit Bremsklappen einhalten.

Solltest du dich nun fragen, warum in den Notverfahren das Ausleiten des Trudelns so exakt beschrieben wird, obwohl du gemäß Flughandbuch nicht trudeln darfst, lautet die Antwort ganz einfach. Es liegt kein beabsichtigtes Trudeln vor. Mit den heutigen Kunststoffbombern, stell dir einfach mal einen Nimbus 4 vollgepackt mit Wasser vor, kannst du beim Ausleiten des Trudelns schon bis an die zulässigen Betriebsgrenzen herankommen und sie evtl. überschreiten, besonders bei Ausleitverfahrensfehlern, aber eine gründliche Überprüfung in einem LTB, sofern dir der Flieger nicht vorher in der Luft zerplatzt ist, kommt immer noch besser, als der zwangsläufig der Erdanziehungskraft geschuldete Einschlag!!!

Die zulässigen Betriebsgrenzen musst du wissen, die einzelnen Bauvorschriften sind für dich nicht so wichtig, aber, durch die darin enthaltenden Hintergrundinformation wirst du die Zusammenhänge besser verstehen, daher werden sie dich durch das gesamte Kapitel Betriebsverfahren begleiten.
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Zuladung und Schwerpunktlage

Neben Geschwindigkeit und Lastvielfachen ist die Zuladung ein entscheidender Parameter, den du unbedingt einzuhalten musst. Diesen Wert musst jedoch vor dem Flug selbst ermitteln und einstellen. Grundsätzlich unterscheidest du zwischen der maximalen und der minimalen Zuladung, für doppelsitzige Flugzeuge kann dann auch der zweite Sitz dazuzählen. Die Angaben zu diesen Werten entnimmst du dem Flughandbuch oder einer Tabelle im Cockpit. Du musst wissen, dass diese Werte nur in Verbindung mit einer gültigen Wägung des Flugzeugs gelten. Zur Wiederholung, was ist eigentlich Zuladung? Die Zuladung eines Flugzeugs ist die Differenz aus maximaler Abflugmasse und Leermasse. Die maximale Abflugmasse ist für gleiche Segelflugzeugtypen immer identisch und wird vom Hersteller festgelegt. Die Leermasse hingegen kann sich zum Teil deutlich unterscheiden. D.h. die ASK 21 im eigenen Verein kann eine unterschiedliche Zuladung als die ASK 21 aus dem Nachbarverein haben. Das liegt evtl. am Einbau anderer oder zusätzlicher Instrumente, Reparaturen, nach Neulackierung (auch Teile) oder großzügiges Aufbringen von Farbwarnstreifen, wenn du mal in den Alpen fliegen willst.

Die meisten Segelkunstflugzeuge haben im Sinne der Zuladung restriktivere Forderungen. Du darfst z.B. nicht mit Wasserballast fliegen (z.B. bei DG-1000, DG-500, SZD 54-2). Es kann aber auch speziellere Randbedingungen geben, wie bei z.B. bei der DG 1000 oder ASK 21xB.
 SKF Trudeln Ballast DG  SKF Trudeln Ballast ASK 21b

All diese spezifischen Punkte musst du einmal im Detail nachvollziehen. Auch oder gerade vor allem, wenn du bereits viel Erfahrung auf dem entsprechendem Segelflugzeugtyp hast.

Neben der eigentlichen Masse spielt auch der Schwerpunkt eine entscheidende Rolle. Allerdings kannst du diesen nicht ohne Hilfsmittel ermitteln. Normalerweise ist der Fluggewichtsschwerpunkt im zulässigen Bereich, wenn du dich zwischen der Mindest- und der Höchstzuladung bewegst. Auch diese Daten findest du im Flughandbuch und im Cockpit.

Für unsere Neugierigen: 

Der Schwerpunkt selbst ist der Ort an dem die Summe der Massenkräfte angreift und kann in drei Koordinatenrichtungen beschrieben werden (x, y, z). Vom Hersteller wird überwiegend nur einer dieser drei Anteile angegeben. Das ist dann immer der Anteil in Richtung der Flugzeuglängsachse (x-Richtung). Warum ist das so?
Der Anteil in x-Richtung ist äußerst sensitiv auf das flugmechanische und -dynamische Verhalten des Flugzeugs, da dieser meist große Abstände zu Kraftangriffspunkten hat und somit große Momente erzeugt. Weiterhin ist dieser Wert im Flugbetrieb nicht konstant (einsitzig, doppelsitzig, unterschiedlich schwere Piloten usw.).
Der Anteil in spannweitiger Richtung (y-Wert) liegt immer sehr nahe an der Symmetrieebene des Flugzeugs und erzeugt damit keine oder nur sehr kleine Momente. Segelflugzeuge sind üblicherweise in Tandemanordnung (Pilotensitze hintereinander) konzipiert. Somit unterliegt diese Größe auch keinen Änderungen im Laufe des Flugbetriebs.
Der Anteil in vertikaler Richtung (z-Richtung) hat ebenfalls keine großen Abstände zu Kraftangriffspunkten, was wiederum nur kleine Momente erzeugt. Zumal ist diese Größe kaum von flugmechanischer Relevanz. Auch dieser Anteil bleibt während des Flugbetriebs im Wesentlichen konstant. Da die Schwerpunktlage die Summe aller Kräfte aus Einzelmassen darstellt sind die Einflussfaktoren die gleichen wie beim Thema Zuladung.
 SKF DG Schwerpunktdiagramm

Zusätzlich kommt noch die Position dieser Einzelmassen hinzu, z.B. hat eine Reparatur an der Rumpfröhre meist einen größeren Effekt auf die Schwerpunktlage, als eine Reparatur am Bug des Flugzeugs. 

Du siehst nebenstehend ein sehr anschauliches Diagramm aus dem Flughandbuch der DG-1000, was den Zusammenhang zwischen Zuladung auf dem vorderen Sitz, der Leermasse des Flugzeugs und den daraus resultierenden Schwerpunkt in x-Richtung beschreibt. In diesem Diagramm ist auf der vertikalen Achse die Schwerpunktlage in mm und auf der horizontalen Achse die Leermasse in kg angegeben. Die Kurven beschreiben verschiedene Zuladung im vorderen Sitz und die entsprechenden Grenzen der vorderen und hinteren Schwerpunktlage. Deutlich zu erkennen ist die Verschiebung des Schwerpunktes in Richtung der hinteren zulässigen Schwerpunktlage bei Verringerung der Zuladung im vorderen Sitz. Eine Zuladung von 65 kg im vorderen Sitz entspricht hier der Mindestzuladung.

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Flugbereich (V-n-Diagramm)

Unter Flugbereich (engl. flight envelope) verstehen wir die Grenzen der zulässigen Geschwindigkeiten und Lastvielfachen eines bestimmten Flugzeugmusters. In der grafischen Darstellung werden die Geschwindigkeiten (V) auf der x-Achse und die Lastvielfache (n) auf der y-Achse eines Diagramms aufgezeichnet, weshalb dieses V-n-Diagramm heißt.

Da du die zulässigen Betriebsgrenzen deines Kunstflugseglers kennen musst, hilft dir das Auswendiglernen der Daten aus dem Flughandbuch nur peripher. Erst wenn du verstanden hast, was alles hinter diesen Grenzen versteckt ist, bzw. du das Zusammenspiel der Faktoren begreifst, wirst du deinen Kunstflug mit Freude genießen können. Erklärungen in Verbindung mit Abbildungen sind immer hilfreich, oft genügt ein kurzer Blick, um das erlernte Wissen wieder aufzufrischen. Daher haben wir versucht nahezu alle Betriebsgrenzen mit Hilfe des V-n-Diagramms darzulegen. In diesen Zeichnungen findest du als x-Achse den Geschwindigkeitsbereich deines SegeIflugzeuges, auf der y-Achse die g-Last, die geflogen werden darf, oder auch nicht darf, sowohl positiv, wie auch negativ. Die beiden Kurven zeigen die Auftriebskurven im Normalflug und im Rückenflug.

Möchtest du dein Wissen aufmöbeln, hier geht es zur Auftriebsformel, die ist aber für den Bereich Betriebsgrenzen nicht unbedingt überlebenswichtig.

In diesen Ausführungen werden wir uns auf die Diagramme der ASKx21, der DGx1000Sx18.m, des SZD.54-2 Perkoz (Haubentaucher) und des MDM.1.Foxxdoppelsitzig beschränken. V-n-Diagramme weiterer Segelflugzeuge findest du in den Kapiteln 6, 7 und 8 bei den Flugzeugbeschreibungen.
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Geschwindigkeiten, Reduzierung der Steuerausschläge

Hier siehst du die Fahrtmessermarkierungen, welche die einzelnen Geschwindigkeitsbereiche anzeigen. der obere Fahrtmesser ist aus dem Kunstflugsegler SZD 54-2 Perkoz (Haubentaucher) und wir können uns vorstellen, dass du hier in deutschen Segelflugzeugen diese, etwas exotisch wirkende Art der Markierungstechnik eher selten gesehen hast. Das Geheimnis sind die unterschiedlichen Betriebsgrenzen in denen der Perkoz geflogen werden darf. In der "U" Zulassungsklasse hat er 20 m Spannweite und als Segelkunstflugzeug (unlimited oder früher Vollacro) hat er "nur" 17,5 m. Der untere Fahrtmesser dürfte dir vertraut sein.

 SKF Fahrtmesser Perkoz

 SKF Farbmarkierung Fahrt Perkoz

 

SKF Fahrtmesser David

 

 

VSx   Mindestgeschwindigkeit........Beginn grüner Bogen

VS0   Mindestgeschwindigkeit........Beginn weißer Bogen

         mit gesetzten Landeklappen      

VFE   Maximalgeschwindigkeit........Ende weißer Bogen

         mit gesetzten Landeklappen   

VAx   Manövergeschwindigkeit........Beginn gelber Bogen

VNE   Maximalgeschwindigkeit........roter Strich   

 
Fangen wir mal mit den Geschwindigkeiten an, die VS kennst du ja bereits aus dem Kapitel 3 Abschnitt Strömungsabriss, sie gibt die Mindestgeschwindigkeit des Flugzeugs bei maximaler Abflugmasse an. Nach heutiger Bauvorschrift darf diese nicht größer als 85 km/h sein. Insofern das Flugzeug Wölbklappen besitzt gibt die VS0 die Mindestgeschwindigkeit des Flugzeugs mit Wölbklappen in Landestellung an. Die VFE ist dann die maximal zulässige Geschwindigkeit mit Wölbklappen in positiver Stellung. Diese darf bei gesetzten Klappen nicht überschritten werden.

Die nächste ist die VS*1,1. Hier fängt der grüne Bogen auf deinem Fahrtmesser an, der Geschwindigkeitsbereich zwischen VS und VS*1,1 ist ja bekanntlich der Langsamflug.

SKF V n Diagramm ASK 21 Grundprinzip1250

Der grüne Bogen (normaler Betriebsbereich) endet bei der VA, ist diese nicht identisch mit VB (VRA) endet er bei VB.! Seltsamerweise haben wir immer wieder festgestellt, dass der grüne Bogen auf dem Fahrtmesser, auch bei Neuauslieferungen, oftmals bei der VA endet. Das wird meistens im Flughandbuch so festgelegt, bzw. generell geduldet und vom Sicherheitsaspekt ist hier nichts dagegen einzuwenden, du bist somit immer auf der sichersten Seite   ... nur die EASA sagt etwas anderes (CS 22.1545 Air-speed indicator und dazugehörige AMC 22.1545) ...

Nun wird die VA für dich interessant, sie ist folgendermaßen definiert:

Die Manövergeschwindigkeit (VA)

ist die Geschwindigkeit bis zu der ein einzelnes Ruder, unabhängig davon welches, voll ausgeschlagen werden kann ohne das Luftfahrzeug, in einem symmetrischen Flugzustand, strukturell zu überlasten. Die maximale Fluggeschwindigkeit VNE darf nicht überschritten werden.

Das bedeutet, dass volle Ruderausschläge oberhalb der Manövergeschwindigkeit nicht zulässig sind, da sie die Flugzeugstruktur überlasten würden. Das V-n-Diagramm ist nur für die symmetrische Last durch einen Höhen- oder Tiefenruderausschlag aussagekräftig.

Die Struktur kann auch unterhalb der Manövergeschwindigkeit überlastet werden, wenn du die Steuerausschläge in kurzen Abständen, also fortwährend und wiederholt (pumpen) gibst oder mit allen Rudern gleichzeitig arbeitest. Dazu jedoch mehr beim "rolling-g".

Für unsere Neugierigen:

Etwas besser gestellt sind Flugzeugen der Kategorie A, also Segelkunstflugzeuge. Bei ihnen dürfen bis zur VA Höhenruder und Seitenruder zu gleicher Zeit voll ausgeschlagen werden.

SKSCS Leitwerkskonditionen

Allerdings sind hier keinerlei Reserven definiert und somit bist du mit der Vrolling-g, bzw. Vflick immer im sicheren Bereich. Kommt aber auch nur ein wenig Querruder dazu, sind wir so und so wieder im "rolling-g - Bereich". Was das genau bedeutet, findest du weiter unten beim rolling-g.

 

Die VB oder VRA

VB ist der ältere, deutsche Begriff für die "maximale Manövergeschwindigkeit bei intensiven Windböen".  VRA bedeutet Geschwindigkeit bei rauer Luft (rough air - starke Turbulenzen). Die Darstellung dieser "rough air" im V-n-diagramm erfolgt im nächsten Abschnitt. Bei vielen Segelflugzeugtypen ist die VA und die VB (VRA) gleich.

Für unsere Neugierigen:

Die VB (eigentlich Anfang gelber Bogen) kannst du nicht immer dem Fahrtmesser entnehmen, sie ist aber im Flughandbuch angegeben. Bei böigem Wetter darfst du diese Geschwindigkeit nicht überschreiten. Die Bezeichnung „böig“ ist hier nicht klar definiert. Hier soll eine pragmatische „Daumenregel“ gegeben werden. Ab einer Thermikstärke, die im Wetterbericht mit „gut“ angegeben ist, sollte diese Geschwindigkeit nicht überschritten werden. Das entspricht einer mittleren Thermikstärke von etwa 2 - 2,5 m/s.

 

Der gelbe Bogen (Vorsichtsbereich)

Er sollte gemäß den Bauvorschriften von der VB bis zur VNE (zulässige Höchstgeschwindigkeit) reichen. Allerdings wird der gelbe Bogen auf den Fahrtmessern überwiegend von der VA bis zur VNE aufgebracht, meist im Einklang mit den Angaben im Flughandbuch. In diesem Bereich müssen die Steuerausschläge beginnend bei der VA bis zur VNE linear auf 1/3 reduziert werden. Ebenso ist dieser Bereich bei starken Turbulenzen verboten.

VNE (Velocity Never Exceed, Never Exceed Speed)

Geschwindigkeit, die du niemals überschreiten darfst. Es ist die höchstzulässige Geschwindigkeit deines Seglers und ist am Fahrtmesser das Ende des gelben Bereiches, du siehst hier eine markante rote Linie. 

V (Design Maximum Speed)

An dieser Stelle sollen noch die Definition VD (maximale Auslegungsgeschwindigkeit) und VDF (maximale im Flugversuch nachgewiesene Geschwindigkeit) angesprochen werden. Diese Geschwindigkeitsdefinitionen sind Werte, die vielmehr für den Konstrukteur eines Flugzeugs relevant sind. Allerdings ergeben sich aus diesen Größen die für uns betrieblich relevanten Geschwindigkeitsgrenzen.

Eigentlich liegen sie innerhalb eines Bereichs oberhalb der gewünschten Höchstgeschwindigkeit, so ab etwa 11% mehr. Nimm einfach mal an, der Hersteller möchte ein Segelflugzeug bauen, das etwa 280 km/h schnell fliegen soll. Jetzt muss er unter anderem nachweisen, dass sein Flugzeug bis zu dieser unteren Grenze, in diesem Fall liegt sie bei mind. 311 km/h, flatterfrei fliegt, und zwar im manntragenden Flugversuch. Die VDF legt die VNE fest. Die Rechnung dazu lautet: VDF*0,9 also 311.km/h.*.0,9.=.280.km/h.

Solltest du einmal Testpilot werden, darfst du diese Geschwindigkeit legal erfliegen, aber ein bisschen mutig musst du schon sein. 

 SKF CS flattern

Fliegst du dein Segelflugzeug, aus welchen Gründen auch immer, oberhalb dieser VDF, darfst du ihm nicht böse sein, wenn es sich durch Ruderflattern zerlegt und du am Fallschirm hängst.

Für unsere Neugierigen:

Nach aktueller Bauvorschrift darf die maximale Auslegungsgeschwindigkeit für Kunstflugzeuge folgenden Wert nicht unterschreiten:

 SKF VD Formel
Daraus ergibt sich wiederum eine Forderung nach der maximalen im Flugversuch nachgewiesenen Geschwindigkeit:
 SKF 09VD Formel
Aus der VDF ergibt sich wiederum die VNE, die für den Betrieb des Flugzeugs relevant ist: 
 SKF VNE Formel
Die strukturelle Integrität des Flugzeuges muss so ausgelegt sein, dass bei VD für Segelflugzeuge der Kategorie A Seiten- und Höhenruder zu einem Drittel ausgeschlagen werden können.

 

Reduzierung der Steuerausschläge 

Ab der VA gilt generell für alle Ruder eine lineare Verringerung der Steuerausschlage bis auf ein Drittel bei VNE. Siehe hierzu auch die beiliegende Tabelle im obigen V-n-Diagramm. Für dich ist das im Segelkunstflug sehr wichtig, da es vorkommen kann, dass du z.B. für eine gesteuerte Rolle bei 200.km/h einen vollen Querruderausschlag geben möchtest.  Bei nahezu all deinen Schulungsdoppelsitzern liegst du bei dieser Geschwindigkeit über der VA und somit musst du, um keine Überlastung herbeizuführen, deinen Ruderausschlag gemäß der Tabelle reduzieren. Kommt noch ein zweites, oder gar drittes Ruder hinzu sind weitere Reduzierungen erforderlich, aber das kommt im Abschnitt "rolling-g".
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Lastvielfache

Für die oben beschriebenen Geschwindigkeiten sind weiterhin maximale zulässige Lastvielfache definiert. Grundsätzlich kannst du zwei verschiedene Arten von Lastvielfachen unterscheiden. Das sind einerseits die sogenannten Manöverlastvielfache und andererseits die Böenlastvielfache. Manöverlastvielfache sind definiert als solche, die durch Abfangmanöver entstehen. Also Lastvielfache, die durch deinen Höhenruderausschlag entstehen. Böenlastvielfache sind, wie der Name schon andeutet, durch vertikale Böen (z.B. Thermik) induziert. Der entscheidende Unterschied ist, dass du die Manöverlastvielfachen regeln kannst. Böenlastvielfache hingegen sind abhängig von der Stärke der Böe in die eingeflogen wird, auf die hast du keinen direkten Einfluss. Beide Arten können sowohl positive, als auch negative Lastvielfache erzeugen.

Maximale Manöverlastvielfache sind im Flughandbuch und auf einer Tabelle im Luftfahrzeug angegeben. Diese Grenzwerte darfst du nie überschreiten. Böenlastvielfache sind nicht explizit angegeben.

Auch solltest du wissen, dass sich die maximalen Lastvielfachen mit ausgefahrenen Bremsklappen deutlich reduzieren. Die findest du im Flughandbuch (z.B. ASK 21 ±.0xbisx+.3,5.g), die derzeit gültigen Mindestforderungen sind:

SKF Airbrake

Inzwischen weißt du, dass dein Kunstflugzeug bei bestimmten Geschwindigkeiten eine bestimmtes Lastvielfaches aushalten muss. Leider gilt das nur für symmetrisch auftretende Kräfte, im V-n-Diagramm sind die Abfangbelastungen der einzelnen Flugzeugmuster aufgeschlüsselt.

 Muster  n1   n2  n3  n4
 ASK 21, ASK 21 B + 6,5 g + 5,3 g - 4 g - 3 g
 DG 1000 S 18 m + 7 g + 7 g - 5 g - 5 g
 SZD 54-2 Perkoz 17,5 m + 7 g + 7 g - 5 g - 5 g
 MDM 1 Fox doppelsitzig + 7 g + 7 g - 5 g - 5 g
 zum Vergleich LS 4 b   Kunstflug, Trudeln verboten + 5,3 g + 4 g - 2,65 g - 1,5 g
 oder Discus a/b   Trudeln, einfacher Kunstflug erlaubt + 5,3 g + 4 g - 2,65 g - 1,5 g
 

und so sieht es im Flughandbuch aus: 

SKF Perkoz Lastvielfache Text 1200

SKF V n Diagramm SZD 54 Perkoz Boe n 1200neu

Im Bereich zwischen VS und VA folgt die Kurve der sogenannten Auftriebsparabel. In diesem Bereich ist es nicht, möglich das Luftfahrzeug durch Lastvielfache zu überlasten, da in diesem Geschwindigkeitsbereich vor einem entsprechenden Lastvielfachen der Strömungsabriss (accelerated stall) eintritt. Unten jetzt noch mal ein V-n-Diagramm für Spezialisten anhand einer Darstellung für die ASK 21, auf die oben dargestellten Böenlinien werden wir anschließend noch eingehen. 

 Für unsere Neugierigen:

SKF V n Diagramm ASK 21 Expert1400

 

Böenlinien und Böenlast

Die Böenlinien sind ein wichtiger Bestandteil des V-n-Diagramms, aber im Grunde sehr leicht zu verstehen. Es gibt zwei unterschiedliche Kriterien. Zum einen die Böenlinie bis 7,5 m/s (27 km/h) und die Linie bis 15 m/s (54 km/h). Das klingt zunächst viel, dir gehen bei diesen Zahlen meist mittlere Steigwerte in der Thermik durch den Kopf, es ist aber bei näherer Betrachtung doch nicht so hoch. Willst du hierzu Näheres erfahren lies einfach mal wieder in der SPL Theorie Kapitel 5.5.3. Hier findest du auch das Böendiagramm. An dieser Stelle sei nur gesagt, dass du, solange du im gelben Bereich fliegen darfst, bis zur VNE sicher bist. 

Für unsere Neugierigen:

Die im Flughandbuch angegeben maximalen Lastvielfachen beschreiben die Grenzen für die Summe aus den durch Böen und Manövern entstehenden Lastvielfachen. Praktisch bedeutet dies, dass bei entsprechend starken Böen die Manöverlastvielfachen im Flug reduziert werden müssen. Hier besteht die Schwierigkeit darin, dass Böenlastvielfache nur sehr schwierig im Vorfeld abschätzbar sind. Auch kann man sich an einer Faustformel orientieren. Bei vertikalem Steigen von 2 m/s und einer Fluggeschwindigkeit von 200 km/h kann man mit einem zusätzlichen Lastvielfachen durch Böen von 1 g rechnen. Mit steigender Fluggeschwindigkeit und Thermikstärke erhöht sich dieser Wert. Das zu erwartende Steigen kann man während des F-Schlepps und auf Basis der Wolkenoptik abschätzen.

 

Wie bereits oben erwähnt sind die Grenzwerte für Geschwindigkeiten und Lastvielfache unbedingt einzuhalten. Dennoch kann eine Überlast nicht vollständig ausgeschlossen werden.

Hier bekommst du eine verbindliche, kurze Handlungsanweisung, wenn du eine Überschreitung von Geschwindigkeit und/oder Lastvielfache im Flug feststellst:

1.  Kunstflug beenden;
2.  Normalfluge herstellen;
3.  Kunstflugraum verlassen;
4.  Kurze Mitteilung über Funk an Start-/Flugleiter;
5.  Zügig landen;
6.  Rücksprache mit Fluglehrer/Einweiser/Flugzeugverantwortlichen;
7.  Technische Überprüfung des Flugzeugs ggf. durch Prüfer oder LTB.
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Bruchlast

Die oben genannten sicheren Lasten muss der Hersteller zunächst berechnen und dann in Bruchlastversuchen nachweisen. Hierbei wird einmalig der Flügel bis zum Zerbrechen gebogen und belastet. Mancher Hersteller musste seine Tragflächen erneut verstärkt bauen, damit diese Versuche den EASA-Richtlinien gerecht wurden.

Bruchlast ist die Sicherheit, die der Hersteller einplanen und nachweisen muss.   

Neben vielen Berechnungen wird auch der Tragflügel symmetrisch gebogen und muss bis zum Faktor 1,5 halten. Diese Last muss für mindestens 3 Sekunden nachgewiesen werden, der Flügel darf nicht brechen.
Wichtig ist dabei zu wissen, dass ab Faktor 1,0 bereits Schäden oder bleibende Verformungen auftreten dürfen. 
 SKF EASA sichere Last
 SKF V n Diagramm ASK 21 Bruch1200 SKF V n Diagramm DG 1000 S 18 Bruch1200 
Diese Bruchlastversuche werden bei einer Temperatur von mind. 54° C durchgeführt, da dein Kunststofflieger ja so schön weiß ist. Wird der Segler wärmer als diese Temperatur, geht die Festigkeit seiner Struktur zurück. 
 

SKF Flugzeugfarben 1200Farblackierung: "LEKI-Fox" mit Genehmigung Hersteller komplett rote Unterseite, ASK 21 "Salzlore" nach Rücksprache mit Bauprüfer Teilfarbkennzeichnung auf der Tragflächenunterseite, Holzflugzeug Lo 100 (Gilb) Lackierung ohne Einschränkungen.

Du solltest also deinen Flieger nicht schwarz mit goldenen Sternen lackieren, obwohl das evtl. beim Kunstflug ganz nett aussehen könnte. Die typische Fächerlackierung in verschiedenen Farben, wirst du daher nur bei Flugzeugen mit Holz- oder Metallflügel antreffen. Willst du sie auf Kunststoffseglern verwenden, ist das nur in kleiner Form am Randbogen möglich oder mit Erlaubnis des Herstellers evtl. noch auf der Unterseite von Rumpf und Tragflächen, da diese normalerweise nicht der Sonne und somit der vermehrten Aufheizung ausgesetzt sind. Der "LEKI-Fox" wurde von Zakłady Lotnicze Margański & Mysłowski S.A. noch während seiner Herstellung lackiert. 

SKF Reißwolf rücken auf 600 Die besondere "Kunstflugbox" Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. 
Bruchversuch Tragfläche Jonker JS 1 https://youtu.be/M6VBqsrD4FE
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"rolling-g"

Die Kräfte, die dahinterstecken sind eigentlich schon länger bekannt, nur den Begriff selbst kannte fast niemand. In den Anfangszeiten der Fliegerei montierten vermutlich einige der damaligen Fluggeräte in der Luft ab, bis überhaupt gemerkt wurde, dass an einem Flugzeug viele Kräfte wirken, die sich auch summieren können. Im Prinzip geht es darum, dass durch die Steuerung des Flugzeugs, durch zusätzliche oder auch Mehrfachbetätigung von Rudern Kräfte auftreten, welche die normalen Abfanglasten überlagern, verstärken oder auch vermindern. 

Das Denken beschränkte sich zunächst auf die Flügelstruktur, also Abfanglast und zusätzlich Querruder (Rollen um die Längsachse, daher der Name), inzwischen werden auch Torsionskräfte nicht nur in der Tragfläche, sondern auch Rumpf und Leitwerk mit einbezogen. Diese "Überlagerungslasten" tauchten in irgendwelchen Prüf- und Bauvorschriften auf, der "normale Pilot" fand darüber wenig oder auch nichts. Das "rolling-g" kannte man weder aus Theoriebüchern, noch aus Flughandbüchern.

Mit dem Inkrafttreten der SFCL musste es in der theoretischen Segelkunstflugausbildung plötzlich angesprochen und gelehrt werden. Seither sollte es zumindest den Fluglehrern bekannt sein, und es wird auch in den Flughandbüchern neuerer Flugzeugtypen angesprochen. 
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g-Lastvielfaches, asymmetrisch 

Torsionslasten an den Flügeln dürften dir bekannt sein. Damit dein Flieger diesen Kräften trotzen kann, gibt es z.B. Torsionsnasen, Kastenholme und Querkraftbolzen. Die nehmen unter anderem auch die Torsionskräfte durch Querruderausschläge auf. Durch diese wird nicht nur der Flügel "verdreht" auch die Auftriebsverteilung wird geändert. Kommt jetzt noch eine Abfanglast dazu, egal ob positiv oder negativ, können die am Tragflügel wirkenden Kräfte nach oben schnellen und Bereiche erreichen, für die der Flieger nicht ausgelegt ist. 
SKF Torsion Rolling G Fox vorne1400

Ebenso entstehen Torsionslasten im Rumpfbereich, wenn Seitenruder und/oder Höhenruder gleichzeitig ausgeschlagen werden und je nach Anbringung des Höhenleitwerks sind die mit Sicherheit nicht "ohne". Hier sind nur der "normale Auftrieb" und die Torsionskräfte dargestellt. Eine zusätzliche Abfanglast, z.B. durch Hochziehen oder Abfangen musst du noch dazuzählen (Kräftesummierung).

Für unsere Neugierigen:

In der Zeichnung oben siehst du die Darstellung der resultierenden Kräfte und Momente bei gleichzeitigen Ruderausschlägen (hier Seitenruder links, Querruder links und Höhenruder gezogen). Der Seitenruderausschlag führt zu einer entgegengesetzten Luftkraft am Seitenruder, die wiederum zu einer Torsion der Rumpfröhre führt. Der Querruderausschlag führt zu einem höheren Auftrieb auf der Seite des nach unten ausgeschlagenen Querruders und entsprechender Auftriebsverringerung auf der entgegengesetzten Seite. Die erhöhte Wölbung im Bereich des Flügels mit dem nach unten ausgeschlagenen Querruder führt dazu, dass der Flügel versucht dieser Bewegung ausweichen, was wiederum zu einer Torsion in Richtung kleinerer Anstellwinkel führt. Der Bereich des Flügels mit nach oben ausgeschlagenem Querruder wirkt entsprechend in die andere Richtung.

 

Um hier auf der sicheren Seite zu bleiben hat der Hersteller zwei Möglichkeiten. Entweder er weist höhere Lasten durch Bruchversuche nach, oder er rechnet. Das bedeutet er reduziert nach den Vorgaben der Bauvorschrift die Lastvielfache, oder er verwendet für die Reduzierung eine LBA-anerkannte Formel der OUV, die gilt jedoch nur für Eigenbauten und Bausätze. 

In beiden Fällen ergibt die Reduzierung der Lastvielfachen eine geringere Geschwindigkeit für die Betätigung der Ruder, besonders bei Vollausschlägen. Für die "normalen Flieger" nennen wir sie mal verständnishalber Vrolling-g. Wir Kunstflieger sagen dazu Vflick, weil es die höchste zulässige Geschwindigkeit ist, bei der alle Ruder gleichzeitig bis zum Vollausschlag bewegt werden dürfen. Irrtümlicherweise wird von den meisten Piloten angenommen, dass dies bis zur VA problemlos möglich ist. Einige Flugunfälle haben jedoch das Gegenteil bewiesen. Sagen wir mal, wenn ein Segler in Einzelteilen aus einer Wolke herauskommt, ist es im Nachhinein schwer zu bestimmen, ob der Luftzerleger der Last, der Geschwindigkeit, dem Flattern oder dem rolling-g geschuldet ist. 

SKF ASK Linearfahrtabnahme Tabelle
Diese Darstellung betrifft die ASK 21, ASK 21xB und zeigt die lineare Reduzierung beim Betätigen mehrerer Ruder gleichzeitig, also die Reduzierung ab der Vrolling-g
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V-n-Diagramm "rolling-g"

Die EASA Bauvorschrift macht zu dem "rolling-g" die nachfolgenden Angaben, die der Hersteller verpflichtend anwenden muss. 

SKF CS22 rolling g 1100Er muss also nachweisen, dass sein Flieger die geforderten Abfanglasten in Verbindung mit Torsionslasten aushält. Natürlich hat er die Möglichkeit durch entsprechende Versuche und Nachweise diese "Mindestbedingungen in Richtung höherer Geschwindigkeit und Last" zu verbessern ...

Für unsere Neugierigen:

Die oben angesprochene, LBA-anerkannte Formel für Bausätze, Eigenbauten und Experimentals, zur Berechnung der maximal zulässigen Reiß- oder Stoßgeschwindigkeit (Vflick) lauted:
SKF Vflick OUV Formel
Diese Formel geht von der VA aus und entspricht in etwa der EASA-Vorschrift CS 22.349.
 

Nun, wie sehen nun solche V-n-Diagramme für diese reduzierten g-Lasten aus und wie verändern sich die zulässigen Höchstgeschwindigkeiten bei diesen "rolling-g-Bedingungen". Wir haben mal die Diagramme für unsere Ausbildungsdoppelsitzer zusammengestellt. Die Last- und Geschwindigkeitsangaben speziell für die Flick-Figuren für den SZD 54-2 Perkoz wurden vom Hersteller im Flughandbuch festgelegt, die ASK 21 darf nicht reißen und stoßen, die anderen Hersteller geben für solche Figuren im Flughandbuch lediglich Empfehlungen. Es ist also kein Fehler, wenn du die entsprechenden Lasten und Geschwindigkeiten unter "rolling-g-Konditionen" kennst und auch ermitteln kannst. 

 SKF V n Diagramm ASK 21 Rolling G 1200neu  SKF V n Diagramm DG 1000 S 18 Rolling G neu1200
 SKF V n Diagramm SZD 54 2 Perkoz v flick 1200  SKF V n Diagramm Fox Doppel V flick
 

Auf ein Wort ...

Solltest du nun zu den Fliegern gehören, die sagen, das ist ja nur für den Kunstflug interessant, magst du Recht haben. Doch ... denke einfach mal über Flugmanöver nach, die du beabsichtigt oder unbeabsichtigt durchführst ... Als Fluglehrer z.B. das Ausleiten der Steilspirale beim Schulflug, eine schnelle Ruderkorrektur beim Üben des Schnellflugs ... als Überlandflieger z.B. Hochziehen in die Thermik bei höherer Geschwindigkeit und gleichzeitigem Einkurven, Abturnen mit hochgezogenen Fahrtkurven nach dem Wellenflug, hier bist du auch mal schnell über 200 km/h und dabei ist die Geschwindigkeitsreduzierung in der Höhe noch nicht mit einberechnet ... die in Ameisenkniehöhe über den Platz jagenden "Angeber" mit anschließendem Wegziehen in der Kurve, um zumindest die Landeumkehrkurve einigermaßen fliegen zu können ... der biedere, sich an dem schönen Tag erfreuende Pilot, der mit 200 km/h eine Wolkenstraße abreitet, dem plötzlich ein Segler entgegenkommt und er schnell ausweichen muss ... und die Flugschüler, die ja auch mal Fehler machen dürfen (nur mal zur Info, die Vrolling-g bei der LSx4 liegt bei ca. 154.km/h, das ist nicht besonders hoch ...). 

 

Noch etwas ganz Wichtiges

Es sollte zwar nicht geschehen, aber es könnte doch mal passieren, dass du die zulässigen Betriebsgrenzen deines Kunstflugseglers überschreitest. Es reichen 1.km/h oder 0,1.g zu viel. Dann muss der Flieger von einem Prüfer/LTB überprüft und freigegeben werden.   ... Nicht nur im eigenen Interesse ...  

 
SKF Reißwolf rücken auf 600
Die besondere "Kunstflugbox"
Hier findest du einen oder mehrere Links zu interessanten, veröffentlichten Videofilmen, die dieses Thema betreffen. 
Amerikan Airlines Flight 587 (rolling-g  Seitenleitwerkbruch)
  https://youtu.be/z8iieqAG-_A
Untersuchungsbericht AA Flight 587 
Tragic Fatal Stunt Plane Accident at  Stewart Airport (Drehbruch-Leitwerk)
 
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 Struktur- und flugmechanische Zusammenhänge 

für Neugierige

Zusammenhänge aus den Betriebsgrenzen:

Hier sollen nun die struktur- und flugmechanischen Zusammenhänge kurz erläutert werden, um ein Verständnis dafür zu schaffen, warum es zwingend erforderlich ist diese Betriebsgrenzen einzuhalten. Zur vereinfachten Darstellung soll von einem stationären Geradeausflug ausgegangen werden. Ein Flugzustand kann nur aufrechterhalten werden, wenn das Flugzeug so viel Auftrieb erzeugt, dass die Massenkräfte kompensiert werden können.

SKF David ASK 1

Daraus folgt die allgemein bekannte Gleichung   SKF David Formel 1

Allein dieser einfache Zusammenhang zeigt bereits einen wichtigen Effekt: Je größer die Masse oder Lastvielfache, desto mehr Auftrieb muss erzeugt werden, dies kann wiederum nur durch Erhöhung der Geschwindigkeit erfolgen.

Der Flügel erzeugt den nötigen Auftrieb. Dieser entsteht nicht an einem gewissen Punkt, sondern verteilt über die gesamte Spannweite. Dies nennt sich dann Auftriebsverteilung (grüne Pfeile im Bild).

SKF David ASK 2

Diese Kräfte und daraus resultierenden Momente müssen von der Struktur aufgenommen werden. Folglich steigen die zu ertragenden Lasten mit steigender Auftriebskraft, also mit steigender Masse, steigendem Lastvielfachen und steigender Geschwindigkeit. Somit kann eine Überschreitung dieser Grenzwerte zum strukturellen Versagen der Struktur führen.

Der Fluggewichtsschwerpunkt hat einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität und Steuerbarkeit eines Flugzeugs. Den größten Einfluss hat die Schwerpunktlage auf die Längsstabilität, also die Stabilität um die Querachse. Dies ist auch der Grund, warum die meisten Luftfahrzeuge ein Leitwerk besitzen. Betrachtet man das Höhenleitwerk etwas genauer, kann man das ganz anschaulich darstellen.

SKF David ASK 3

Die resultierenden Angriffspunkte der Auftriebskräfte, unabhängig ob Flügel oder Leitwerk, haben einen entsprechenden Abstand zum Schwerpunkt. Je nach Schwerpunktlage ändern sich diese Abstände entsprechend. Um einen stationären Flugzustand zu erreichen, müssen die Kräfte und sich daraus ergebenden Momente im Gleichgewicht stehen.

Kräftegleichgewicht:   SKF David Formel 2

Momentengleichgewicht:   SKF David Formel 4

Dies zeigt, dass, je nach Flugzustand, das Höhenleitwerk ein gewisses Maß an Auf- oder Abtrieb erzeugen muss, damit dieser Flugzustand stabil bleibt. Einstellen kann man das notwendige Maß dieser Luftkraft durch den Höhenruderausschlag. Genau wie beim Flügel kann das Höhenleitwerk, je nach Anstellwinkel nur ein gewisses Maß an Auftrieb erzeugen. Es ist so dimensioniert, dass innerhalb der Schwerpunktgrenzen immer die nötige Luftkraft erzeugt werden kann.

Je weiter vorn der Schwerpunkt liegt desto größer muss nun im Falle eines Abfangmanövers der Abtrieb am Höhenleitwerk werden. D.h. man muss immer weiter am Höhensteuer ziehen, um dieses Manöver fliegen zu können. Liegt der Schwerpunkt nun so weit vorn, dass der zur Verfügung stehende Höhenruderausschlag nicht mehr ausreicht, ist man nicht mehr in der Lage abzufangen. Daher spricht man an dieser Stelle auch von Steuerbarkeitsgrenze.

Eine hintere Schwerpunktlage führt hingegen zu einer erhöhten Ruderwirksamkeit. Die hintere Schwerpunktlage ist so definiert, dass der Schwerpunkt immer vor dem Angriffspunkt des Gesamtauftriebs (also Flügel und Leitwerk) liegt. Ist dies nicht der Fall, wirkt jegliche Störung des stationären Flugzustands (z.B. Böe oder Steuereingabe) zu einem instabilen Verhalten des Flugzeugs. D.h. das Flugzeug nimmt nach einer „Störung“ nicht mehr von alleine seine ursprüngliche Fluglage ein.

Grundsätzlich kann man feststellen, dass je rückwärtiger die Schwerpunktlage ist, desto kleiner ist die Längsstabilität. Dem entgegen steht die Höhenruderwirksamkeit, mancher beschreibt es auch als Agilität. Je stabiler ein Flugzeug ausgelegt ist, desto weniger „agil“ ist es auch.

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Anschnallgurte

Nun zu der Frage, die dir eventuell schon vor dem Beginn deiner Ausbildung am Herzen lag ...   ... ja, deine Gurte halten dich fest, du wirst auch im Rückenflug nicht herausfallen, außerdem kostet eine kaputte Haube sehr viel Geld und Aufwand.

Warum richtiges Anschnallen wichtig ist weißt du bereits aus dem Kapitel „Menschliches Leistungsvermögen und körperliche Grenzen“, daher jetzt zu der „technischen Seite“. Nach den EASA-Bestimmungen muss ein Rückhaltesystem (Gurtschloss, Gurte, Beschläge, Rumpfanbindung) auf maximale Lasten ausgelegt sein. Das bedeutet sie müssen entweder die Notlandebedingungen erfüllen oder ggf. höhere Lasten, die sich aus Fluglasten ergeben (z.B. zulässige negative Lastvielfache beim Swift)

SKF NotlandebedingungenDas heißt, mehr als 2 Tonnen in Flugrichtung. Das ist schon ein Wort. Crashversuche aus den 90ern Jahren haben gezeigt, dass Anbindungen mehr als den Faktor 2 der geforderten Last ertragen können. Somit sind deine Sicherheitsreserven sehr hoch. Deine Angst ist also unbegründet, der Gurt und die Befestigungen halten weit mehr, als du vertragen kannst.

Wie du hoffentlich bereits festgestellt hast, sind in deinem Kunstflugsegler nicht nur zwei Schultergurte und zwei Beckengurte, sondern noch ein fünfter Gurt eingebaut, der zwischen deinen Beinen befestigt ist. Dieser ist sehr wichtig, da du bei positiver g-Last in deiner halbliegenden Sitzwanne nach vorne rutschen könntest und somit deinen Steuerknüppel blockierst. Gemäß Handbuch der ASK 21.B heißt dieser Gurt "Bodengurt", wir Kunstflieger haben dafür eine dem Geschlecht des Piloten angepasste Namensgebung. Dein Kunstfluglehrer wird dich aufklären. Reine Kunstflugsegelflugzeuge, wie z.B. Swift und Fox haben Befestigungen für weitere 2 Beckengurte, die zu deiner zusätzlichen Sicherung über dem normalen Gurtsystem geschlossen werden können. 
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Zusatzausrüstung

Beim Segelkunstflug ist es sinnvoll, wenn du über zusätzliche Hilfen verfügst. Zum einen gibt es den zwingend vorgeschriebenen g-Messer, der einen Schleppzeiger oder eine Einrichtung haben muss, damit nach dem Flug die g-Lasten noch nachvollziehbar sind. Der "mechanische g-Messer" hat auf seiner Rückseite einen Verriegelungsdrehknopf. Ist das Instrumentenbrett deines Kunstflugseglers so konstruiert, dass du hinter den g-Messer greifen kannst, ist es sehr sinnvoll, wenn du mit diesem Knopf dein empfindliches Instrument zum Straßentransport des Flugzeugs im Anhänger blockierst, damit die empfindlichen Federgewichte im g-Messer nicht ausleiern.
Somit ist für deinen Startcheck der Zusatz, g-Messer entriegelt und einsatzbereit, erforderlich.
 

SKF EASA g messerZum g-Messer gibt es auch weitere Anzeigehilfen, sowohl optisch, wie auch akustisch. Meist handelt es sich um elektronische Zusatzbauteile, die rechtzeitig vor kritischen Lasten warnen können (Hupen, Warnleuchten, LED-Anzeigenleiste-Lichtschwert). Weiterhin Fußschlaufen, damit du im Rücken nicht aus den Seitenruderpedalen fällst und den 5. Gurt, den kennst du ja bereits vom Vorkapitel.

Was wir nicht vergessen dürfen ist die Erwähnung des Zusatzstauröhrchens bei der ASK 21, siehe Auszug aus dem Flughandbuch, hier geht es um Fehlanzeigen bis zu 40 km/h. 

Für die neuere ASK 21xB sagt die Fa. Schleicher: Im Rückenflug weicht die Fahrtmesseranzeige um -.7,5xkm/h bei 100 km/h ab; die Abweichung wird mit zunehmender Fahrt kleiner. Unserer Meinung nach kann dies vernachlässigt werden.
 SKF ASK 21 Fahrtröhrchen
Hier wurde eine kleine Änderung an der Staudruckabnahme gemacht. Diese Änderung kann mit der TM 40 nachgerüstet werden. Dabei handelt es sich lediglich um einen fest installierbaren Zusatzadapter für den Gesamtdruck, also eine Zusatzdüse, die auf dem Staurohr angebracht wird. Adapter Fahrmesser TM 40
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Inzwischen halten auch Logger Einzug ins Cockpit z.B. zur Darstellung des aktuellen Flugweges in der vorher einprogrammierten Kunstflugbox.
Apropos Logger, auch hier gibt es zusätzliche elektronische Anzeigegeräte, die jeden Flug aufzeichnen können, also Geschwindigkeit, g-Last, Höhe, manchmal auch Steuerausschläge usw. Somit kann mit entsprechender Einweisung der komplette Flug nachverfolgt werden. Diese Logger können auch sehr wichtig sein, wenn ein eventuelles Überschreiten der Betriebsgrenzen weitere Überprüfungen des Segelflugzeugs erforderlich machen.
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Visiere (Peilstangen)

Möchtest du dein erlerntes Kunstfliegen einmal vertiefen und auf „echte Kunstflugzeuge“ umsteigen, wirst du oft Visiere, die an den Tagflächen angebracht sind, sehen. Es sind im Prinzip eine Art Winkelmesser zwischen Rumpflängsachse, evtl. auch der Nullauftriebsachse und dem seitlichen Horizont, bezogen auf die Blickachse in deiner üblichen Sitzposition. Sie erleichtern dir das exakte Bestimmen deiner Fluglage im Raum. Gewöhne dir an, nicht nur das Visier auf der einen (Schokoladen) Seite zu beobachten, erfahrungsgemäß steuerst du unbewusst deinem Blick nach und dann wird’s krumm. An den Visieren sind immer auch ein oder mehrere Fäden angebracht, die können zur jeweiligen Anstellwinkelbestimmung genutzt werden (Stichwort: Seitenfaden), oder zeigen dir beim Männchen an, wenn der Stillstand kommt und der „Rückwärtsflug“ beginnt. Visiere sind Präzisionsinstrumente, die hohen Bau- und Einstellaufwand erfordern. Daher sollten sie bei “Nichtverwendung“ an einem gesicherten Platz liegen.

SKF Fox Visier 1200Visiere mit Seitenfaden - lange Ausführung mit 45°-Dreieck, in gleicher Höhe wie Pilotenblicklinie. 

Manchmal siehst du auch auf der Haube in Kopfhöhe aufgemalte oder aufgeklebte Winkellinien. Die beeindrucken jedoch nur Unwissende. Auf Grund der Fokussierung deines Auges wirst du sie während des Fluges kaum sehen können.

Leider kommt es immer wieder vor, besonders im Flugbetrieb zusammen mit „Nichtkunstfliegern“, dass Visiere unbeabsichtigt, beim Herumlaufen zwischen den Flugzeugen abgerissen, abgetreten oder verbogen werden. Das ist nicht nur ärgerlich, weil für dich dann der Tag gelaufen ist, ... Training ohne Visier ist für die Katz'..., die Visierreparatur ist arbeitsintensiv und manchmal auch kostspielig. 
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Instrumentenbrett

Das Instrumentenbrett unterliegt von der Festigkeit her den Mindestforderungen der CS 22.561 General (Notlandebedingungen), die du ja schon von den Gurten her kennst.

An dieser Stelle möchten wir dir einmal ein Musterinstrumentenbrett speziell für den Segelkunstflug vorstellen.

SKF Instrumentenbrett KunstflugEs ist für Rechtshänder ausgelegt. Den Hauptschalter, das Flarm, den Funk, die Sicherungen und die Rauchanlage kannst du mit der linken Hand bedienen und währenddessen mit der rechten Hand steuern.

Das zu fliegende Programm, den Fahrtmesser und den g-Messer, die ja in direktem Zusammenhang stehen (V-n-Diagramm), siehst du in genau in der Mitte untereinander, sodass du die wichtigsten Dinge mit einem Blick erfassen kannst.
Das Programm ist weiß in schwarz gezeichnet, so spiegelt sich nichts in der Plexiglasabdeckung oder in der Haube.
Der Fahrtmesser umrundet nur einmal, so kannst du keinen Ablesefehler machen und du siehst den Hauptfahrtbereich um die VA direkt unter dem Programmzettel.
Der g-Messer ist mit der optischen Warnanzeige (einem "Lichtschwert") gekoppelt, so dass du alle Lastinformationen während des Rausschauens nach vorne erhältst.
Die Uhr ist inzwischen Vorschrift, meistens stört sie am Handgelenk, daher ist sie hier besser untergebracht.
Den Höhenmesser kannst du wegen der Größe des Instrumentes auch unter Belastung gut ablesen.
Das Variometer (kleine Ausführung) ist beim Kunstflug unwichtig, da es entweder oben oder unten am Anschlag steht.
Der Kompass spielt auch keine Rolle, er kann allerdings in der jeweiligen Mindestausrüstung vorgeschrieben sein. In der Kunstflugbox verirrst du dich hoffentlich nicht so oft, aber evtl. wirst du ja mal über Land geschleppt. 
Noch ein Hinweis: Sollten in deinem Flieger elektrische Kreisel (Kurskreisel, Horizont) eingebaut sein, schalte sie vor dem Kunstflug ab, besonders Trudeln können sie nicht gut vertragen ... 
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Aerobatic - Resümee

Es lohnt sich immer mal wieder ein Blick ins Flughandbuch der verwendeten Segelkunstflugzeuge zu werfen. Inzwischen gibt es auch viele Ansprechpartner, die ein entsprechendes Fachwissen haben, die darfst du gerne fragen, wenn dir etwas unklar ist. Deine Fluglehrer, dein Werkstattleiter oder der Bauprüfer in der Nähe, kennen sich mit Sicherheit ganz gut aus und wissen auch, wo du was nachlesen kannst. Ansprechen möchten wir hier auch die Hilfsbereitschaft der Flugzeughersteller und der LTB's, die sehr oft entsprechende Erfahrungswerte mit Segelkunstflugzeugen haben. 

Die verstorbene Ursula Hähnle (Konstrukteurin und Erbauerin des H 101 Salto) sagte bei jeder passenden Gelegenheit: "Ich könnte Flugzeuge aus einem vollen Stahlblock fräsen, irgendeiner würde auch diesen Flieger verbiegen, ich kann Leute, die ein Flugzeug plagen, nicht ausstehen. Kunstflug kann doch so anmutig und schön sein. Was ist denn gegen das Fliegen von Bögchen und Schleifchen einzuwenden?" 

Daraus folgen die wichtigsten Punkte:

  • Überprüfe deine Zuladung, dazu gehört auch, dass du dich ab und zu mal mit Kleidern und Fallschirm wiegst, auch wenn's schwerfällt.
  • Halte die zulässigen Geschwindigkeiten unbedingt ein, oft tun's auch ein paar km/h weniger. Kunstflug heißt nicht "rumheizen auf Teufel komm raus". Versuche immer die gewollten Flugfiguren mit der geringsten, möglichen Geschwindigkeit zu fliegen. 
  • Beachte die zulässigen g-Lasten, fliege so weich, wie möglich, Kunstflug soll Spaß machen und nicht wehtun.
  • Gib keine abrupten Steuerausschläge und knalle die Ruder nicht mit Gewalt auf die Anschläge.
  • Checke deinen Flieger lieber einmal zu oft. Die meisten Kunstflieger gehen vor jedem Flug nochmal um den Flieger herum und schauen an "evtl. gefährdeten Stellen" nach.
  • Prahle nicht mit deinem Können, mal abgesehen von "Murphys Gesetz", so gut, wie du glaubst, bist du sicher nicht!!
Ansonsten können wir hier nur noch an deine Ehrlichkeit appellieren ...
 
 

Das letzte für dich wichtige theoretische Kapitel ist die

"Definition einzelner Kunstflugmanöver und die Arestisymbolik".

Du erfährst die "bildliche Darstellung" deiner Segelkunstflugausbildung,

und du wirst mit den Segelkunstfliegern die gleiche Sprache sprechen.
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Verwendete Quellen und Literatur für dieses Kapitel:

Die unermesslichen Erfahrungswerte in den Köpfen der beteiligten Segelkunstfluglehrer und Trainer ... und zusätzlich

  • ©xBild - Flatterflug der SB-9: mit freundlicher Genehmigung der AKA-Flieg Braunschweig 
  • Mit Auszügen aus den Flughandbüchern mit dazugehörigen Bildern mit freundlicher Genehmigung:
      • Fa. Alexander Schleicher Flugzeugbau
      • Fa. DG-Aviation
      • Fa. Allstar PZL Glider Sp. z o. o., Polen
      • Förderverein Segelkunstflug im BWLV. e.V.
  • ©xBild - Lackierung der Flugzeuge:  mit freundlicher Genehmigung des Fördervereins Segelkunstflug im BWLV e..V.
  • ©xBilder - Visiere am LEKI-Fox:  mit freundlicher Genehmigung von Patrick Hagel und dem Förderverein Segelkunstflug im BWLV e.V.
  • EASA-Bauvorschrift CS 22 diverse Fassungen
  • Auszüge aus dem Segelkunstfluglehrbrief der Kunstflugvereinigung Aufschwung Ost (KFAO)
  • Spezialtext für unsere Neugierigen:   David Tempel
  • ©xZeichnungen und Fotomontagen:   Schorsch Dörder

 

Anker: Allgemeines = SKF-4all; Zuladung = SKF-4zuls; Flugbereich = SKF-4flug; Geschwindigkeiten = SKF-4gesc; Lastvielfache = SKF4-last; Bruchlast = SKF-4bruc; rolling-g = SKF-4roll; Lastvielfache asymmetrisch = SKF4-lasy; Diagramm = SKF-4dirol; Anschnallgurte = SKF-4gurt; Zusatzausrüstung = SKF-4zuau; Visiere = SKF-4visi; Instrumentenbrett = SKF-4ibret; Resümee = SKF-4re; Neugierigenresümee = SKF-4rneus; Quellen = SKF-4qu

 

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