Turbulenzen reissen Fluegel ab?

Auto, Rad & Mobilität Luft- & Raumfahrt
#1

Hallo,

zum aktuellen Fall des AF447 lese ich gerade im Spiegel:

„Schlimmer als Blitze sind die Turbulenzen, in denen beispielsweise die Flügel des Flugzeugs abbrechen können“, erläuterte Grangier. Möglicherweise seien im Sturm auch die Antennen und das Radar der Maschine zerstört worden." (http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,628004,00.html)

Ein Materialpruefer sagte mir mal sinngemaess, dass es solche Kraefte die Fluegel im Flug zerstoeren koennen gar nicht gibt. Im Labor wuerden Tragflaechen auf das x-fache der zu erwartenden Belastungen geprueft. Ich habe sowas mal im Fernsehen gesehen wie hoch sich Fluegel biegen lassen bis sie brechen. Desweiteren hoert man immmer wieder, dass Turbulenzen bisher noch nie direkt fuer einen Absturz verantwortlich waren. Natuerlich KANN es solche Krafte geben, aber wie wahrscheinlich ist es, dass Turbulenzen die Fluegel eines modernen, 5 Jahre alten, Airbus abreissen? Muesste es richtigerweise nicht heissen „Schlimmer als Turbulenzen ist ein direkter Blitzeinschlag“?

K.

#2

Auch auf Blitzschläge werden Flugzeuge getestet. Ein Flugzeug stellt im Prinzip einen Faradyschen Käfig (wie schreibt man das richtig?) dar, der Bltz wird also abgeleitet. Jedes Flugzeug wird im Laufe seines Lebens mehrfach vom Blitz getroffen.
Tatsächlich sind Turbulenzen die deutlich größere Gefahr. Ob die Kräfte bei Turbulenzen ausreichen, um die Tragflächen abzureißen, kann ich jetzt nicht sagen. Bei älteren Flugzeugen möglich, weil Materialermüdung auftreten kann. Die Flügel werden immer wieder hoch und runter gebogen, bis sie brechen. Ähnlich wie wenn man ein Stück Metall mehrmals hin und her biegt, bis es bricht. Allerdings werden Flugzeuge aus eben diesem Grund regelmäßig auf ermüdungserscheinungen getestet, so daß auch diese Ursache (vorschriftsmäßige Wartung vorrausgesetzt) ausgeschlossen werden kann. Zumal der aktuelle Fall bei einem recht neuen Flugzeug aufgetreten ist, so daß Materialermüdung hier ohnehin kaum eine Rolle spielen dürfte.

Ob Turbulenzen so stark werden können, daß sie einfach so Tragflächen abreißen, kann ich nicht sagen.

#3

Moin Kasi!
Die Belastungstests der Tragflächen finden am Schreibtisch/Computer statt oder in der Halle. Das sind micht die Bedingungen in 10.000m Höhe in einer Gewitterwolke. Es gab einmal ein Test von Boeing. Die hanen in einer Halle die Tragflächen einer 747 soweit hochgebogen das sich die Tips fast breühtr haben. Dei Flügel sind nicht abgebrochen. Allerdings gab es haufenweise Risse. Und die Flächen federten nicht in ihre Originalposition zurück. Und dazu noch Vereisung.
Wenn nun eine Turbolenz eine oder sogar beide Tragflächen so deformiert das sie aus der originalposition heraus sind hat das auch folgen für die Aerodynamik.
Das Flugzeuge noch nie wegen Turbolenzen abgestürzt sind kann ich nicht wiederlegen. Aber es hängt davon ab in welcher Flughöhe sich der Flieger bewegt. Und mit welcher Geschwindigkeit. Das kann dann schon mal brenzlig werden (siehe Zwischenfall Hamburg beim Landeanflug letztes Jahr).
Gruß
Martin

#4

Korrektur meines Artikels
Moin Moion!
Nachtrag zu meinem Artikel:
Die Vereisung der Tragflächen bezieht sich auf den Flug, nicht auf Experimente in der Halle.
Gruß
Martin

#5

Hi,

im Augenblick ist alles zum Air France-Absturz Spekulation. Man hat weder die Black Boxes noch irgendwelche aufschlußreichen Trümmerteile bergen können.

Wenn man sich die Wetterkarte vom Pfingstmontag anschaut, sieht man einen charakteristischen Wettergürtel ungefähr auf der Höhe des Äquators. Es handelt sich dort um die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ), bei der Passatwinde aus den Subtropen in Äquatornähe zusammenstossen und dann nach oben gedrückt werden. Wer den Äquator überquert, muss die ITCZ zwangsläufig queren und hat eine große Chance auf Tropengewitter.

Piloten versuchen immer, Gewittern auszuweichen. Bei begrenzten Zellen ist das kein Problem, wie wir sie aus unseren Breitengraden kennen, ist das auch meistens kein Problem. Wenn man aber einen riesigen Gürtel vor sich hat…
Obendrein pflegen Gewitter hierzulande niedriger zu hängen als in den Tropen. „Einfach drüber hinweg fliegen“ wird hier schon ungerne gemacht, dort geht es schlicht nicht weil ein Verkehrsflugzeug nicht in derartige Höhen kommt um über ein Tropengewitter hinweg fliegen zu können.

Gerät man mitten in ein Gewitter hinein, ist man im Inneren der Hölle. In Sekunden geht es um hunderte Meter rauf oder herunter, das ist wie der allerheftigste Schleudergang einer Super-Waschmaschine. Man wird dermaßen durchgerüttelt, dass man gar nicht weiß, wie einem geschieht. Ob es reicht um Flügel abzubrechen sei mal dahin gestellt. Normalerweise sind Flugzeuge wesentlich robuster als die Insassen, d. h. wenn die Gewalt so groß ist, dass der Flügel abbricht, sind die biomechanischen Einwirkungen auf die Passagiere schon so groß gewesen, dass das kaum jemand überlebt haben dürfte.

Besonders gemein sind 2 weitere Phänomene:

  • Gewitterwolken nennt man Cumulonimbus (CB). Die sind besonders gefährlich wenn sie nicht als solche erkennbar sind, also entweder nachts oder wenn sie in dichte Wolkenfelder anderer Art eingelagert sind (sog. embedded CB’s).

  • es gibt das Phänomen der „dark spots“: ein (relativ starkes) Echo auf dem Wetterradar, dahinter ist alles schwarz, also keinerlei Wolken etc. - scheinbar. In Wirklichkeit absorbiert die vorne liegende Formation das Signal des Wetterradars aber nur so stark, dass aus dem dahinter liegenden Bereich keine Erkenntnis mehr gewonnen wird. Liegt dort nun anstatt der völlig klaren Luft die wirklich heftige Gewitterzelle, guckt man dumm aus der Wäsche…

Gruß,

MecFleih

#6

Hallo,

  • es gibt das Phänomen der „dark spots“: ein (relativ starkes)
    Echo auf dem Wetterradar, dahinter ist alles schwarz, also
    keinerlei Wolken etc. - scheinbar. In Wirklichkeit absorbiert
    die vorne liegende Formation das Signal des Wetterradars aber
    nur so stark, dass aus dem dahinter liegenden Bereich keine
    Erkenntnis mehr gewonnen wird. Liegt dort nun anstatt der
    völlig klaren Luft die wirklich heftige Gewitterzelle, guckt
    man dumm aus der Wäsche…

Gut zusammengefaßt.
Aber vllt. kommen Piloten jetzt auch mal auf die Idee, alle anderen Gründe hintanzustellen (insbesondere kommerzielle) und in solchen Situationen einfach umzukehren.
Das entscheidet immer noch der verantwortliche Pilot.

Gruß:
Manni

#7

Hi,

Aber vllt. kommen Piloten jetzt auch mal auf die Idee, alle
anderen Gründe hintanzustellen (insbesondere kommerzielle) und
in solchen Situationen einfach umzukehren.

Das tun sie auch, darauf kannst Du einen lassen.

Zitat:

„Du gehst rein, wo man ein Loch vermutet, dann bist du drin und siehst, das alles um dich herum rot ist - da musst du nun durch“, erklärt Mazzone. An einem solchen Punkt gebe es keine Rückkehr mehr, weil eine Wende das Flugzeug in dieselben Wetterbedingungen brächte. Kein Pilot in der Welt denke in dieser Situation daran, den Flugplan einhalten zu wollen. „Ihr Ego geht nicht vor Sicherheit - sie werden mit allen anderen sterben.“

Zitat Ende

http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,628450,00.html

Gruß S

#8

Moin Kasi!
Die Belastungstests der Tragflächen finden am
Schreibtisch/Computer statt oder in der Halle. Das sind micht
die Bedingungen in 10.000m Höhe in einer Gewitterwolke. Es gab
einmal ein Test von Boeing. Die hanen in einer Halle die
Tragflächen einer 747 soweit hochgebogen das sich die Tips
fast breühtr haben.

Allerdings sind das sehr statische Tests, bei denen die Belastung immer in eine Richtung erfolgt und langsam gesteigert wird. Bei einem Gewitter dürfte die Belastungsrichtung ständig wechseln und sehr unterschiedlich sein. Das ist eine ganz andere Situation als in diesen Tests.
Eine Gabel oder einen Löffel kann man z.B. auch so verbiegen, dass sich Anfang und Ende fast berühren und ohne dass er bricht. Biegt man ihn aber dagegen mehrmals hin und her, dann bricht er bei sehr viel geringerem Krafteinsatz sehr schnell ab.

#9

Da bin ich etwas verwirrt - es kann ein Gewitter in 9 bis 11 km Höhe geben? Flugzeuge fliegen doch so hoch, um das Wetter zu vermeiden. Oder habe ich da was flasch verstanden?

#10

Hallo,

Aber vllt. kommen Piloten jetzt auch mal auf die Idee, alle
anderen Gründe hintanzustellen (insbesondere kommerzielle) und
in solchen Situationen einfach umzukehren.

Wetterberichte sind immer nur Voraussagen. Ob es vor Ort später tatsächlich genau so aussieht wie erwartet ist immer die Gretchenfrage. Meistens stimmt es, aber die vollkommene Perfektion kann niemand erwarten.

Piloten sind keine „Schreibtischtäter“, sondern baden Fehlentscheidungen immer mit aus. Schon aus eigenem Interesse wird man daher nichts tun oder lassen, was einen wissentlich selber in Gefahr bringt.
Sicherlich ist die Sicherheitskultur nicht überall einheitlich. Manche Airline und mancher Pilot nimmt es da genauer, anderswo geht es lockerer zu.
Ich empfinde mich als besonders sicherheitsbewusst, dennoch kann auch ich - wie JEDER Mensch - mich nicht davon freisprechen, dass ich vor allem auf das achte, was mir unsafe erscheint. Dieses wird aber immer Ergebnis meiner Erfahrungen und meines Wissenshorizontes sein und niemand kann für sich beanspruchen, Träger einer objektiven oder ultimativen Wahrheit zu sein.

Der aktuelle Unfall führt - zu Recht - zu neuem Nachdenken und wird Viele daran erinnern, dass das Wetter und die Natur eben doch Gewalten sind, die wir trotz modernster Technik nicht einfach vernachlässigen können, weil sie uns ja eh nichts mehr können. Der ein oder andere bekommt hier sicher eine bessere situational awareness und hinterfragt unklare Wetterinformationen oder ungünstig erscheinende Routings einmal mehr.

Dennoch ist die Fliegerei auch ein Geschäft, bei dem Geld verdient wird. Ganz ohne Abwägungen wird das nie ablaufen und ein Unternehmen, dass die vollkommene Sicherheit anstrebt, wird nie fliegen. Die Frage ist, wo man die Grenze zwischen vertretbarem und nicht tolerierbaren Risiko zieht. Ich denke aber nicht, dass man der fliegenden Zunft flächendeckend eine mangelnde Sicherheitskultur unterstellen kann.

Wie ich schon erklärt hatte, ist das Problem der dark spots, dass dort genauso völlige Ruhe wie auch heftige CB’s sein könnten. Man weiß es vorher einfach nicht… Genauso kann man auch in CAT’s geraten (Clear Air Turbulences), die vorher nicht erkennbar sind, das Flugzeug in großer Höhe aber heftig packen können.

Ein gewisses Risiko ist einfach dabei, wenn man fliegt, und man dürfte gar nicht erst starten wenn man alle potentiellen Risiken ausschließen wollte. Soll man jetzt nicht mehr über den Äquator fliegen um der ITCZ zu entgehen? Das ist ja auch keine Lösung…

Gruß,

MecFleih

#11

Nein, Flugzeuge fliegen hauptsächlich so hoch, da wegen der dünnen Luft die Treibstoffkosten am geringsten sind. Außerdem gibt es natürlich noch Lärmgründe.

Gruß

Marcus

#12

Da bin ich etwas verwirrt - es kann ein Gewitter in 9 bis 11
km Höhe geben?

Gewitterwolken reichen sogar bis in Höhen von 20km.

Flugzeuge fliegen doch so hoch, um das Wetter
zu vermeiden. Oder habe ich da was flasch verstanden?

Ja, das hast du falsch verstanden. Ein tropisches Gewitter lässt sich mit einem Flugzeug gar nicht überfliegen, weil es gar nicht so hoch fliegen könnte. Wenn dann versucht man das Gewitter zu umfliegen, was aber in der innertropischen Konvergenzzone oft nicht möglich ist, da da Gewitter an Gewitter gereiht sein kann.

#13

Tach,

Flugzeuge fliegen deswegen hoch weil der Treibstoffverbrauch dort geringer ist. Außerdem kann man sich dort oben unter Umständen starke Winde zunutze machen, wenn die Jetstreams die gleiche Richtung haben wie man selber.

Abzuwägen ist aber immer, wieviel Treibstoff man für den Steigflug verballert und wieviel man durch den niedrigeren Verbrauch in der Höhe spart. Diese Überlegung geht immer in die Planung mit ein.

Obendrein halten sich Propellermaschinen nicht in ganz großen Höhen auf weil der Propeller dort nicht mehr ausreichend effektiv wäre.

Da das Flügelprofil eines jeden Flugzeugs nur für bestimmte Geschwindigweitsbereiche ausgelegt ist, muss man mit steigender Höhe und geringerer Luftdichte immer schneller werden um nicht in einen „Stall“ zu geraten. Dabei wird der Anstellwinkel des Flügels aufgrund der langsamen Geschwindigkeit zu hoch und irgendwann umfließt die Luft den Flügel nicht mehr korrekt, es wird also kein Auftrieb mehr erzeugt. Stattdessen ragt der Flügel wie eine auf der Autobahn aus dem Fenster gehaltene Hand, also nur noch als Luftwiderstand.

Je höher man kommt, desto schneller muss man unterwegs sein.

Wird man allerdings zu schnell wandert der Auftriebsschwerpunkt nach hinten, das Flugzeug senkt die Nase, geht in den Sturzflug und wird dabei nur noch schneller…

Der „gesunde Bereich“ zwischen Stall und Overspeed wird mit steigender Höhe immer kleiner und wenn man es sich auf Papier malt, zeigt das Diagramm eine Art Dreieck, also eine ansteigende und eine abfallende Linie, die sich am Scheitelpunkt treffen - es sieht aus wie eine Ecke oder ein Dreieck und deswegen der Name „coffin corner“.

Gruß,

MecFleih

#14

Danke für die Aufklärung. Hatte immer gedacht, dass bei einer Flughöhe von ca. 10 km Gewitter überflogen werden.
Treten nur tropische Gewitter in dieser Höhre auf? Oder treten auch innerhalb Europas Gewitter in der Höhe auf?

#15

Abzuwägen ist aber immer, wieviel Treibstoff man für den
Steigflug verballert und wieviel man durch den niedrigeren
Verbrauch in der Höhe spart. Diese Überlegung geht immer in
die Planung mit ein.

Da ist eigentlich nicht viel abzuwägen. Unter normalen Bedingungen ist der Steigflug auf die größtmögliche Höhe immer besser. Wenn Winde / Temperaturen etc. mit ins Spiel kommen kann eine niedrigere Höhe die bessere sein - aber das hat ja mit dem Climb nichts mehr zu tun.
Kleines Extrembeispiel: HAM-FRA mit A310, geplanter Flightlevel FL410 :smile:

Gruß,

Nabla

#16

Treten nur tropische Gewitter in dieser Höhe auf? Oder treten
auch innerhalb Europas Gewitter in der Höhe auf?

Hi,

habe das auch schon über Deutschland erlebt, als es über dem gesamten Süden unwetterartige Gewitter gab. Die Maschine flog auf Reiseflughöhe in den Wolken.

Gruß S

#17

Kleine Korrektur …
Moin,

will ja nicht oberlehrerhaft verbessern, aber gestatte mir eine kleine Korrektur:

Es handelt sich dort um die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ), bei der Passatwinde aus den Subtropen in Äquatornähe zusammenstossen und dann nach oben gedrückt werden.

Nicht die Passatwinde drücken die Luft dort nach oben, die Passatwinde werden durch die dort aufsteigende Luft erzeugt, „angesogen“.

Gruss
Laika

#18

Prinzipiell können Gewitterwolken bis zur atmosphärischen Grenze der Tropopause stattfinden. Wie hoch die Tropopause liegt, ist abhängig von der Jahreszeit, dem Breitengrad und auch dem lokalen Wetter. Im Prinzip gilt, dass die Tropopause am Äquator am höchsten ist (bis ca 20km) und zu den Polen immer niedriger wird (bis ca. 8km). Im Sommer liegt sie im Allgemeinen höher als im Winter.

In unseren Breiten ist die Tropopause etwa 10-13km hoch, vereinzelt aber auch mal 15km, z.B. bei heißem Sommerwetter bei starken Gewittern. Also so 12-13km hoch können Gewitter bei uns im Sommer auf jeden Fall problemlos werden und dann können diese logischerweise auch nicht mehr überflogen werden.

Ich glaube, dass Gewitter aber generell sehr ungern überflogen werden, selbst wenn das Gewitter nur 9km hoch wäre und es theoretisch möglich wäre, weil oberhalb des Gewitters auch sehr extreme Turbulenzen auftreten. Das kann dir vermutlich ein Pilot aber genauer sagen.

#19

Hallo MecFleih

mit Deinem Ausführen stimme ich überein, mit einer kleinen, aber wichtigen Ausnahme:

Gerät man mitten in ein Gewitter hinein,

Falls Du damit einen tropical thunderstorm meinst,

ist man im Inneren der Hölle.

dann ist man am Ende der Fahnenstange.
Die Gewalten im Inneren so eines Giganten überlebt kein Flugzeug. Überlege Dir nur einmal die Größe und Gewalt der Hagelkörner, wenn schon ein mittlerer CB in Deutschland eine nagelneue B757 im final approach in München so zerschlägt, dass Boeing die nagelneue Kiste nur noch in den shredder schieben kann.
Von den Auf- und Abwinden in einer Größenordnung, die ebenfalls kein Flugzeug aushält.

LG
R

#20

Von den Auf- und Abwinden in einer Größenordnung, die
ebenfalls kein Flugzeug aushält.

Mal angenommen, das Flugzeug würde es aushalten, wie sähe es dann mit den Insassen aus? Wäre in so einem Strum überhaupt noch jemand in der Lage, das Flugzeug zu fliegen?