Luftfahrt-Lexikon   F

flattern Flatterschwingungen sind Schwingungen von Flugzeugteilen (Flügel, Leitwerk, Ruder), die sich bei ungünstigem Zusammenwirken von aerodynamischen, elastischen und Massenkräften entwickeln und zur Klasse der selbsterregten und angefachten Schwingungen gehören. Flattern ist für alle Flugzeuge, vom Segelflugzeuge bis zum Jumbo Jet, ein gefährlicher Flugzustand, der, einmal erreicht, im Allgemeinen nur sehr kurz dauert und mit der Zerstörung der betroffenen Strukturteile endet. Tritt eine Flügel- oder Ruderschwingung bei einem noch stabilen Flugzustand auf, wird die Schwingung durch die Dämpfung der Struktur und durch die Dämpfung der umströmenden Luft von selbst beendet. Dies ist im gesamten Fluggeschwindigkeitsbereich bis hin zur kritischen Geschwindigkeit oder auch Flattergeschwindigkeit der Fall. Beim indifferenten Flugzustand reicht die Dämpfung der Struktur und der umströmenden Luft nicht mehr aus, um die Schwingung ohne direktes Eingreifen abklingen zu lassen. Steigert man die Geschwindigkeit auch nur geringfügig über diesen Wert hinaus, liegt ein labiler Flug- zustand vor und das Flugzeug gerät durch die kleinste Schwingungsanregung in einen unkontrollier- baren Schwingungszustand. Die Schwingungsform zieht dabei aus der anliegenden Strömung Energie ab und führt sie der Strukturschwingung zu. Durch die andauernde Energiezufuhr schaukelt sich die Schwingung immer weiter auf. Innerhalb von zwei bis drei Schwingungszyklen wird der Flügel oder das Ruder buchstäblich in der Luft zer- rissen und der Rest des Flugzeugs folgt. Bendenkt man, daß die Schwingungs- frequenzen zwischen ungefähr 1 Hz und 30 Hz liegen, entsprechen diese 3 Zyklen 3 bzw. 0,1 Sekunden. Das Fatale dabei ist, daß das Flugzeug ohne Vorwarnung die Grenze der kritischen Geschwindigkeit überschreitet. Durch Alterungsprozesse (Ermüdung / Steifigkeitsverlußt) bzw. durch bauliche Veränderungen an der Struktur oder Masseveränderungen können auch moderne Flugzeuge in den Zustand des Flatterns geraten. Auch verringert sich die kritische Geschwindigkeit mit zunehmen- der Höhe, da die Luftkraftdämpfung geringer wird. Tritt ein Flattern an der Struktur auf, wäre sofort die Geschwindigkeit zu reduzieren. Der Beginn des Flatterns kann jedoch so schnell gar nicht bemerkt werden, daß innerhalb der Reaktionszeit des Piloten ein Schaden vermieden werden kann. Grundsätzlich sind für Segelflugzeuge zwei Schwingungsformen von Bedeutung: Die Biege- und die Torsionsschwingungsform der Tragflügels oder auch der Leitwerke. Durch sie wird das klassische Flügel- oder Flossenflattern erzeugt. Die zweite relevante Raarung von Schwingungsformen ist eine Ruderdrehschwingung zusammen mit einer Schlagschwingung der vorgelagerten Flosse. Sie erzeugen das Ruderflattern. Davon können alle Ruder betroffen sein - Quer- Seiten und Höhenruder. Beim klassischen Flügelflattern reduziert sich mit zunehmender Geschwindigkeit die Dämpfung der umströmenden Luft bis sie schließlich in eine Anregung der Schwingungsbewegung umschlägt. Die Frequenzen der Biegeschwingung und der Torsionsschwingung beginnen sich zu nähern. Ist die kritische Geschwindigkeit erreicht, sind sich diese beiden Frequenzen sehr nahe. Bei Flügelstrukturen die sehr große Schwingungsamplituden zulassen und bei denen dabei ein Zuwachs der Strukturdämpfung entsteht, muß das Erreichen der kritischen Geschwindigkeit nicht zwangsläufig eine Zerstörung des Flügels bedeuten, sondern kann in einer stationären Schwingung mit allerdings hohen Amplituden enden. Eine gute Trennung der Biege- und Torsionsfrequenz durch konstruktive Maßnahmen kann die kritische Geschwindigkeit deutlich zu höheren Werten verschieben. Bei nicht mehr veränderbaren Flügelkonstruktionen kann dies noch nachträglich durch ein Massetuning erreicht werden. Zusatzmassen in den Flügelspitzen reduzieren z.B. die Biegefrequenz deutlich und verändern die Torsionsfrequenz kaum. Eine Annäherung der Frequenzen ist im Flugbereich dann nicht mehr möglich. Der Ablauf beim Ruderflattern ist komplexer als beim klassischen Flügelflattern, da beim Ruderflattern wesentlich mehr Faktoren eine Rolle spielen. Das Ruderflattern ist abhängig von der Biegeschwingung der Flosse im Ruderbereich, der Steifigkeit des Rudergestänges und der Drehsteifigkeit des Ruders. Das Ruderflattern tritt im Zusammenwirken von der Flossenschlagschwingung und der Ruderdreh- schwingung auf. Bei der sich daraus ergebenden kritischen Geschwindigkeit beginnt das Ruder zu flattern. Allein ein schlecht massenausgeglichenes Quer-, Seiten- oder Höhenruder kann bereits das Flattern auslösen. Da das Lagerspiel der Ruder die Ruderdrehsteifigkeit reduziert, geht die Drehfrequenz nach unten und kann sich der Flossenschlagfrequenz nähern. Daher sollte bei jeder Jahresnachprüfung besonders auf Lagerspiel bei Rudern geachtet werden. Das alles hört sich im ersten Moment unheimlich dramatisch, ja gefährlich an und das ist es grundsätzlich auch. Doch sind Unfälle aufgrund eines Flatterversagens sehr selten denn bei allen heutigen Flugzeugen werden schon in der Entwicklung die Erkenntnisse der Aeroelastizität berücksichtigt. Dazu wird von einem neuen Flugzeug ein Rechenmodell erstellt. In diesem Modell werden bereits alle bekannten Rahmenbe- dingungen, wie die Flugzeugform, die verwendeten Materialien, die Festigkeit, die durch Schwingungen erregten aerodyna- mischen Kräfte und die Dämpfung der Struktur mit berücksichtigt. Jedes Einzelteil eines Flugzeugs kann das Flattern auslösen. Daher werden am ersten Prototyp eines neuen Flugzeugs die über das Rechenmodell ermittelten Grunddaten mit einem Standschwingversuch überprüft. Sobald diese Phase abgeschlossen ist, beginnt auch schon die Flugerprobung. Die kritische Fluggeschwindigkeit für ein neues Flugzeug liefert das Rechenmodell. Da aber die genauen Grenzen, die Envelope, nicht ganz exakt voraus berechenbar sind, werden diese Schritt für Schritt im Flugversuch erflogen. Alle Bereiche wie Geschwindigkeit, Anstellwinkel, Lastvielfache, Massenkonfigurationen (Wasser) usw. werden dabei überprüft. Dabei wird mit den rechnerisch sicheren Werten begonnen. Innerhalb des sicheren Geschwindigkeitsbereiches werden künstlich Schwingungen erzeugt. Die Einleitung der Schwingung erfolgt in der Regel manuell durch harte, schlagartige Ruderausschläge. Die dabei entstehenden Schwingungen (Schwingungsform und -frequenz) werden abhängig von der Ausrüstung des Herstellers gemessen. Dabei ist es wichtig, in welchem zeitlichen Rahmen diese Schwingungen wieder abklingen. Dies ist das Maß für die Stabilität des Schwingverhaltens. Die Versuche werden mit einer festgelegten, schrittweisen Erhöhung der Geschwindigkeit fortgesetzt. Sobald die Schwingung nicht mehr im anfäng- liche gemessenen Zeitrahmen abklingt, sondern im Gegenteil länger andauert, wird die Dämpfung geringer. Unterschreitet der gemessene Dämpfungswert eine festgelegte Grenze, ist die kritische Geschwindigkeit, die Flattergeschwindigkeit, nahezu erreicht, der Flugversuch wird beendet. Bei einer weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit würde die Dämpfung nicht mehr ausreichen und das Flattern mit allen genannten Folgen schlagartig einsetzen. Im Flugversuch gewonnene Daten werden anschließend ausgewertet und in entsprechende bauliche Optimierungen umgesetzt, die natürlich auch wieder verifiziert werden müssen. Bei der Auslieferung eines neuen Flugzeugs kann man in der Regel davon ausgehen, daß der Flugzustand des Flatterns nicht auftreten kann. (Baudisch / Dr. Bühlmeier) Noch zwei Video-Beispiele für Leitwerksflattern: ein V-Leitwerk und ein konventionelles Höhenleitwerk  Flettner-Rotor Der Flettner-Rotor ist eine alternative Segelfläche die auf ihren Erfinder Anton Flettner (1885 - 1961) zurückgeht. Der angeströmte senkrechte Zylinder stellt dem Wind nur die projizierte Fläche entgegen und würde keine andere Wirkung erzeugen als eine Fläche. Der Flettner-Rotor dreht sich aber und nutzt den Magnus-Effekt (vgl. auch Potentialtheorie) aus. Der Flettner-Rotor erzeugt durch Oberflächenreibung einen Strömungsstau gegen die Strömungsrich- tung und auf der entgegenliegenden Seite eine Strömungsbeschleunigung mit der Drehrichtung. Quer zur Strömungsrichtung entsteht eine Kraft. Zusammen mit einem Bootsrumpf mit Kiel oder Schwert kann eine abweichende resultierende Kraft erzeugt werden. Der Flettnerrotor ist (im Gegensatz zum normalen Segel) nicht für Kurse von mehr als 90° zum Wind geeignet. Die rotierenden Zylinder benötigen einen Hilfsantrieb dessen Leistung ungefähr im Verhältnis 1:100 zur erzielbaren Antriebsleistung steht. Die Leistung des Rotors steigt nicht mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit, deshalb braucht er auch nicht mit steigender Windgeschwindigkeit gerefft werden wie ein Segel. Die Manövrierbarkeit des Flettner-Rotorschiffs war sehr gut, über die Effizienz gibt es unterschiedliche Angaben. Der Flettner-Rotor wurde bisher nur an experimentellen Booten und Schiffen (Baden-Baden, Barbara, Buckau in 1930er Jahren) eingesetzt, fand dann aber mit wenigen Ausnahmen keine weitere Verbreitung in der Schifffahrt.  Flettner-Ruder Das Flettner-Ruder ist ein gegenläufiges Hilfsruder, das bei jedem Steuerausschlag automatisch entgegengesetzt mitläuft. Es ist also ein kleines Hilfsruder das direkt mit der Steuerung verbunden ist und das in die Luftströmung hineinragt und so die vom Piloten aufzubringende Steuerkraft reduziert. Man spricht hier von einem "aerodynamischen Ruderausgleich".  Flugbegleiter Ein Flugbegleiter, auch Cabin Attendant oder Steward / Stewardess genannt, ist Teil der Cabin Crew eines Verkehrsflugzeugs und verantwortlich für die Sicherheit und das Wohlbefinden an Bord. Leitender Flugbegleiter ist der Purser / die Purserette (auch Chef de Cabin genannt). Hauptaufgabe des Flugbegleiters ist die Gewährleistung der unmittelbaren Sicherheit an Bord (Notausstieg, Rauchverbot, Anschnall-/ Türkontrollen), sowie in zweiter Linie für das Wohl- ergehen der PAXe und die Sicherstellung des Bordservice. Der erste Steward versah seinen Dienst 1911 auf dem Verkehrsluftschiff LZ-10 Schwaben für die DELAG. In der Anfangszeit der Luftfahrt der Beruf der Stewardess als glamouröser Traumberuf vieler Mädchen. Dieses Bild hat sich mit dem Aufkommen des Massen- und Billig-Luftverkehrs gewandelt. Der Duden führt bereits den umgangssprachlich abwertenden Begriff Saftschubse. Mehr Infos über den Beruf des Flugbegleiters gibt es in der Wikipedia.  Foto-Copyright: Yakfreak  Flugbenzin-Steuer Laut Mineralöl-Steuergesetz (MinöStG) § 4 Abs. 3 darf Mineralöl als Luftfahrtbetriebsstoff (z.B. Kerosin, Avgas) steuerfrei verwendet werden     a) von Luftfahrtunternehmen für die gewerbsmäßige Beförderung von Personen, Sachen oder für die          entgeltliche Erbringung von Dienstleistungen,     b) in Luftfahrzeugen von Behörden und der Bundeswehr für dienstliche Zwecke sowie der          Luftrettungsdienste für Zwecke der Luftrettung. Im Luftverkehr gilt das Prinzip der Nutzerfinanzierung seit langem weltweit. Das heißt, der Luftverkehr bezahlt seine Infrastrukturkosten für die Benutzung der Flughäfen und Dienstleistungen von Flug- sicherung und Wetterdienst in Form von Entgelten und Gebühren. In Deutschland deckt dies die Kosten. Rechnet man beispielsweise die Gebühren für einen innerdeutschen Lufthansa-Flug in eine fiktive Mineralölsteuer um, so bezahlt das Unternehmen dafür rund 1 € pro Liter Kerosin. Die Nichterhebung einer Mineralölsteuer ist keine Subvention, sondern aufgrund der Finanzierungskonzeption des Luftverkehrs systemgerecht. Wer die Mineralölsteuer im Luftverkehr einführen wollte, müsste zuvor die Nutzergebühren abschaffen und gegen den Expertenrat auf Steuerfinanzierung umstellen. Eine Doppel- belastung des Luftverkehrs durch Gebühren und Steuern für die Infrastruktur wäre ungerechtfertigt, diskriminierend und wettbewerbsverzerrend. Das Abkommen von Chicago und die staatlichen Luftverkehrsabkommen schließen deshalb die Erhebung einer Kerosinsteuer aus. Desweiteren wird auf Flugtickets im innerdeutschen Luftverkehr der volle Mehrwertsteuersatz erhoben, die Befreiung gilt nur für internationale Flüge. Diese weltweit geltende Regelung dient der Harmonisie- rung des Luftverkehrsmarktes und ist Bestandteil des Abkommens über die internationale Zivilluftfahrt.  Flugbuch Ein Flugbuch (engl. Flight Logbook oder Pilot Logbook) ist die Aufzeichnung aller Flüge eines Piloten. Jeder Pilot muß selbständig ein Flugbuch führen und im Luftfahrzeug bei sich haben. Im Gegensatz zur Schifffahrt, wo das Logbuch zum jeweiligen Schiff gehört, muß in der Luftfahrt zusätzlich zum Bordbuch des Flugzeugs vom jeweiligen Piloten ein eigenes Flugbuch geführt werden. Das Flugbuch dient dem Nachweis der Flugstunden, der für die Verlängerung der Pilotenlizenz erforderlich ist. Für die Erlangung von zusätzlichen Lizenzen (Nachtflug, IFR, ATPL, Bannerschlepp, Fluglehrer, Sprühflugzeug) muß ebenfalls ein Nachweis über eine bestimmte Mindestzahl von Flugstunden geführt werden. Auch dieser Nachweis erfolgt durch Vorlage des Flugbuches. Das Flugbuch ist eine Urkunde, da es eine regelmäßig geführte Aufzeichnung darstellt. Das Flugbuch wird zwar weder vom Piloten noch von der Luftaufsicht im Tower unterschrieben, ist aber bei Bedarf durch einen Vergleich mit den Aufzeichnungen im Tower überprüfbar. Bei Flugschülern muss der Fluglehrer die Flugstunden im Flugbuch des Flugschülers unterschreiben. Die gesetzlichen Regelungen zur Urkundenfälschung treffen auch auf das Flugbuch zu.  Flugfläche Eine Flugfläche (besser bekannt als Flightlevel) bezeichnet eine Höhe konstanten Luftdrucks. Als Bezugshöhe (die so genannte Standarddruckfläche) wird die Höhe verwendet, in der der Druck von 1013,25 hPa herrscht. Entsprechend internationaler Vereinbarungen werden die Flugflächen in bestimmten Abständen (500 ft) voneinander getrennt und durch die in Hektofuß gemessenen Höhendifferenzen bis zur Bezugsfläche bezeichnet. FL 245 bedeutet demnach eine Fläche, die 245 Hektofuß (= 24.500 ft) über der Fläche liegt, in der der Normaldruck von 1013,25 hPa (und ISA-Bedingungen 15°C, 0% Luftfeuchte) herrscht. Oberhalb einer bestimmten Höhe (der Transition Altitude) wird der Flugverkehr vertikal mit Hilfe der Flugflächen gestaffelt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß alle dort operierenden Luftfahrzeuge relativ zueinander fest definierte Höhenabstände einhalten können, auch wenn sie in Gebiete veränderten Bodenluftdrucks einfliegen. Eine Flugfläche ist in der Regel weder eine ebene noch eine zur Erdoberfläche parallele Fläche. Die Flughöhe wird in der Luftfahrt mit dem barometrisch arbeitenden Höhenmesser gemessen. Dadurch hängt die angezeigte Höhe vom derzeit herrschenden Luftdruck an dem Ort an dem sich das Flugzeug gerade befindet ab. Höhenmesser bieten daher die Möglichkeit, die angezeigte Höhe zu korrigieren. Dazu können sie anhand des aktuellen Luftdrucks am Boden kalibriert werden. Unterhalb des Transition Levels wird die Einstellung des Höhenmessers wegen des örtlich schwankenden Luftdrucks mehrfach während des Fluges korrigiert. Dazu wird jeweils der Luftdruck des nächst- gelegenen Flugplatzes verwendet. Wird dieser Wert direkt verwendet, so ist die angezeigte Höhe relativ zum Flugplatz (QFE). Wird er auf Meereshöhe umgerechnet, so ist die Anzeige absolut (QNH). Oberhalb der Transition Altitude wird der Höhenmesser auf den Standardluftdruck von 1013,25 hPa kalibriert. Angegeben werden Flugflächen durch ihre Höhe über MSL (Normalnull oder Main Sea Level) in Fuß beim Standardluftdruck von 1013,2 hPa. Zur Vereinfachung werden die letzten beiden Dezimalstellen weggelassen. So entspricht die Flugfläche FL270 (wie sie im Flugfunk angegeben würde) der Flughöhe 27.000 ft bei herrschendem Standardluftdruck. Die Flugfläche, auf der ein Pilot plant zu fliegen, muss im Flugplan enthalten sein. Instrumentenflieger (IFR) nutzen stets die rund durch zehn teilbaren Flugflächen, Sichtflieger nutzen die auf 5 endenden Flugflächen (siehe Halbkreisflughöhen).  Flughafenförster Ein Flughafenförster ist ein Flughafenangestellter, dessen Aufgabe es ist Vogelschläge zu verhindern. Deshalb versucht er, es Vögeln auf dem Flughafen so ungemütlich wie möglich zu machen. Das fängst beim Gras an: je länger, desto besser. Da Vögel kein langes Gras mögen, bevorzugt man Gräser die zwanzig bis dreißig Zentimeter hoch wachsen. Zudem achtet der Förster darauf, daß es keine offenen Wasserflächen auf dem Gelände gibt, wo sich für Vögel leckere Insekten ansiedeln könnten. Büsche und hohe Bäume sind auf dem Vorfeld tabu. Trotzdem: Ganz vermeiden lässt sich Vogelschlag nicht. Besonders häufig gibt es Kollisionen mit Jungvögeln, da diese keine Erfahrung mit Flugzeugen haben. Diese sind für die Flugzeuge jedoch nicht problematisch. Alles unter Faustgröße verursacht keine Schäden heiß die Faustregel. Während die relativ schlauen Krähen gelernt haben Flugzeugen auszu- weichen, sind Turmfalken, Tauben und Mäusebussarde problematisch. Bis zu 1300 Gramm können Bussarde wiegen. Wenn sie in eine Turbine fliegen, schlagen sie dort wegen der hohen Geschwindig- keit des Flugzeugs mit dem Hundertfachen ihres Körpergewichts ein - also mit bis zu 130 kg.