Viele Kunden stellen sich als ideales Rundflugwetter am liebsten einen quietscheblauen Himmel ohne auch nur ein Wölkchen am Himmel vor. Ich muss sagen, dass ich das als Heli-Pilot eher langweilig finde. Wolken haben fĂŒr mich eine gewisse Faszination durch die Formen und Lichtspiele je nach Sonneneinstrahlung. Sie sehen aus der NĂ€he sogar noch interessanter aus. Dabei meine ich natĂŒrlich nur harmlose Cumulus-Wolken und weniger die teils gefĂ€hrlichen GewittertĂŒrme, die Böen, Starkregen oder sogar Hagel mit sich bringen können. Ein komplett bedeckter Himmel ist wiederum nicht schlimm, sofern die Decke weit oben ist und darunter gute Sicht herrscht. Ein weiterer Vorteil von Wolken ist auch der Schatten, den sie spenden. Die Hitze am Boden entsteht ja nicht nur durch die herbeigewehte heisse Luft aus Nordafrika oder sonstwoher. Die Sonne strahlt in unseren Breitengraden im Sommer mehr (im Winter weniger) senkrecht auf die Erde und erhitzt sie. Dabei kann die OberflĂ€che im Hochsommer so heiss werden, dass Autofahrer auf Ihrer Motorhaube das berĂŒhmte Spiegelei braten können. Und das selbst dann, wenn der Motor aus ist und die Motorhaube nicht zusĂ€tzlich durch den darunterliegenden im Stau kochenden Motor erhitzt wird.

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Cumulus-Wolken – mit der Möglichkeit zu einem Turm anzuwachsen

Da bei Hubschraubern in der Regel zu Gunsten guter Sicht viel Glas verbaut ist, heizt sich die Fluggastzelle bei starker Sonneneinstrahlung extrem schnell auf. Vor dem eigentlichen Start des Hubschraubers lasse ich deshalb möglichst lange die TĂŒren auf, weil die Zelle sich sonst fĂŒr die GĂ€ste zu unangenehm aufheizen wĂŒrde. Und die typischen Checks kurz vor Abflug kann ich auch mit noch offener TĂŒr durchfĂŒhren. WĂ€hrend meiner Ausbildung in Florida war es sogar eher Standard, die TĂŒren auf der SchĂŒler- und auch auf der Fluglehrerseite auszubauen und komplett ohne TĂŒren zu fliegen. Ich scherze beim Schliessen der TĂŒren oft, dass sich nun die Luft im Innenraum stark aufheizt, aber sobald wir etwas Geschwindigkeit haben, springt die mexikanische Klimaanlage an – damit meine ich die Klappen an der Nase des Heli, die den Fahrtwind hineinlassen.

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Auch in Deutschland wird es zunehmend brĂŒtend heiss

Die Luft wird dĂŒnn

Aber zurĂŒck zur Strasse: Strahlt nun die Sonne auf den Asphalt, wird dieser je nach bereits vorhandener Anfangs- und Umgebungstemperatur erhitzt. Die Luft ĂŒber dem Asphalt erwĂ€rmt sich am heissen Asphalt und wird dadurch dĂŒnner, weil sich energiegeladene LuftmolekĂŒle schneller bewegen und dadurch mehr Abstand zueinander halten. DĂŒnne Luft ist deshalb leichter und möchte nach oben. Das ist das Prinzip des Heissluftballons – die Luft in einer riesigen Gummiblase wird durch einen Gasbrenner erhitzt, bis die Blase samt darunter baumelndem Korb nach oben steigt. Der wichtige Punkt an dieser Geschichte ist, dass die Luft dĂŒnner wird – die Dichte nimmt also ab. Nach oben strömende, warme Luft ist das, was die Segelflieger und Gleitschirmspringer brauchen und als Thermik bezeichnen – der Auftrieb wenn ich keinen Motor habe. Tja – selber schuld.

DĂŒnne Luft an sich ist aber nun nichts besonders gefĂ€hrliches – uns ist bekannt, dass die Luft auf einem Berggipfel ja auch dĂŒnner ist als am Talboden und immer dĂŒnner wird, je weiter wir uns nach oben von der ErdoberflĂ€che entfernen. Wenn wir immer weiter nach oben gehen, sind wir irgendwann im Weltraum, wo dann gar keine Luft mehr ist. Verkehrsflugzeuge, die in einer Höhe zwischen 30.000 und 40.000 Fuss (etwa 10-12 Kilometer) ĂŒber dem Meeresspiegel fliegen, mĂŒssen deshalb die Kabine unter Druck setzen wie einen Luftballon, damit die Passagiere aufgrund Sauerstoffmangel nicht ohnmĂ€chtig werden.

Philosopihie-Exkurs: Egoismus

Sie kennen alle den Spruch “Im Falle eines plötzlichen Druckabfalls fallen vor Ihnen Sauerstoffmasken aus der Decke
. Ziehen Sie erst sich selbst eine an und helfen dann mitreisenden Kindern.” Was? Ich soll mir zuerst helfen? Heisst es nicht ĂŒberall “Frauen und Kinder zuerst”? Sehr ehrenhaft, so zu denken, aber:  Es vergehen unter UmstĂ€nden nur wenige Sekunden bis Bewusstlosigkeit eintritt. Wenn Sie diese Zeit nutzen, um sich selbst aktionsfĂ€hig zu halten, können Sie danach anderen helfen. Zum Beispiel den Menschen, die neben Ihnen sitzen und das mit der Maske nicht rechtzeitig hinbekommen haben. Ich zitiere diesen Spruch sehr gerne in anderen Lebenssituationen mit “Man kann nur teilen, was man hat”. Am einfachsten verstĂ€ndlich ist das mit Geld. Wer Geld hat, kann es teilen. Das gleiche trifft aber auch auf weniger greifbare Dinge zu, wie etwa Energie, Lebensfreude oder Zeit. Sie nutzen niemandem etwas, wenn Sie im Burnout stecken oder ĂŒbernĂ€chtigt sind. Also achten Sie erstmal auf sich selbst, bevor Sie es allen anderen recht machen und sich selbst dabei strĂ€flich vernachlĂ€ssigen. Das wird gerne von denjenigen, die fordern, wie etwa Vorgesetzter, Ehepartner, Kinder, Freunde als Egoismus formuliert, ist aber in Wahrheit reine SelbstfĂŒrsorge, damit Sie aktionsfĂ€hig und fĂŒr andere geniessbar bleiben.

Immer dieser Druck
.

Wenn wir also auf der ErdoberflĂ€che herumlaufen, haben wir immer eine SĂ€ule Luft ĂŒber uns, die auf uns lastet und einen gewissen Druck auf uns ausĂŒbt: Den Luftdruck. Am Meer ist die SĂ€ule bis zum Weltraum höher und erzeugt höheren Druck. Auf der Zugspitze in 3.000 Metern ĂŒber dem Meeresspiegel ist die SĂ€ule bis zum Weltraum nicht mehr ganz so hoch und erzeugt weniger Druck. Hoher Druck am Meeresspiegel macht die Luft dichter und auch etwas wĂ€rmer.

Nun hÀngt der Luftdruck nicht alleine von der Höhe ab. Das Wetter, das auf der Erde entsteht, mit all seinen Winden, Strömungen und Temperaturunterschieden erzeugt bei uns auf der Erde Phasen oder Gebiete mit höherem Luftdruck und solche mit niedrigerem Luftdruck. Je nachdem, wo wir uns auf der ErdoberflÀche befinden und welches Wetter gerade herrscht. Wind entsteht im wesentlichen durch den Druckausgleich zwischen Gebieten mit hohem Druck und Gebieten mit niedrigem Druck.

Ein weiterer wenn auch relativ geringer Faktor, der sich auf die Dichte der Luft auswirkt, ist die Feuchtigkeit. Feuchte Luft ist im Vergleich zu trockener Luft ebenfalls leichter als trockene und möchte ebenfalls nach oben. Und was hat das nun alles mit der Fliegerei zu tun? Nun – wenn die Luft dĂŒnner ist, muss mehr Leistung aufgebracht werden, damit aerodynamisch abgehoben werden kann. Die Leistung der Triebwerke ist aber begrenzt. Zum einen erzeugen die Triebwerke bei großer Hitze weniger Schub, zum anderen muss aber eher mehr Leistung aufgebracht werden, damit die in der heissen, dĂŒnnen Luft weniger zahlreich vorhandenen LuftmolekĂŒle den gleichen Auftrieb erzeugen. Das Flugzeug muss also bei Hitze schneller sein, bis es abheben kann und damit lĂ€nger beschleunigen, damit die zum Auftrieb nötige Geschwindigkeit erreicht wird und die Auftriebskraft das Flugzeug in die LĂŒfte steigen lassen kann. Wenn das jetzt fĂŒr Sie unverstĂ€ndlich klingt, empfehle ich unsere Reihe “Warum kann ein  Hubschrauber ĂŒberhaupt fliegen?“.

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Bei Hitze muss ein Flugzeug lÀnger beschleunigen um abheben zu können

Aber irgendwann ist jede Startbahn zu Ende. Ehrlich. Sollte bis zum Ende die nötige Geschwindigkeit nicht erreicht werden, kann das Flugzeug nicht abheben. Zum GlĂŒck kann man sowas im voraus berechnen und muss es nicht ausprobieren. Man kann also berechnen, wieviel Schub das Triebwerk bei einer bestimmten vorgegebenen Temperatur/Dichte/Feuchtigkeit der Luft bringen kann. Dann kann ausgerechnet werden, wieviel Zeit und damit Startbahn alle vorhandenen Triebwerke brauchen, um das möglicherweise vollbeladene und vollgetankte Flugzeug vom daraus resultierenden Gewicht XY kg auf die zum Abheben nötige Geschwindigkeit zu bringen. Reicht die Startbahn nicht aus, gibt es noch die Möglichkeit, das Gewicht des Flugzeugs zu reduzieren. Also ein paar Passagiere aussteigen zu lassen oder etwas Fracht auszuladen. Oder eben nicht vollzutanken, sondern nur den Sprit mitzunehmen, den man fĂŒr den Flug braucht, plus Sicherheitsreserve natĂŒrlich. Das wird ohnehin schon gemacht. Es gibt fĂŒr jeden Flugzeugtyp maximale Temperaturen und andere Umwelt-Werte, bis zu denen der Hersteller die gewohnte LeistungsfĂ€higkeit des Flugzeugs bescheinigt. Werden diese Werte nicht eingehalten, ist ein Betrieb untersagt.

Da wir beim Hubschrauber ja keine Startbahnen oder Strassen brauchen (“Strassen? Wo wir hinfliegen brauchen wir keine
. Strassen!”- Doc Brown,”ZurĂŒck in die Zukunft”), fĂ€llt der Faktor StartbahnlĂ€nge einfach mal weg. Der Heli erzeugt ja den Hub alleine durch die Drehzahl des Rotors. Die RotorblĂ€tter mĂŒssen also, um die nötige Auftriebskraft zu erzeugen, steiler angestellt werden als sonst bei kĂŒhleren Bedingungen. Das kostet mehr Kraft bzw. Leistung, die wir von einem luftgekĂŒhlten Motor verlangen, der bei dĂŒnnerer Luft von vornherein auch noch weniger Leistung bringt. Als Helipilot mĂŒssen wir also in solchen Sitautionen besonders auf den Motor achten und wie es ihm geht. Wenn es dem Motor gut geht, geht es uns auch gut. Auch hier berechnen wir die Machbarkeit vorher. Wir berechnen das Abhebegewicht bestehend aus Hubschrauberleergewicht, Betankung, und Passagiere gegebenenfalls mit GepĂ€ck. Es ist also möglich, fĂŒr einen 20-minĂŒtigen Rundflug statt mit 175 Litern Flugbenzin Vollbetankung unter UmstĂ€nden nur mit 60 Litern abzuheben – das macht den Heli gut 80kg leichter!

Der Ladedruck / Manifold-Pressure

Aber woher wissen wir denn, wieviel Leistung wir gerade vom Motor abverlangen? Dazu gibt es eine Anzeige in der Instrumententafel, die zunĂ€chst nicht so einfach zu verstehen ist – ich probiere es trotzdem: In einer der Blog-BeitrĂ€ge haben wir ausfĂŒhrlich den 4-Takt-Ottomotor erklĂ€rt (“Heute weder RundflĂŒge
“). Darin lesen wir, dass  der Motor, wenn er einmal lĂ€uft, stĂ€ndig durch das FĂŒllen der Zylinder brennfĂ€higes Benzin-Luft-Gemisch ansaugen möchte. Wir sind jetzt aber fies und drĂŒcken ihm die Kehle zu, dass er gerade so ĂŒberlebt und eben nicht ausgeht. Vielleicht kommt da der nun sehr passende Begriff “abwĂŒrgen” her. Der Motor saugt also an wie ein Staubsauger und wir halten ihm den RĂŒssel fast ganz zu. Dadurch entsteht ein Unterdruck im Staubsauger-Rohr
. pardon, im Ansaug-Rohr und dieser Unterdruck wird uns auf dem Instrument untere Reihe ganz rechts mit der Bezeichnung “Manifold Pressure” angezeigt. Im Deutschen ist der entsprechende Begriff “Ladedruck” – das ist der Druck, mit dem das brennfĂ€hige Gasgemisch in den Motor geladen wird.

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Ein Teil der R44-Instrumententafel mit der Manifold-Pressure-Anzeige unten rechts

Im Bild oben ist der Motor ausgeschaltet – der Zeiger steht auf 30. Ja, ok. Aber 30 was denn?? 30 “inches of mercury” – oder auf deutsch 30 Zoll QuecksilbersĂ€ule. Da wir in Europa weniger mit Zoll aber dafĂŒr mehr mit Zentimeter und Millimeter arbeiten, wĂŒrde das in etwa 762 Millimeter QuecksilbersĂ€ule entsprechen (oder kurz mmHg – Hg ist das Symbol fĂŒr Quecksilber). ZusĂ€tzlich benutzen wir in der Fliegerei fĂŒr Druck noch HektoPascal oder kurz hPa, das wĂ€ren dann etwa 1016 hPa, nur um das schon einmal erwĂ€hnt zu haben. Diese Einheit lĂ€uft uns spĂ€ter noch mindestens einmal ĂŒber den Weg. Die 30 Zoll sind also ganz einfach der momentane Umgebungsdruck. Die Sonde im Ansaug-Rohr misst bei stehendem Motor genau den Druck, der von aussen durch die diversen Ansaugstufen auf sie einwirkt. Sobald wir den Motor starten, will er ansaugen und es wird eine Klappe im Ansaugrohr die Gaszufuhr zum Motor drosseln – daher der Name Drosselklappe, den Sie eventuell schon einmal gehört haben. Der Motor saugt an, bekommt nicht so viel, wie er haben will und es entsteht ein Unterdruck – und dieser Druck ist niedriger, als der Umgebungsdruck. Daher auch umgangssprachlich “Unterdruck”. Der Zeiger wandert also nach links auf Werte um ca. 10 Zoll, wenn der Motor im Leerlauf ist. Übrigens halten auch Sie Ihren PKW-Motor tĂ€glich mehrfach im nicht sehr freundlich klingenden WĂŒrgegriff, wenn Sie an der Ampel stehen und der Motor im Leerlauf ist. Es sei denn, Sie haben so ein angeblich spritsparendes Ding, das den Motor an der roten Ampel komplett sterben lĂ€sst, nur um ihn nach einigen Momenten bei grĂŒn mĂŒhsam wiederzubeleben. Ich liebe diese Wortspiele.

ZurĂŒck zum Heli. Wenn wir dann auf die Nenn-Drehzahl kommen möchten, geben wir Gas. Wir öffnen die Drosselklappe etwas durch Drehen des Gasgriffs im Heli Ă€hnlich wie beim Motorrad. Beim Auto drĂŒcken Sie idealerweise mit dem rechten Fuss aufs Gaspedal. Wenn der Heli-Pilot dann noch beim Abhebevorgang die BlĂ€tter anstellt, um Auftrieb zu erzeugen, wird automatisch noch mehr Gas gegeben, um den Luftwiderstand auszugleichen und die Drehzahl zu halten. WĂ€hrenddessen wandert die Anzeige in der Manifold-Pressure -Anzeige langsam nach oben bzw. rechts. Solange der Zeiger im grĂŒnen Bereich ist – ist alles im grĂŒnen Bereich. Gelb wird schon als nicht unkritisch gesehen und fĂŒr den roten Strich muss es einen besonderen Grund geben. So einfach markieren Farben einen nicht ganz so guten Zustand.

Die maximale Dauerbelastung

Der Motor ist also so konstruiert und ausgelegt, dass niemals mehr als der rote Strich an Leistung abverlangt werden sollte. Wenn doch, haben wir bei der nĂ€chsten Motorinspektion möglicherweise eine etwas höhere Rechnung zu erwarten oder schlimmstenfalls im Flug einen Drehzahlabfall, da der Motor die abverlangte Leistung nicht mehr liefern kann. Und wenn die Drehzahl abfĂ€llt, fĂ€llt auch die Auftriebskraft ab und das bedeutet nur eine Richtung: AbwĂ€rts. Die Devise lautet also: Vermeiden! Da wir gerade beim Thema Leistung des Motors sind: Der Hersteller Robinson Helicopters hat fĂŒr die R44 (siehe auch “Hubschrauber R44 im PortrĂ€t“) ein Diagramm festgelegt, welche Leistung maximal vom Hubschraubermotor abverlangt werden kann. Dabei wird unterschieden zwischen der maximalen erlaubten Dauerleistung im Reiseflug (Maximum Continuous Power, MCP) und dem Start- bzw Landevorgang, der möglicherweise mehr Leistung fordert. Darin wurden die Höhe ĂŒber Meeresspiegel und die Temperatur als die beiden Hauptfaktoren der Luftdichte eingearbeitet. Die Luftfeuchtigkeit wurde wegen des geringen Einflusses weggelassen. Dieses Diagramm sieht wie folgt aus:

hubschrauber chart manifold pressure r44 maximum continuous power

Der Pilot stellt zunĂ€chst fest, auf welcher Höhe er sich befindet. Der Flugplatz Jesenwang bei MĂŒnchen liegt beispielsweise bei 1861 Fuss ĂŒber dem Meeresspiegel, also knapp 2000 Fuss. Die Aussentemperatur ist laut Anzeige beispielsweise 18 Grad  – also nehmen wir die Spalte 20 Grad. Die Tabelle gibt uns einen Wert von 22.3 Zoll, die wir ziehen dĂŒrfen. FĂŒr den Start steht unter der Tabelle, dass wir fĂŒr maximal 5 Minuten 2.8 Zoll addieren dĂŒrfen. Damit wissen wir, dass beim Start der Manifold-Pressure nicht ĂŒber 25.1 gehen sollte. Im Reiseflug wird dieser Wert dann aus aktueller Flughöhe und Aussentemperatur neu bestimmt.