Schwere Last: Wie das Fahrwerk von Flugzeugen funktioniert

„Im Gegensatz zu den Triebwerken und den Flügeln ist das Fahrwerk nicht wesentlich für den Flug, sondern nur für reibungslose Landungen!“ Das sagt Chris Brady, ein langjähriger Boeing 737- und Airbus A320-Pilot in Europa. Fahrwerke sind mechanische Wunderwerke und machen nach Schätzungen von Airbus 20 % der gesamten Flugzeugwartungskosten und etwa 7 % des Flugzeuggewichts aus. Sie sind eine große Sache.

Um mehr zu erfahren, habe ich mich mit Brady (der auch die Boeing 737 Technical Site betreibt) und Dr. Snorri Gudmundsson, außerordentlicher Professor für Luftfahrttechnik an der Embry Riddle Aeronautical University und Experte für Flugzeugdesign, unterhalten.

Fahrwerke werden von speziellen Zulieferern für die Luftfahrtindustrie hergestellt, nicht von Herstellern wie Boeing und Airbus selbst. Der größte von ihnen ist Safran Landing Systems mit weltweiten Produktionsstätten. Die Herstellung der Komponenten ist eine Geschichte der präzisen Ingenieurskunst; die Hauptstrebe (siehe unten) wird aus einer massiven Säule aus hochfestem Stahl gefräst – buchstäblich ein Loch, das durch ein Rohr aus massivem Stahl gebohrt wird. Diese Strebe ist das Herzstück des Fahrwerks; der Mechanismus kann rund 500 Tonnen (etwa 1 Million Pfund) plus die Kräfte einer Flugzeuglandung tragen.

„Der Hauptzweck des Fahrwerks, abgesehen davon, dass es den Rumpf bei der Landung vor dem Schleifen auf dem Boden bewahrt, ist die Funktion als Stoßdämpfer, und die Räder ermöglichen es dem Flugzeug, nach der Landung zu bremsen“, sagte Brady. Er wies darauf hin, dass das X-15-Versuchsflugzeug über Kufen verfügte, weil die Landegeschwindigkeit so hoch war, dass die Reifen sehr schnell verbrannt wären.

„Fahrwerk und Stoßdämpfung sind ein eigenes Wissenschaftsgebiet“, sagte Gudmundsson und erklärte, dass Fahrwerke von Verkehrsflugzeugen in der Regel ölpneumatische Stoßdämpfer in Form von Streben verwenden. Dabei handelt es sich um ein Teleskoprohr in einem Rohr

Gudmundsson erklärte, dass die Stoßenergie bei der Landung absorbiert wird, indem Öl in einer Kammer (in der Strebe) durch kleine Öffnungen gegen eine Kammer mit trockener Luft oder Stickstoff gepresst wird. Das Öl und das Gas werden unter sehr hohem Druck gehalten. „Die Konstrukteure der Strebe machen sich die Eigenschaften von Gasen und Flüssigkeiten bei der Konstruktion dieser Geräte zunutze“, sagte er und wies darauf hin, dass Flüssigkeiten inkompressibel sind – sie verringern ihr Volumen unter Druck kaum.

„Die Streben müssen zwei Funktionen erfüllen“, sagte er. „Sie müssen die Aufpralllast bei der Landung absorbieren und einen Rückprall ermöglichen. Der Rückprall ist notwendig, um sicherzustellen, dass das Flugzeug nach der Absorption des Aufpralls auf eine gewisse Höhe über dem Boden zurückprallt, anstatt auf entleerten Stoßdämpfern zu ’sitzen‘, was sie schließlich beschädigen oder zerstören würde, wenn das Flugzeug über unebene Oberflächen rollt.“

„Diese Belastung, die vom Gewicht des Flugzeugs und der Landegeschwindigkeit abhängt, berücksichtigt vertikale, horizontale und seitliche Belastungen. Es ist möglich, alles zu zerbrechen; das Fahrwerk ist sicherlich keine Ausnahme. Es ist jedoch höchst unwahrscheinlich, dass das Fahrwerk im normalen Betrieb strukturell versagt. Viel wahrscheinlicher ist es, dass der Einziehmechanismus nicht ein- oder ausfährt“, so Gudmundsson.

„Wenn der theoretisch beste Stoßdämpfer einen Wirkungsgrad von 100 % hat, erreicht ein ölpneumatischer Stoßdämpfer einen Wirkungsgrad von etwa 85-90 %. Ein blattgefedertes Fahrwerk, wie es in vielen kleinen Flugzeugen zu finden ist, hat nur einen Wirkungsgrad von etwa 50 %.“

Positive Rate, Gear Up

Wer sich schon einmal ein YouTube-Video von einem Start angesehen hat, wird feststellen, dass der fliegende Pilot „Positive Rate, Gear Up“ ruft, woraufhin der Fahrwerkshebel nach oben gezogen wird.

„Dies ist eine allgemein angenommene Standardarbeitsanweisung (SOP), die wie die meisten SOPs aus hart erarbeiteten Lektionen abgeleitet wurde, die meist aus Unfalluntersuchungen gewonnen wurden“, sagte Brady.

„Das Fahrwerk ist eine enorme Quelle des Luftwiderstands, was unerwünscht ist, wenn man versucht, die Fluggeschwindigkeit zu erhöhen. Deshalb versuchten frühe Flieger in Flugzeugen mit geringer Leistung, das Fahrwerk auszufahren, sobald das Flugzeug die Rollbahn verlassen hatte. Da die Luft ein sich bewegendes Medium ist, wie der Ozean für Schiffe, kann der Wind aufgrund von Gebäuden oder anderen orografischen Merkmalen in der Nähe sehr plötzlich abfallen oder seine Richtung ändern. Dieser Abfall der Windgeschwindigkeit über den Flügeln ist dasselbe wie ein Abfall der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs; wenn man die Fluggeschwindigkeit verliert, verliert man den Auftrieb und das Flugzeug sinkt, und wenn das Fahrwerk bereits ausgefahren ist, gibt es nichts, was den Aufprall des Rumpfes auf die Landebahn aufhalten könnte.“

„Weise Leute in der Luftfahrt haben die Vorschrift eingeführt, dass der überwachende Pilot nach dem Start auf den Höhenmesser oder die vertikale Geschwindigkeitsanzeige schaut und, wenn eine gleichmäßige Steigrate erreicht ist, ‚positives Steigen‘ (oder etwas Ähnliches) nennt. Dies soll den fliegenden Piloten informieren, dass es nun sicher ist, das Ausfahren des Fahrwerks zu verlangen.“

Gear Down: Three Green

Wie weit vor dem Aufsetzen wird das Fahrwerk ausgefahren? Brady erklärt, dass dies vom Urteilsvermögen des Piloten abhängt. „In den meisten Situationen lassen wir das Fahrwerk bei etwa vier Meilen ausfahren. Das bedeutet, dass wir das Flugzeug in einer Höhe von 1.000 Fuß über der Landebahn vollständig konfiguriert und stabil haben. Bei manchen Anflügen kann es notwendig oder sinnvoller sein, das Fahrwerk früher auszufahren, um den Luftwiderstand zur Verlangsamung des Fluges zu nutzen, z. B. wenn man sich mit Rückenwind nähert“, erklärte Brady.

Vielleicht überraschend gibt es bei allen Boeing 737-Modellen, die vor 1997 gebaut wurden, ein Periskop in der Kabine, in der Regel unter Sitz D direkt hinter der Ausstiegsreihe über dem Flügel. Das Bild unten ist etwas körnig, aber Sie bekommen einen Eindruck davon.

„Wenn Sie genau hinschauen, sehen Sie einen kreisförmigen Ausschnitt im Bodenteppich mit einem Durchmesser von etwa fünf Zoll. (Dies ist) für den unwahrscheinlichen Fall, dass der erste Offizier zurück in die Kabine geschickt wird, um diesen hochzuheben und durch das Periskop zu schauen, um zu sehen, ob das Fahrwerk ausgefahren und verriegelt ist oder ob es dort unten irgendwelche Schäden gibt.“

Die Periskope wurden ab der Boeing 737NG eingestellt, da Boeing einen zweiten Satz Fahrwerksanzeigelampen im Cockpit installiert hat, die unabhängig von den anderen Anzeigelampen anzeigen, ob das Fahrwerk ausgefahren und verriegelt ist.

Aufsetzen!

Beim Betrachten des obigen Bildes werden Sie feststellen, dass der hintere Radsatz des Fahrwerks zuerst aufsetzt. Bei einigen Flugzeugen, z. B. dem Airbus A350, ist das Fahrwerk nach vorne gekippt, und der vordere Reifensatz berührt den Boden zuerst. Außerdem hebt bei längeren Flugzeugen wie der 777-300 beim Start der hintere Radsatz als letzter ab und sorgt für einen kleinen „Kick“, der dazu beiträgt, einen Heckaufsetzer zu vermeiden, bei dem das Heck die Landebahn streift.

„Die Piloten sind sich im Allgemeinen einig, dass das Schlepplenkerfahrwerk die angenehmsten Landungen ermöglicht“, so Brady. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Ausrichtung der Räder nicht so sehr die Landung erleichtert. Die Reifen, die die Landebahn zuerst berühren, sind in erster Linie ein platzsparendes Konstruktionsmerkmal, damit die Ausrüstung in den Radkasten passt.

Mit 35 Jahren Erfahrung hat Brady wahrscheinlich schon so manche harte Landung erlebt. Heutzutage, sagt er, sind seine Landungen jedoch ziemlich gut. „Noch wichtiger ist, dass sie alle sicher sind“, sagt er. „

„Normalerweise erkennt man eine sanfte Landung daran, dass die Passagiere durch die Tür des Cockpits applaudieren, vor allem nach einem holprigen Anflug, aber ich glaube, das ist eher Erleichterung als Anerkennung.“

Mike Arnot ist der Gründer von Boarding Pass NYC, einer in New York ansässigen Reisemarke, und Privatpilot, der mit festem Fahrwerk fliegt.

Foto des Fahrwerks eines Airbus A350 von Adrien Daste / Safran

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