Warum starten und landen Flugzeuge gegen den Wind ?

Flugzeuge starten und landen aus einem einfachen physikalischen Grund gegen den Wind : Es ist die Geschwindigkeit der Luft über den Tragflächen, nicht die Geschwindigkeit gegenüber dem Boden, die den Auftrieb erzeugt. Ein Gegenwind von 30 km/h erlaubt dem Flugzeug, seine Abhebegeschwindigkeit mit 30 km/h weniger auf der Piste zu erreichen. Das verkürzt die nötige Startdistanz, reduziert die Aufsetzgeschwindigkeit bei der Landung und verbessert die Kontrolle über das Flugzeug in beiden Phasen. Mit Rückenwind zu starten ist nicht unmöglich, erfordert aber eine deutlich längere Piste und verschlechtert die Sicherheitsmargen.

Die Rolle des Windes bei Start und Landung zu verstehen hilft, manchmal angstauslösende Empfindungen zu entmystifizieren, Böen im Moment des Aufrundens, kleine Knackgeräusche beim Ausfahren der Klappen, die Variation des Triebwerkslärms beim Anflug. Um die Flugphysik zu vertiefen : Wie fliegt ein Flugzeug ?.

Geschwindigkeit über Grund und Luftgeschwindigkeit, die Schlüsselunterscheidung

Zwei sehr unterschiedliche Geschwindigkeitsmaße

In der Luftfahrt werden systematisch zwei Geschwindigkeitsarten unterschieden :

• Die Geschwindigkeit über Grund (GS, Ground Speed), die tatsächliche Geschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber dem Boden. Das ist, was du auf Flugverfolgungs-Apps wie FlightRadar24 siehst
• Die Eigengeschwindigkeit oder Luftgeschwindigkeit (TAS, True Air Speed), die Geschwindigkeit des Flugzeugs in der ihn umgebenden Luftmasse. Diese Geschwindigkeit bestimmt den Auftrieb der Tragflächen

Diese beiden Geschwindigkeiten sind nur in Abwesenheit von Wind gleich. Sobald Wind herrscht, divergieren sie : Ein Gegenwind erhöht die Luftgeschwindigkeit, ohne die Geschwindigkeit über Grund zu erhöhen, und umgekehrt.

Die Pitot-Rohre, Messung der Luftgeschwindigkeit

Die Pitot-Rohre sind Sensoren, die vorn am Flugzeug angebracht sind (in der Regel am vorderen Rumpf oder unter den Tragflächen). Sie messen den dynamischen Luftdruck, den von der bewegten Luft auf das Flugzeug ausgeübten Druck, und wandeln ihn in eine angezeigte Geschwindigkeit (IAS) um. Das sind die Instrumente, die die Piloten in allen kritischen Flugphasen überwachen, nicht die Geschwindigkeit über Grund. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt erläutert diese Messprinzipien detailliert.

Warum gegen den Wind starten ?

Der Auftrieb hängt von der Luftgeschwindigkeit ab

Der Auftrieb einer Tragfläche ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit der Luft, die sie durchströmt. Damit ein Flugzeug startet, müssen seine Tragflächen einen Auftrieb erzeugen, der seinem Gewicht entspricht, was das Erreichen einer minimalen Luftgeschwindigkeit erfordert, der Rotationsgeschwindigkeit (VR).

Konkretes Beispiel : Ein Airbus A320 in Standardkonfiguration braucht etwa 260 km/h Luftgeschwindigkeit, um zu starten. Bei Windstille muss er 260 km/h Geschwindigkeit über Grund auf der Piste erreichen. Mit einem Gegenwind von 40 km/h erreicht seine Luftgeschwindigkeit bereits 40 km/h im Stand, er braucht nur 220 km/h über Grund, um zu starten. Die genutzte Piste ist also kürzer.

Reduktion der Startdistanz

Die Startdistanz ist eine der kritischsten operativen Beschränkungen in der Luftfahrt. Manche Flughäfen verfügen über kurze Pisten (unter 2.000 Meter) oder sind von Hindernissen umgeben (Berge, Gebäude). In diesen Konfigurationen zählt jeder Meter. Ein signifikanter Gegenwind kann es ermöglichen, von Pisten zu operieren, die sonst zu kurz für das beladene Flugzeug wären.

Die V1-Marge, Sicherheit bei einem Startvorfall

V1 ist die Entscheidungsgeschwindigkeit beim Start : Darüber hinaus muss das Flugzeug starten, es gibt nicht mehr genug Piste, um sicher anzuhalten. Gegen den Wind zu starten erhöht die Luftgeschwindigkeit schneller, was bedeutet, dass V1 auf einer kürzeren Bodendistanz erreicht wird. Im Fall eines Triebwerksvorfalls vor V1 ist die verfügbare Bremsdistanz größer, die Sicherheitsmarge ist besser.

Warum gegen den Wind landen ?

Die Geschwindigkeit über Grund beim Aufsetzen reduzieren

Bei der Landung muss das Flugzeug seine Räder mit möglichst geringer Geschwindigkeit über Grund auf die Piste aufsetzen, um die Bremsdistanz und die Belastung des Fahrwerks zu minimieren. Ein Gegenwind von 30 km/h reduziert die Geschwindigkeit über Grund beim Aufsetzen um 30 km/h, bei sonst gleichen Bedingungen. Auf einer rutschigen oder kurzen Piste ist dieser Vorteil erheblich.

Stabilität im Endanflug

Der Gegenwind verleiht dem Flugzeug ein besseres Steuerverhalten in der Anflugphase. Das Flugzeug hält seine Pistenachse leichter, reagiert präziser auf die Korrekturen der Besatzung, und seine geringere Geschwindigkeit über Grund reduziert die beim Bremsen abzubauende Energie. Deshalb bevorzugen Piloten systematisch einen Anflug gegen den Wind, selbst wenn die Pistenkonfiguration eine Landung mit Rückenwind erlauben würde.

Der Seitenwind, ein Sonderfall

Wenn der Wind nicht in der Pistenachse weht, spricht man von Seitenwind (Crosswind). Jedes Flugzeug hat einen zertifizierten Seitenwindgrenzwert, typischerweise 25 bis 38 Knoten (46 bis 70 km/h) für gängige Verkehrsflugzeuge. Darüber ist der Start oder die Landung verboten oder abgeraten, weil das Risiko des Verlassens der Piste zu hoch wird. Die Piloten sind spezifisch in Seitenwind-Anflügen ausgebildet, die eine Kurskorrektur (Crab) und ein Absenken der Tragfläche im letzten Moment erfordern.

Die Pistenorientierung der Flughäfen

An den vorherrschenden Wind angepasst

Beim Bau eines Flughafens werden die Pisten anhand der Analyse der vorherrschenden Winde über mehrere Jahre orientiert. Das Ziel ist, dass Flugzeuge in der großen Mehrheit der Fälle gegen den Wind starten und landen können. Die meteorologischen Vorstudien vor dem Bau eines Flughafens dauern in der Regel mehrere Jahre, um die optimale Orientierung zu bestimmen.

In Marseille-Provence sind die Pisten Nord-Süd orientiert, um dem Mistral zu trotzen, dem dominanten Wind aus dem Nordwesten, der stark, aber vorhersehbar wehen kann. In München-Franz Josef Strauß entsprechen die parallelen Ost-West-orientierten Pisten den im süddeutschen Raum vorherrschenden Westwinden. Die Tagesschau zur Luftfahrt-Infrastruktur berichtete über die Bedeutung dieser Orientierungen.

Flughäfen mit gekreuzten Pisten

In Zonen mit variablen oder zirkulierenden Winden verfügen manche Flughäfen über mehrere unterschiedlich orientierte Pisten, um sich den momentanen Bedingungen anzupassen. Der Flughafen Chicago O'Hare ist eines der bekanntesten Beispiele mit sieben Pisten in mehreren Orientierungen. Der Flughafen New York JFK verfügt aus denselben Gründen über vier gekreuzt konfigurierte Pisten.

Wind und Reiseflugleistung

In Reiseflughöhe spielt der Wind eine wichtige Rolle für Flugdauer und Verbrauch, aber im Gegensatz zum Start. Im Reiseflug erhöht ein Rückenwind (Wind, der das Flugzeug in seine Flugrichtung schiebt) die Geschwindigkeit über Grund und verkürzt den Flug. Aus diesem Grund sind interkontinentale Ostflüge oft kürzer als Flüge in Gegenrichtung. Um alles über die Höhen zu verstehen, in denen das Flugzeug von diesen Strömungen profitiert : Wie hoch fliegt ein Verkehrsflugzeug ?.

Und um zu verstehen, warum das Flugzeug in der Reise mit präziser Geschwindigkeit fliegt, weder langsamer zum Sparen, noch schneller, um schnell zu sein, der Zusammenhang zwischen Auftrieb, Widerstand und Verbrauch wird hier erklärt : Wie schnell fliegt ein Verkehrsflugzeug ?.

Was die Passagiere spüren

Die Landung bei mäßigem Seitenwind erzeugt eine erkennbare Empfindung : Das Flugzeug scheint „seitlich" anzufliegen, leicht schräg zur Pistenachse, dann richtet es sich in den letzten Sekunden vor dem Aufsetzen abrupt auf. Diese Bewegung ist beabsichtigt und perfekt beherrscht. Sie ist oft Quelle von Anxiety für Passagiere, die sie nicht verstehen.

Ebenso erfolgt beim Start mit starkem Gegenwind die Rotation (Moment, in dem das Flugzeug die Nase hebt) früher als gewöhnlich, die Luftgeschwindigkeit wird auf kürzerer Bodendistanz erreicht. Das Flugzeug startet scheinbar „kaum angerollt". Das ist eine gute Nachricht für die Sicherheit, kein Anzeichen einer Anomalie. Der Spiegel zur Flugsicherheit erklärt diese Verfahren in zahlreichen Berichten.

FAQ, Wind und Luftfahrt

Kann man mit Rückenwind starten ?

Ja, das ist technisch auf einer ausreichend langen Piste möglich. Manche Flughäfen mit Einzelpiste erlauben es, wenn der Rückenwind schwach ist (unter 5 Knoten nach den Verfahren der meisten Airlines). Darüber schreiben die Verfahren vor, die Piste in Gegenrichtung zu nutzen. Der Rückenwind erhöht die Startdistanz und reduziert die Sicherheitsmargen.

Was ist ein Seitenwindgrenzwert ?

Jedes Flugzeug verfügt über einen zertifizierten Maximalseitenwind-Grenzwert, in Knoten ausgedrückt. Für einen A320 beträgt er 29 Knoten in der Demonstration, aber die Airlines setzen oft konservativere Betriebsgrenzen fest (21 bis 25 Knoten). Darüber wird der Flug verspätet oder zu einer anders orientierten Piste umgeleitet, sofern verfügbar.

Wie kennen die Piloten den Wind in Echtzeit ?

Mehrere Quellen liefern ihnen diese Information : die ATIS (Automatic Terminal Information Service), automatische Wetterbulletins, die kontinuierlich von jedem Flughafen ausgestrahlt werden, die Kontrolltürme, die vom Cockpit sichtbaren Windsäcke und ihre eigenen Bordinstrumente (Anemometer, Windangaben auf dem Navigationsbildschirm). In Reiseflughöhe sind Echtzeit-Wettermodelle ins Flugmanagementsystem integriert.

Kann der Wind einen Flug verspäten ?

Ja. Ein Seitenwind, der die Betriebsgrenzen überschreitet, oder ein außergewöhnlich starker Gegen- oder Rückenwind kann zu einer Verspätung führen, bis sich die Bedingungen bessern, oder zu einer Umleitung auf einen Ausweichflughafen. Diese Situationen bleiben an großen Drehkreuzen selten, die in der Regel über mehrere unterschiedlich orientierte Pisten verfügen.

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