Fahrwerk (Flugzeug)
Bei einem Flugzeugfahrwerk (engl. „landing gear“) handelt es sich um die Gesamtheit der Räder mit Reifen, Felgen und meist darin eingebauten Bremsen. Hinzu kommt deren Aufhängung an gedämpften Federbeinen oder Federstreben. Ihre Rollrichtung ist in der Regel parallel zur Flugzeuglängsachse. In gewissen Fällen können Räder oder Teile des Fahrwerks auch lenk- oder schwenkbar ausgeführt sein. – beim Rollen, beim Startlauf und bei der Landung.
Das Flugzeugfahrwerk kann feststehend sein oder bei schnellfliegenden Flugzeugen auch einfahrbar (Einziehfahrwerk, engl. „retractable gear“), um den aerodynamischen Widerstand zu verringern. Die Anzahl der für ein bestimmtes Flugzeug nötigen Räder hängt von dessen Gewicht ab, sowie von der Belastbarkeit der Landebahndecke. Dieser Wert wird mit der „Pavement Classification Number“ angegeben.
Beim Flugzeugfahrwerk wird unterschieden nach der Anordnung der Räder und nach deren Einbau, entweder fest oder einfahrbar.
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Fahrwerkskonfiguration
Bei der Anordnung der Räder (in der Regel handelt es sich um eine Dreipunktabstützung) wird unterschieden zwischen dem historisch älteren Spornfahrwerk (bis in die dreißiger Jahre auch noch mit Schleifsporn) und dem neueren Bugradfahrwerk. Seltener ist eine Tandemanordnung der Räder unter dem Rumpf, wodurch seitliche Stützen erforderlich werden.. Bei schweren Transportflugzeugen besteht das Hauptfahrwerk oft aus zwei bis vier Gruppen von Rädern, die in zwei Reihen am Rumpf angeordnet sind.
Spornradfahrwerk (engl. „conventional gear“)
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Bugradfahrwerk (engl. „tricycle gear“)
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Tandemfahrwerk (engl. „tandem gear“)
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Spornradfahrwerk (Hecksporn- oder Heckradfahrwerk)
In den ersten Jahrzehnten der Luftfahrt bis gegen Ende des Zweiten Weltkriegs hatten fast alle Flugzeuge ein Fahrwerk mit Sporn (engl. „tail dragger“). Daher rührt auch noch die heute übliche Bezeichnung „konventionelles Fahrwerk“ (engl. „conventional gear“).
Bei einem Spornfahrwerk befinden sich die zwei Hauptfahrwerksbeine vor dem Flugzeugschwerpunkt und ein Schleifsporn oder ein Spornrad im Heckbereich ergibt den dritten Auflagepunkt. Dieses Spornrad konnte durch Koppelung mit der Seitenruderbetätigung lenkbar gemacht werden. Gegenüber einem Bugradfahrwerk ist die Konstruktion etwas einfacher. Ein Nachteil dieser Fahrwerksform ist, dass der Rumpf im Stand hinten tiefer ist als vorne. Für den Piloten bedeutet das, dass die Sicht nach vorne während des Rollens stark eingeschränkt sein kann und ihn zum Rollen in Schlangenlinien zwingt. Zum Abheben muss er während des Startvorgangs erst das Heck des Flugzeuges anheben (durch leichtes Drücken des Steuerknüppels), bis der Flugzeugrumpf parallel zur Startbahn ist. In dieser neutralen Längsneigung erfolgt die weitere Beschleunigung bis zum Abheben. Wegen der Kreiselwirkung des Propellers kann während des Anhebens des Hecks eine mehr oder weniger starke Neigung zum Ausbrechen entstehen, bei Flugzeugen mit rechts bzw. im Uhrzeigersinn drehendem Propeller nach links. Bei einem tatsächlich beginnenden Ausbrechen zeigt sich der zweite Nachteil des Spornfahrwerks. Der hinter der Auflagelinie des Hauptfahrwerks liegende Schwerpunkt, der ja das Bestreben hat, sich weiter in der ursprünglichen Richtung fortzubewegen, erzeugt dadurch ein Moment, das die Ausbrechbewegung sogar unterstützt.
Landungen mit einem Spornradflugzeug bedürfen besonderer Übung für den heutigen Piloten, der meist seine ursprüngliche Ausbildung auf moderneren Flugzeugen mit Bugradfahrwerk gemacht hat. Bei zu starkem Bremsen besteht bei Spornradflugzeugen zudem die Gefahr des Kopfstandes oder sogar des Überschlags nach vorne (Fliegerdenkmal).
Anzustreben ist bei Spornradflugzeugen die so genannte Dreipunktlandung, bei der alle drei Räder gleichzeitig aufsetzen. Der dazu nötige große Anstellwinkel des Flügels und damit der größere Widerstand verringern die Aufsetzgeschwindigkeit und verkürzen die Ausrollstrecke stark.
Bei Verwendung von Strahltriebwerken, die unter dem Flügel hat sich bei einem Spornradfahrwerk gezeigt, dass die Wirksamkeit des Höhenruders nicht ausreicht, um beim Anrollen das Heck anzuheben.. Aufgrund dieser Erkenntnis erhielt bereits das erste einsatzfähige Düsenflugzeug, die Messerschmitt Me 262, in der Serie ein Bugradfahrwerk.
Für Fluggäste von Verkehrsflugzeugen bedeutet ein Spornradfahrwerk, dass sie zum Ein- und Aussteigen im Flugzeug auf einer schrägen Ebene laufen müssen.
Bugradfahrwerk
Das Bugradfahrwerk (engl. „tricycle gear“) ist im Vergleich zum Spornradfahrwerk die modernere Variante. Sie ist in Deutschland erstmals am 8. Juni 1939 an einer Fw 58 nachzuweisen, die das RLM bei Focke-Wulf hatte umbauen lassen. Anschließend war das Flugzeug jeweils für einige Zeit allen deutschen Entwicklungsfirmen zur Erprobung zur Verfügung gestellt worden. Walter Blume bei Arado erkannte als Ersten die Vorteile und wendete die neue Fahrwerksform sofort bei der Ar 232 an. Sie hat sich seit damals durchgesetzt und stellt die heute gebräuchliche Lösung sowohl im militärischen wie im zivilen Bereich dar.
Beim Bugradfahrwerk ergänzt das Bugrad (engl. „nose gear“) im vorderen Bereich des Flugzeugrumpfes das rechte und linke Hauptfahrwerk (engl. „main landing gear“). Der Flugzeugschwerpunkt liegt etwas vor dem Hauptfahrwerk. Dadurch entsteht im Falle eines leichten Ausbrechens ein Moment, das der Ausbrechrichtung entgegen und somit stabilisierend wirkt. Diese Wirkung wurde z.B. bei den nicht gelenkten, abwerfbaren Startwagen der ersten Arado Ar 234 Versuchsflugzeuge ausgenutzt.
Bei Verkehrsflugzeugen befindet sich der Rumpf zum Ein- und Aussteigen der Passagiere immer in der waagrechten Lage. Die Sicht des Piloten während des Rollens ist gut. Das Bugrad kann lenk- oder auch nur schwenkbar ausgeführt werden. Im letzteren Fall muss zum Vermeiden des gefürchteten Bugradflatterns (engl. Shimmy) eine eigene Dämpfeinrichtung eingebaut sein. Zum Lenken auf dem Boden wird die Radbremse des jeweiligen Hauptfahrwerks benutzt. Ein Überschlag nach vorne, wie beim Spornradfahrwerk, ist kaum mehr möglich.
Bugrad
Das Bugrad ist Teil der Fahrwerksanlage eines Flugzeugs. Es befindet sich im vorderen Teil der Maschine, dem Bug, daher stammt der Name.
Das Bugrad nimmt im Gegensatz zum Hauptfahrwerk während des Stehens und Rollens am Boden nur einen relativ geringen Teil des Flugzeuggewichts auf. Man spricht auch dann von einem Bugrad, wenn dort mehr als ein Rad angeordnet ist. Die relativ schwache Auslegung des Bugrades kann bei unsachgemäßen Landungen zum Bruch führen, so dass die Flugzeugnase die Landebahn berührt. Bei einmotorigen Propellerflugzeugen, die ihren Propeller meist vorne haben, kommt es dann zu dessen Zerstörung – oft auch des Motors.
Bei Kampfflugzeugen, die auf Flugzeugträgern starten und landen, muss das Bugrad sehr stabil sein, da es einmal die Kräfte des Startkatapults aufzunehmen hat und bei der Landung mit sehr hoher Sinkgeschwindigkeit starke Stoßbelastungen.
Bei Verkehrsflugzeugen, die an Flughäfen Parkpositionen mit Fluggastbrücken benutzen, wird die Schleppstange des Flugzeugschleppers, der das Flugzeug nach dem Beladen zurückschiebt, am Bugrad angekoppelt.
Hauptfahrwerk
Das Hauptfahrwerk ist Teil der Fahrwerksanlage eines Flugzeugs. Es befindet sich im Bereich des Schwerpunktes der Maschine und trägt die Hauptlast des Flugzeuges während des Rollens am Boden, daher stammt der Name.
Das Hauptfahrwerk kann aus lediglich einem Rad bestehen (Einspurfahrwerk) oder auch aus einer Vielzahl von Rädern mit sehr komplizierter Mechanik. Einige Hauptfahrwerke (oder Teile davon) können gelenkt werden, um die Manövrierfähigkeit am Boden zu verbessern. Bei der Boeing 747 als Beispiel ist der hintere Teil des Hauptfahrwerks steuerbar, um engere Kurvenradien zu ermöglichen.
Manche Hauptfahrwerke können bereits im Fluge verschwenkt werden, um bei Seitenwindlandungen das seitliche Schieben der Maschine beim Aufsetzen ausgleichen zu können (z.B. Boeing B-52).
Tandemfahrwerk
Für besondere Anwendungen ist auch die Tandemkonfiguration (engl. „tandem gear“) verbreitet – etwa bei Segelflugzeugen, Senkrechtstartern oder Höhenaufklärern. Auch die erste Ausführung des in der DDR entwickelten Verkehrsflugzeugs 152 hatte ein solches Fahrwerk, bei dem immer seitliche Stützen erforderlich sind.
Tandemräder
Das Fahrwerk großer Flugzeuge ist oft mit Tandemrädern ausgestattet. Diese dann oft noch doppelt oder dreifach je Fahrwerksbein.
Transportflugzeuge
Transportflugzeuge haben besondere Anforderungen an das Fahrwerk:
- sehr hohe Belastung (deshalb sehr viele Räder, keine langen oder grazilen Fahrwerksbeine)
- Militärtransporter müssen (je nach Anforderung und Einsatzzweck) auch auf unbefestigten Pisten starten und landen können
- möglichst niedrige Ladekante (eventuell zusätzlich hydraulisch absenkbar)
- sehr große Schwerpunktverschiebung während des Ladevorganges (Flugzeuge müssen bei der Verschiebung schwerer Ladungen innerhalb des Flugzeuges am Heck abgestütz werden, damit sie nicht hinten überkippen)
Andere Lösungen
Abhängig vom Einsatzzweck können auch andere Fahrwerklösungen eingesetzt werden. Häufiger ausgeführt wurden Flugzeugfahrwerke mit zwei Hauptfahrwerksbeinen hintereinander im Rumpf und mit Stützrädern an den Flügeln (beispielsweise beim Harrier). Segelflugzeuge besitzen oft nur ein Hauptfahrwerksrad und Scheuerleisten an den Flügelspitzen. Besondere Schwerlastfahrwerksauslegungen besitzen eine sehr große Zahl an Hauptfahrwerksrädern um den Bodendruck gering zu halten und sind teilweise in der Höhe am Boden einstellbar ausgeführt, um die Be- und Entladung zu vereinfachen. In seltenen Fällen wurde das Fahrwerk auch abwerfbar gestaltet, um die Leistungsdaten des Flugzeuges zu verbessern, so etwa bei der Messerschmitt Me 163.
Schwimmer
Siehe →Wasserflugzeug
Kufen
Kufen werden vereinzelt verwendet, z.B. bei der North American X-15, oder auch bei der Lockheed C-130 für den Polareinsatz.
Ketten
Vereinzelt wurde für den Einsatz von nicht tragfähigem Untergrund auch ein Kettenfahrwerk eingesetzt. Dies konnte sich jedoch aufgrund des hohen Gewichts und unlösbarer technischer Schwierigkeiten nicht durchsetzen.
Starr oder einziehbar
Historisch älter sind Flugzeuge mit starrem Fahrwerk, erst später kamen Einziehfahrwerke zur Reduzierung des Luftwiderstandes hinzu. Auch teilweise eingefahrene Fahrwerke oder nur das Einfahren des Hauptfahrwerkes, aber nicht des Heckfahrwerkes gibt es als konstruktive Lösungen.
Starres Fahrwerk
Befindet sich das Flugzeugfahrwerk starr an dem Flugzeug, ohne ganz oder teilweise in den Rumpf oder sonstige Verkleidungen eingezogen werden zu können, spricht man von einem starren Fahrwerk. Um den Luftwiderstand zu verringern, sind die Hauptfahrwerksbeine meist aerodynamisch verkleidet. Bei besonders langsamen Flugzeugen oder Hubschraubern wird jedoch auch darauf verzichtet.
Einziehfahrwerk
Befindet sich das Flugzeugfahrwerk hingegen so an dem Flugzeug angebracht, dass es eingefahren werden kann, sei es manuell oder automatisch (meist hydraulisch), um ganz oder teilweise in den Rumpf oder sonstige Verkleidungen eingezogen werden zu können, spricht man von einem einziehbaren Fahrwerk oder Einziehfahrwerk (engl. „retractable gear“). Einziehfahrwerke fanden Mitte der 1930er Jahre in den Flugzeugbau Einzug (Beispiele: Heinkel He 70 „Blitz“, Airspeed AS 5 „Courier“), um dem Wunsch nach gesteigerten Fluggeschwindigkeiten Rechnung zu tragen. Die Position der Räder ist für den Piloten von seinem Sitz nicht einsehbar, deswegen muss die Stellung des Fahrwerkes, ein- oder ausgefahren, dem Piloten über Geräte angezeigt werden. Dabei gibt es elektrische sowie mechanische Anzeigen, die die Stellung des Fahrgestelles darstellen. Automatisch betätigte Fahrwerke besitzen in der Regel ein Notausfahrsystem, um das Fahrwerk auch bei Ausfall des Ausfahrsystems ausfahren zu können.
Das Einziehen des Fahrwerkes erfolgt fast unmittelbar nach dem Start, sobald eine positive Steigrate auf dem Steigmesser (engl. „Vertical Speed Indicator“ – VSI) angezeigt wird. Das Anheben der Flugzeugnase allein ist kein sicheres Zeichen, da das Flugzeug auch in dieser Lage sinken könnte. Spätestens am Ende der Landebahn wird das Fahrwerk nach dem Start nicht mehr gebraucht. Bei einigen Flugzeugen erhöht sich im Moment des Einfahrens der Luftwiderstand, da die Türen der Fahrwerksschächte dazu geöffnet werden. Das kann bei niedrigen Geschwindigkeiten kritisch werden (z.B. beim Durchstarten mit einem ausgefallenen Treibwerk). In diesem Fall ist das Fahrwerk erst nach Erreichen der kritischen Geschwindigkeit einzufahren. Sofort nach dem Abheben werden die Räder auf Stillstand abgebremst um unerwünschte Kreiseleffekte der sich drehenden Räder zu eliminieren.
Der Fahrwerkshebel und vor allem seine Stellung ist in modernen Cockpits verwechselungssischer sofort als solcher zu erkennen (relativ wuchtig mit einem Rad an der Spitze). Für jedes Fahrwerksbein existiert eine Anzeigenleuchte, bei einem Flugzeug mit 5 Fahrwerksbeinen somit fünf Leuchten, welche je nach Flugzeugtyp in den Farben rot, orange oder grün aufleuchten können. Die Semantik ist einfach:
- kein Licht: Fahrwerk eingefahren und verriegelt
- grünes Licht: Fahrwerk ausgefahren und verriegelt
- orangefarbenes Licht: Fahrwerk wird gerade ein/ausgefahren
- rotes Licht: Funktionsstörung
Das Ausfahren des Fahrwerks erfolgt im Sinkflug auf dem Gleitpfad und muss spätestens bei Erreichen des „Final Approach Fix“ (FAF) abgeschlossen sein – in der Regel sind dies drei bis vier Minuten vor dem Aufsetzen. Vor allem bei winterlichen Verhältnissen ist man bestrebt das Ausfahren des Fahrwerkes möglichst nach hinten zu verschieben um bei feuchter Witterung Eisansatz an der Mechanik und insbesondere an den Bremsen zu verhindern.
In modernen Flugzeugen wird durch das „Flight Management System“ (FMS) verhindert, dass die Maschine mit eingefahrenem Fahrwerk landet. Das System gibt Warnsignale ab wenn sich die Maschine in Bodennähe im Sinkflug befindet.
Das Rennflugzeug Dayton-Wright RB war das erste Flugzeug mit Einziehfahrwerk. Es nahm 1920 für die USA am „James Gordon Bennett Aviation Cup“ teil, musste aber nach der ersten Runde wegen technischen Problemen ausscheiden.
siehe auch
- ZenoServer 2.4.26
- Zenodot
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