Der menschliche Körper ist als Messinstrument völlig ungeeignet – kurze Entfernungen kann man vielleicht noch einigermaßen abschätzen, aber damit hat es sich dann auch. Deshalb braucht jeder Pilot Instrumente, um seinen Flug sicher durchzuführen. Je nachdem, nach welchen Regeln das Flugzeug bewegt werden soll, sind das natürlich unterschiedliche Instrumente, die auch in unterschiedlichen Genauigkeiten anzeigen und verschieden zuverlässig arbeiten müssen. Aber grundsätzlich funktionieren alle Geräte immer nach den gleichen Prinzipien, und diese muss jeder Pilot verstanden haben.
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Gleich drei der wichtigsten Instrumente werden vom Pitot- und Statiksystem gespeist: der Fahrtmesser, der Höhenmesser und das Variometer. Das Pitot- und Statiksystem, wie der Name bereits andeutet, besteht aus zwei Teilen: einem Pitotrohr und einem Statikport.
Das Pitotrohr misst den dynamischen Druck oder Staudruck, also den Druck durch die Strömung der Luft. Dabei ist es egal, ob sich das Pitotrohr mit 70 Knoten durch stehende Luft bewegt oder das Pitotrohr steht und der Wind mit 70 Knoten hineinströmt – der dynamische Druck ist immer der gleiche.
Da allerdings die Luft nicht nur Druck ausübt, wenn sie strömt, sondern auch, wenn sie unbewegt über uns steht (was man typischerweise aus dem Wetterbericht als Luftdruck kennt), benötigt man noch einen zweiten Sensor: den Statikport. Der Statikport nimmt an einer günstigen Stelle, meistens irgendwo an der Seite eines Flugzeugs, den statischen Druck ab und leitet ihn an die Instrumente weiter.
Der Höhenmesser besteht typischerweise aus zwei Bauteilen: einer Aneroid-Dose und einem Gehäuse. Die Aneroid-Dose ist eigentlich nichts anderes als eine abgeschlossene Dose, in der genau 1013,25 hPa Druck herrscht. Diese Dose sitzt in dem Gehäuse, das direkt mit dem Statikport verbunden ist. Im Gehäuse liegt also der (statische) Druck an, der auch außen am Flugzeug anliegt. Jetzt verhält sich die Dose in etwa umgekehrt wie ein Luftballon. Wird der aufgepustet, also der Druck innen erhöht, dehnt er sich aus. Bei der Dose ist es genau umgekehrt: der Druck innen ist immer konstant, der Druck außen verändert sich. Steigt das Flugzeug, nimmt der statische Druck ab und die Dose dehnt sich aus. Diese Ausdehnung kann nun zum Beispiel über ein Gestänge abgenommen werden und wird als bewegliche Nadel im Höhenmesserfenster angezeigt.
Da nun aber der Druck nicht immer konstant ist, und sich mit dem Wetter verändert, muss der Höhenmesser ständig korrigiert werden – an der Stelle kommt das QNH ins Spiel. Dreht der Pilot auf dem Höhenmesser das QNH ein, korrigiert er den damit seinen Höhenmesser. Pro hPa Abweichung vom Standarddruck zeigt der Höhenmesser 27 Fuß Differenz an.
Es gibt natürlich auch einen Einfluss der Temperatur, so zeigt in kalter Luft der Höhenmesser zu wenig Höhe an. Bei einer Außentemperatur von -10°C beträgt die Abweichung von einem Höhenmesser rund 10%! Der Pilot denkt also, er wäre auf 3000 Fuß, fliegt aber tatsächlich bei 2700 Fuß.
Die Höhenmesserkorrektur, also das korrekte Setzen von QNH unterhalb der Übergangsflughöhe und die Temperaturkorrektur sind wichtige Aufgaben des Piloten für einen sicheren Flug.
Das zweite Instrument, das seine Information aus dem Pitot- und Statiksystem bezieht, ist der Fahrtmesser. Er misst den Unterschied zwischen dem dynamischen und dem statischen Druck. Sobald sich das Flugzeug durch die Luft bewegt, steigt der dynamische Druck gegenüber dem statischen an. Dieser Unterschied ist direkt proportional zur Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs und wird als Zeigerausschlag auf dem Fahrtmesser angezeigt.
Der Fahrtmesser zeigt eine der drei wichtigen Geschwindigkeiten des Flugzeugs an: die angezeigte Eigengeschwindigkeit, oder indicated airspeed (IAS). Diese Geschwindigkeit ist deswegen wichtig, weil sie einen direkten Einfluss auf die Aerodynamik des Flugzeugs hat. Ist die IAS zu gering, besteht die Gefahr, dass das Flugzeug stallt, ist sie zu hoch, besteht die Gefahr, dass durch den hohen Staudruck das Flugzeug beschädigt wird.
Die zweite wichtige Geschwindigkeit ist die wahre Eigengeschwindigkeit. Da die Luftdichte nach oben hin abnimmt, nimmt bei gleicher Geschwindigkeit die Differenz zwischen statischem und dynamischen Druck ab. Die IAS muss also um die Effekte der abnehmenden Luftdichte und auch der Temperatur korrigiert werden. Ist das geschehen, zeigt die TAS wieder die Geschwindigkeit gegenüber der Luft an. In modernen Flugzeugen übernimmt ein so genannter air data computer (ADC) diese Aufgabe. Bei kleineren Flugzeugen gibt es diese Computer nicht häufig, deswegen muss die IAS per Hand korrigiert werden. Dazu gibt es eine praktische Faustformel, nach der die TAS pro 1000 Fuß Höhe um 2% gegenüber der IAS zunimmt. Zeigt der Fahrtmesser also auf 5000 Fuß 120 Knoten an, ist die TAS ungefähr 132 Knoten (5000 Fuß ergibt eine Korrektur von fünfmal 2%, also insgesamt 10%, von 120 Knoten also eine Korrektur von 12 Knoten).
Die dritte Geschwindigkeit, die ein Pilot kennen sollte, ist die Geschwindigkeit über Grund, die ground speed. Sie gibt an, wieviele Meilen oder Kilometer pro Stunde das Flugzeug gegenüber der Erde zurückliegt. Diese Angabe ist besonders dann wichtig, wenn Wind herrscht - bei Windstille nämlich ist die ground speed exakt gleich der true airspeed. Hat der Pilot nun aber 60 Knoten Wind von vorne, ist seine GS genau diese 60 Knoten geringer als die TAS. Bei langen Flügen oder besonders starken Winden muss also zusätzlicher Sprit getankt werden, um zum Zielflughafen zu gelangen.
Das Variometer ist das dritte wichtige Instrument, das auf dem Pitot- und Statiksystem basiert. Es zeigt die Steig- und Sinkrate des Flugzeugs an. Es ist wieder in zwei Teile aufgeteilt, ein Gehäuse und eine flexible Membran. Beide Teile sind mit dem Statiksystem verbunden, nur dass zwischen dem Gehäuse und dem Statikport eine Drossel eingebaut ist. Diese Drossel bewirkt, dass sich der Statikdruck im Gehäuse nicht sofort verändern kann wenn das Flugzeug steigt oder sinkt. Steigt oder sinkt das Flugzeug jetzt, verändert sich der statische Druck in der Membran sofort, der Druck im Gehäuse mit einiger Verzögerung. Durch diese Verzögerung dehnt sich die Membran oder zieht sich zusammen, was als Steig- oder Sinkgeschwindigkeit auf dem Variometer angezeigt wird.
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