Start und Landung auf nassen und kontaminierten Bahnen

1991 wurde in der Reihe „COCKPIT SCRIPTEN“ das Thema „Startleistung bei nasser und kontaminierter Bahn“ von Helmut Müller erläutert und kommentiert.

Zwischenzeitlich haben sich einige Veränderungen ergeben. Dies gibt auch die VC Policy „Take Off and Landing on Wet and Contaminated Runways“ wieder.

Die Problematik eines Starts oder einer Landung auf einer nassen oder kontaminierten Bahn hat sich allerdings nicht geändert. Immer wieder werden Flugzeugführer mit unterschiedlichen Bahnbeschaffenheiten konfrontiert.

Mit diesem Script möchte die VC eine Hilfe zum Verständnis des komplexen Themas anbieten.

Weiterführende Informationen hierzu in Form eines Booklets befinden sich in Vorbereitung.

Hier finden Sie die entsprechende VC-Policy zum Thema Betrieb auf kontaminierten Bahnen

A. Einleitung

Die verschiedenen Aggregatszustände von Wasser haben erheblichen Einfluss auf den Betrieb eines Flugzeuges. Während Schnee, Schneematsch und Eis auf den Tragflächen den Auftrieb verringern, vermindern Wasser, Schneematsch, Schnee und Eis auf den Rollwegen und Start-/Landebahnen die Brems- bzw. Steuerfähigkeit eines Flugzeuges.

Die Problematik des kontaminierten Flugzeuges ist heute nach vielen Erfahrungen und erheblichem Forschungsaufwand weitestgehend gelöst. Das Clean Wing Concept verbunden mit dem Einsatz modernster Enteisungsmittel gibt dem Piloten heute die Möglichkeit, trotz widriger Wetterbedingungen mit einem aerodynamisch sauberen Flugzeug zu starten.

Die Bedeckung der Rollwege und Start-/Landebahnen mit Wasser, Schneematsch, Schnee und Eis hingegen bergen Risiken, die vielfach unterschätzt und teilweise nicht zeitgerecht behoben werden können.

Die beeinflussenden Faktoren bei Start und Landung auf nassen und kontaminierten Start-/Landebahnen sind:

• der Tire Displacement Drag (= der Widerstand, der von den Reifen zu verdrängenden Massen an Wasser, Matsch oder Schnee)
• der Spray Impingement Drag (= der Widerstand des hochgeschleuderten Materials)
• der verringerte Friction Coefficient (Braking Capability), dadurch auch die eingeschränkte Cornering Capability (= der verminderte Reibungskoeffizient und eingeschränkte Seitenführungsstabilität).

Hinzu kommen nicht zu unterschätzende Faktoren wie Gummiabrieb auf der Start-/Landebahn, Markierungen und die

Bahnoberfläche an sich.

Auch die Messung der Belagdicke ist kritisch zu betrachten; die Abweichungen können im ungünstigsten Fall bis zu 6mm betragen! Die Dichteänderungen in nassem Schnee und Schneematsch tragen ihr Übriges zur Verfälschung der Leistungsdaten bei Start und Landung bei.

B. Startleistung auf nasser Bahn

Eine Start- und Landebahn gilt als nass, wenn sie aufgrund eines Wasserfilms glänzt und eine Wassertiefe vom 3 mm nicht überschritten wird.

Ausgehend von der geringen Dicke des Belages ist der Tire Displacement Drag in der Phase der Beschleunigung sehr gering und im Allgemeinen vernachlässigbar. Der verringerte Friction Coefficient spielt beim Startabbruch eine bedeutende Rolle. Hinzu kommen die bereits erwähnten Faktoren wie Gummi-abrieb auf der Start-/Landebahn, Markierungen und die Bahn-oberfläche selbst, die allerdings in keiner Startdatenberechnung Einzug finden.

Die folgende Graphik Effective Braking Friction Coefficient Dry vs. Wet Runway veranschaulicht dies:

Der geringere Effective Braking Friction Coefficient auf einer nassen Bahn wird bei der Berechnung der Startdaten durch Geschwindigkeitsabschläge auf V1 und/oder Gewichtsabschläge korrigiert. Dabei gilt:

Je kürzer die Startbahn ist, desto größer sind die Abschläge.

Die Abschläge bedingen eine Verringerung der Nutzlast. Dem begegnen die einschlägigen Vorschriften mit einer Verringerung der Screen Height von 35ft auf 15ft. Thrust Reverse wird mit eingerechnet. Die Sicherheitsreserven sind bei einem ausgereizten Start auf einer nassen Bahn gering.

C. Startleistung auf kontaminierter Bahn

Kontaminierung ist die Bedeckung der Rollwege und Start-/Landebahnen in Form von Wasser, Schnee (nass oder trocken), Schneematsch und Eis. JAR OPS definiert Kontaminierung nur für eine Bedeckung von mehr als 3mm Wasser. Hersteller oder Operator müssen selbst Werte als Äquivalent zu 3mm Wasser oder ein Vielfaches davon festlegen. Die Operation auf kontaminierte Bahnen und Rollwegen ist für uns ungewohnt.

Im letzten Jahrzehnt sind große Anstrengungen unternommen worden, die Operation auf kontaminierten Bahnen sicherer zu machen. Stark verbesserte Lehrprogramme vermitteln umfassend die Einflüsse von Schnee und Eis auf den Betrieb von Flugzeugen von Off Blocks bis On Blocks. Aktuelle Flugerprobungen auf den verschiedensten Bahnbelägen mit unterschiedlichen Flugzeugen verifizieren zuneh-mend die der Performance-Berechnung unterlegten Daten, die beginnend in den 60er Jahren wissenschaftlich ermittelt wurden (siehe Abb. Effective Braking Fric-tion Coefficient Dry vs. Loose Snow vs. Thin Ice zur Verdeutlichung).

Der wesentliche Unterschied zur Startleistung auf nassen Bahnen ist der Einfluss der beiden Faktoren Tire Displacement Drag und Spray Impingement Drag bei der Fortsetzung des Startvorgangs (oder dem Abbruch) nach Ausfall eines Triebwerkes. Eine geringfügig größere Dicke des Belags kann die Startstrecke verlängern und die ohnehin auf 15ft gesenkte Screen Height weiter verringern; im kritischsten Fall könnte VLOF nicht auf der Startbahn erreicht werden. Hier setzt die Verantwortung der Flughafenbetreiber ein, die nicht nur die richtige Belagdicke ermitteln, sondern auch die sorgfältige Reinigung der kontaminierten Bahnen unter z.T. schwierigen Wetterbedingungen sicherstellen müssen.

Während des Abbremsens beim Startabbruch hilft bei dickeren Belägen der hohe Displacement Drag der Kontaminierung. Daher fallen die Abschläge auf V1 auch nicht so hoch aus (siehe Abb. Contaminant Drag Comparison Dry Loose Snow). Ganz anders sieht die Situation auf einer mit Eis bedeckten Bahn aus. Hier ist der niedrige Friction Coefficient ausschlaggebend für niedrige V1-Speeds und damit einer langen Accelarate-Go Distance. Generell gilt:

Je nasser das Eis, desto schlechter der Friction Coefficient.

Die Dichte der verschiedenen Arten der Kontaminierung ist noch ein Parameter, der nicht unterschätzt werden darf. Bei der Übermittlung der Messergebnisse über Bahnbelag und Bedeckungsgrad wird die Dichte nicht angegeben. Sie kann stark variieren und die Performance-Daten verfälschen.

Dichtewerte für Schnee

• Trockener Schnee (0,05-0,2)
• Schnee (0,2-0,45)
• Gepresster Schnee (0,45-0,7)
• Nasser Schnee (0,3 - 0,7)
• Schneematsch (>0,5)

Abschließende Anmerkungen zu Bedeckungen mit Schnee:

Trockener Schnee setzt sich nicht am Rumpf fest (No Impingement Drag).

Es gibt kein Hydroplanning auf trockenem Schnee.

Schnee mit einer Dichte größer 0,5 verhält sich wie eine Flüssigkeit.

D. Landung auf nasser und kontaminierter Bahn

Für die Landung auf einer nassen Bahn muss die zur Verfügung stehende Landestrecke 115% der Landestrecke auf trockener Bahn betragen.

Eine Landung auf einer kontaminierten Bahn erfordert die im Handbuch angegebene Mindeststrecke zzgl. 40% der Strecke für trockene Bahn.

Die nicht abwägbaren Faktoren sind, wie bereits mehrfach erwähnt, Gummiabrieb auf der Start-/Landebahn, Markierungen und die Bahnoberfläche selbst. Dazu kommt ein unter dem Namen „Hydroplaning“ bekanntes Phänomen. Darunter ver-steht man das Aufschwimmen eines Reifens/der Reifen auf einen Wasserfilm bei einer kritischen Geschwindigkeit - der Hydroplaning Speed. Zwei Arten des Hydroplaning sind bekannt:

• Dynamic Hydroplaning
• Viscous Hydroplaning

Die Häufigkeit des Dynamic Hydroplaning überwiegt; es wird im Wesentlichen von der Dicke der Wasserschicht, der Struktur der Bahnoberfläche und dem Aufbau des Reifens bestimmt. Galt in früheren Jahren die Faustformel: Vp = 9Öp (Vp = Hydroplaning speed in kt, p = Reifendruck in psi) um die Hydroplaning Speed zu errechnen, so liegt der Faktor 9 heute je nach Reifentyp zwischen 6 bis 8. Eine Hydroplaning speed zu ermitteln, ist für den Piloten zudem in Unkenntnis des verwendeten Reifens nahezu unmöglich. Abb. Hydroplaning Speed vs. Tire Pressure zur Verdeutlichung.

Zur abschließenden Betrachtung die Typical Decelerating Forces during Landing Roll:

Armin Stern,

AG ADO