Gekrümmte Anflüge und hochpräzise Landungen können Lärm reduzieren und die Umwelt schonen. Die Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) untersuchten nun speziell die Kombination von satellitengestützten und traditionellen Landehilfen sowie Verfahren, die allein auf Satellitennavigation beruhen.
Wissenschaftler erproben dabei mit Flugversuchen des Airbus A320 D-ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) in Braunschweig neue automatische Landeverfahren und satellitengestützte Positionsbestimmungen. Mit Hilfe von Satellitennavigation und dem Einsatz modernster Flugzeugsysteme lassen sich Kurven mit festen Radien zwischen zwei Wegpunkten exakt planen und so gekrümmte Landeanflüge sehr präzise fliegen. Diese Möglichkeit bieten traditionelle Landehilfen nicht bzw. haben sie sich im Gegensatz zu Satellitennavigation nicht durchgesetzt. Sie bieten zwar teilweise eine hohe Präzision, jedoch nicht für einen Kurvenflug.
Kurven berechnen für leisere Anflüge
Ziel der Versuche war, die Etablierung der neuen Verfahren durch Demonstrationsflüge zu unterstützen, um ihre Vorteile auszunutzen: Bei der Erstellung von Flugrouten lassen sich Lande-Stoßzeiten an großen Flughäfen besser planen, weil der Luftraum entsprechend besser aufgeteilt werden kann. Besonders lärmbetroffene Gegenden um Flughäfen ließen sich teilweise umfliegen oder die Lärmbelastung ließe sich verteilen. Durch die hochgenauen Navigationssysteme können Flugrouten präziser geplant und exakt abgeflogen werden. Dieses führt letztlich zur Einsparung unnötiger Wegstrecken. So wird weniger Treibstoff verbraucht und CO2-Emissionen verringert. Gestützte Präzision
Ein normales satellitengestütztes Navigationssystem, wie man es in einem Auto hat, reicht zwar vollkommen aus, um eine gewünschte Adresse in einer Stadt zu finden – für die Navigation eines Passagierjets in der Endphase des Landeanflugs bzw. für eine automatische Landung sind die empfangenen Signale jedoch zu unpräzise und nicht zuverlässig genug. Daher wird zur Landung entweder auf altbewährte Systeme wie das Instrument Landing System (ILS) zurückgegriffen oder die Satellitennavigation muss gestützt und überwacht werden. Deshalb sind hochgenaue, bodengestützte Ergänzungssysteme (GBAS: Ground Based Augmentation System) in der heutigen Luftfahrt bereits Standard und werden an immer mehr Flughäfen eingeführt.
Diese liefern landenden Flugzeugen zusätzliche Parameter und Korrektursignale, welche die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der Navigationsdaten bei automatisierten Anflügen erhöhen. Das Konzept, dass anfliegende Luftfahrzeuge eine gewisse Navigationsgüte beim Anflug erreichen müssen, nennt sich Required Navigation Performance (RNP). In den Flugversuchen untersuchten die DLR-Forscher den Übergang von satellitengestützten RNP-Anflügen zu den herkömmlichen ILS-Anflügen sowie die Nutzung von Ergänzungssystemen für den gesamten Anflug.
Schleifen fliegen und durchstarten
Inwieweit die Anflüge vollautomatisch funktionieren, haben die Wissenschaftler des DLR-Instituts für Flugführung nun in Flugversuchen über dem Flughafen Braunschweig-Wolfsburg erfolgreich getestet. In insgesamt acht Anflügen erprobten sie die entwickelten hochpräzisen Anflugverfahren. Die Testpiloten der Einrichtung Flugexperimente ließen den ATRA dazu aus verschiedenen Höhen auf die Landebahn anfliegen. Währenddessen verglichen die Techniker und Wissenschaftler die Zuverlässigkeit der gelieferten Daten mit den Referenzsystemen und -antennen an Bord.
Zusätzlich untersuchten sie vom Boden aus, inwieweit Abweichungen vom vorher berechneten Anflugweg erkannt werden können. Solche Analysen helfen, gekrümmte Anflugverfahren zukünftig für einen unabhängigeren Betrieb paralleler Landebahnen (wie z.B. in Frankfurt) einzusetzen. Sobald das Forschungsflugzeug die Höhe von 300 Fuß über der Landebahn erreichte, gaben die Testpiloten wieder Schub und starteten durch. Nach einer Schleife um den Flughafen erprobten sie das Verfahren erneut mit leicht veränderten Parametern.
Kontinuierlich sinken
In zwei der acht Anflüge ließen die Wissenschaftler zudem in einer Höhe von 10.000 Fuß die Triebwerke in den Leerlauf schalten und die Testpiloten steuerten die Landebahn nur mit minimaler Triebwerksleistung, dem Leerlauf-Restschub an. Mit diesem sogenannten „Continuous Descent Approach“ testeten die Forscher, wie das eigenentwickelte Flight Management System (FMS) das aerodynamische Verhalten des Flugzeugs in Verbindung mit der Windvorhersage modellieren kann. So konnte in der Praxis nachgewiesen werden, dass sich, mit dem vom FMS geplanten, kontinuierlichen Sinkflug Treibstoff sparen und Emissionen verringern lassen.
Verbesserte Systeme für die Luftfahrt
In naher Zukunft könnte die erprobte Technik serienmäßig in Passagiermaschinen zu finden sein. Erste Umsetzungen haben bereits stattgefunden. So gibt es zum Beispiel GBAS-Stationen in Bremen und Frankfurt und auch Continuous Descent Operations (CDO) sind bereits an einigen deutschen Flughäfen erstellt und für den Betrieb freigegeben worden. In Zukunft könnten die hochpräzisen Anflugverfahren standardmäßig für eine effizientere Nutzung des Luftraums sorgen, Lärm reduzieren und die Umwelt schonen.
Auf dem Titelfoto: Grafische Darstellung des Continuous Descent Approach. Je nach Ausrüstungsgrad fliegen die landenden Flugzeuge unterschiedliche Routen beziehungsweise Profile.
Zusätzliche Anzeigegeräte im Cockpit – Befand sich der zum Forschungsflugzeug umgebaute Airbus-Passagierjet 300 Fuß über der Landebahn, gaben die Piloten wieder Schub und starteten durch. Nach einer Schleife um den Flughafen erprobten sie das Verfahren erneut mit leicht veränderten Parametern.
Die zu fliegende Kurve – Mit Hilfe von Satellitennavigation und modernen Flugzeugsystemen lassen sich Kurven mit festen Radien zwischen zwei Wegpunkten exakt planen und so gekrümmte Landeanflüge sehr präzise fliegen. Ziel der Versuche war, die Etablierung der neuen Verfahren zu unterstützen um ihre Vorteile auszunutzen.
Fotos: DLR / Maasewerd (CC BY 3.0)
