Rund zehn Kilometer Sicherheitsabstand müssen kleine und mittlere Flugzeuge sicherheitshalber zu vorausfliegenden schwereren Maschinen einhalten. Der Grund sind Wirbelschleppen, die insbesondere kurz vor dem Aufsetzen eines nachfolgenden Flugzeugs eine energiehaltige gefährdende Wirkung entfalten können.
Entstehung von Wirbelschleppen
Wirbelschleppen sind langlebige Luftwirbel, die jedes Flugzeug hinter sich erzeugt. Sie rollen sich an den Flügelspitzen auf, wo der Unterdruck der Tragflächenoberseite und der Überdruck der Tragflächenunterseite zusammentreffen. Die mächtigen Wirbel können dicht nachfolgende Maschinen empfindlich auf ihrer Flugbahn stören und auch am Boden an Gebäuden zu Schäden führen. Gerade für kleinere Maschinen sind Wirbelschleppen großer Jumbojets bedrohlich. Sie müssen einen erweiterten Sicherheitsabstand einhalten.
Austro Control und das Deutsche Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) arbeiten nun am Flughafen Wien gemeinsam mit weiteren Partnern daran, Wirbelschleppen im Anflugbereich zu entschärfen und damit die Sicherheit weiter zu erhöhen. Dafür verwenden die Forscher eine DLR-patentierte Konfiguration parallel angeordneter Bodenplatten, die Wirbelschleppen schneller zerfallen lässt. Mit einem Lasermessgerät (Lidar) wird das Verhalten der Wirbelschleppen detailliert für nachfolgende Auswertungen aufgezeichnet.
Wirbelschleppen zerfallen schneller
Ziel dieses im Rahmen des EU-Forschungsprogramms SESAR geförderten Projekts „Wake turbulence separation optimisation“ ist es, die Wirksamkeit der Platten an einem großen Flughafen nachzuweisen. Im Wasserschleppkanal, Strömungssimulationen und vorausgegangenen Flugversuchen am DLR-Standort Oberpfaffenhofen konnte dieser Nachweis bereits erbracht werden. „Allererste Auswertungen der neuen Messungen in Wien zeigen, dass auch dort die Wirbelschleppen in der Nähe der Platten tatsächlich deutlich schneller zerfallen“, sagt Dr. Frank Holzäpfel vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Es ist geplant in den nächsten zwei Jahren an der Spezifikation und Herstellung einer permanenten Einrichtung dieser Platten zu arbeiten.
„Das Projektteam hat Großes geleistet, um die Erprobung dieses bislang einzigartigen Systems bei Vollbetrieb auf einem stark frequentierten Flughafen zu ermöglichen. Erste Ergebnisse sind sehr erfreulich und sollte sich die Wirksamkeit der Plate-Lines wie angenommen umfassend bestätigen, können diese in Zukunft an allen Flughäfen für gesteigerte Sicherheit und mehr Kapazität sorgen.“, sagt Christian Kern, Leiter Air Traffic Management bei Austro Control.
Endanflug über die Plate Line am Localizer
Platten für mehr Slots?
Während die Wirbel in höheren Luftschichten meist schnell absinken, verdriften und sich schließlich auflösen, verharren sie gelegentlich einige Zeit kurz vor der Landebahn, knapp über dem Boden. Genau dort setzen nachfolgende Flugzeuge zur Landung an. Um die zirkulierenden Wirbel vor einer Landebahn schneller abzuschwächen, wird ein System parallel hintereinander angeordneter Platten, die sogenannte Plate Line, aufgestellt. An den in Wien etwa neun Meter langen und viereinhalb Meter hohen Platten bilden sich Sekundärwirbel, die die eigentlichen Wirbelschleppen deutlich schneller zerfallen lassen.
Der Bau neuer Start- und Landebahnen auf etablierten Flughäfen ist mit einem immensen Aufwand verbunden, wobei oft Siedlungsgebiete von den Erweiterungen betroffen sind. Gelingt es zukünftig, unter voller Gewährleistung der Sicherheit, Flugzeuge dichter hintereinander landen zu lassen, könnten bestehende Systeme effektiver genutzt werden und Bahnerweiterungen ließen sich vermeiden.
Austro Control ermöglicht Tests im live-Betrieb
Das Projekt entspringt einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen Austro Control und dem DLR zum Thema „Wake Turbulence“. Das DLR hat die Plate Lines entwickelt und führt die Messungen der Wirbelschleppen vor Ort durch. Austro Control hat den Aufbau der Platten ermöglicht und im Vorfeld eine entsprechende Sicherheitsanalyse durchgeführt. Ebenso wird die Datenauswertung unterstützt und es werden Radar– und Flugplandaten beigesteuert. Austro Control testet gemeinsam mit den Partnern die Wirksamkeit der Platten im Live-Betrieb. Weiteres umfangreiches meteorologisches Messequipment wird von den Firmen Leonardo Germany GmbH und Radiometer Physics GmbH zur Verfügung gestellt.
Das Mikrowellenradiometer RPG liefert das vertikale Temperatur- und Feuchtigkeitsprofil und misst damit die atmosphärische Stabilität. Das neuartige Wolkenradar wird erstmals auf einem Flughafen getestet und bietet einen tiefen Einblick in die Wolkendynamik wie Windrichtung und -scherung in komplexen Wolken- und Niederschlagsszenarien.
Zusätzlich zu diesen neuartigen Sensoren wird die meteorologische Situation ständig durch eine Kombination aus einer ganzen Reihe von Sensoren überwacht: einem Scan-Doppler-Lidar (LEOSPHERE), einem Dual-Polarisations-Doppler-Radar (LEONARDO Deutschland) und einer Sicht- und Infrarotkamera (FLIR), die alle von LEONARDO Deutschland bereitgestellt werden, sowie einem Sodar/RASS, das die von ACG betriebenen Standard-AWOS-Sensoren ergänzt.
Wie Fotos zeigen: Auch die Wirbelschleppen des riesigen A380 werden durch die Platten geschwächt. Endanflug über die Plate Line am Localizer. Eine Plate Line besteht aus acht Elementen, die jeweils 4,5 Meter hoch und neun Meter lang sind.
