Barometrische Höhenmessung in der Luftfahrt
Die Barometrische Höhenmessung in der Luftfahrt basiert auf der genäherten Höhenbestimmung durch Messen des Luftdrucks. Für die Bestimmung der absoluten Höhe (über Meeresniveau) ist das Verfahren zwar ungenau, doch erfüllt es im Allgemeinen die Forderung, dass die Flughöhe relativ zu anderen Luftfahrzeugen so verlässlich ist, dass die von der Flugsicherung zugewiesene Flughöhe oder Flugfläche jede nahe Begegnung mit anderen Flugzeugen ausschließt.
Zur Messung des Luftdrucks werden in der Luftfahrt verschiedene Kennwerte und Verfahren verwendet, welche sich teilweise von denen der Meteorologie unterscheiden.
Messprinzip
Höhenmesser sind Barometer, die eine dem Luftdruck unter Normalbedingungen entsprechende Höhe anzeigen.
Um lokale Luftdruckabweichungen, welche durch Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Atmosphäre ständig vorkommen, korrigieren zu können, muss die Nullmarke des barometrischen Höhenmessers vom Benutzer verändert werden können. Das Setzen dieser Nullmarke und auch die Basiseichung des Barometers erfolgt anhand einer Standardatmosphäre, welche durch eine technische Vorschrift weltweit festgelegt ist.
Der Höhenmesser braucht einen Abnahmepunkt für den statischen Luftdruck, den Statik-Port. Dieser kann an speziellen Punkten des Rumpfes liegen oder in ein Pitot-Rohr integriert sein. Bei Flugzeugen ohne Druckkabine kann ein Reserve-Abnahmepunkt in der Kabine liegen.
Analoge Anzeigegeräte
Analoge Anzeigegeräte (im Jargon „Uhren“ genannt) zeigen die Druck- und damit die geschätzte Höhenänderung mechanisch direkt über Zeiger und einer normierten Skala an. Abhängig von der verwendeten Maßeinheit ergibt eine Umdrehung des „Minuten“-Zeigers 1000 m oder 1000 Fuß, mit einer Skalierung von 20 m oder 20 Fuß je Skalenstrich. Die Anzeige der durchlaufenen 1000er-Schritte übernimmt ein zweiter „Stunden“-Zeiger oder eine Ziffernscheibe, vergleichbar der Datumsanzeige einer Armbanduhr. Für besonders hohe Flughöhen werden zusätzlich die 10000-Fuß-Schritte mittels eines am Außenrand der Skala angebrachten Zeigers angezeigt.
Im Bild rechts ist ein Höhenmesser mit drei Zeigern dargestellt. Das Fensterchen auf der 3-Uhr-Position der Anzeige zeigt den eingestellten Luftdruckwert an, welcher QFE oder QNH usw. (siehe unten) entspricht und mit dem Knopf links unten eingestellt werden muss. Es wird „Kollsman Window“ genannt.
Im gewerblichen Luftverkehr bei Instrumentenflug sind Höhenmesser mit Zählwerks-/Zeigerdarstellung oder gleichwertiger Darstellung vorgeschrieben.[1] Das bedeutet klassische Instrumente mit drei Zeigern sind in diesem Fall nicht mehr erlaubt. Inzwischen findet meist eine digitale Anzeige Anwendung. Die barometrische Höhe wird im Primary Flight Display und einem Ersatzinstument angezeigt.
Die Sink- und Steigrate des Luftfahrzeuges, also die Höhenänderung pro Zeit, zeigen sogenannte Variometer an.
Digitale Anzeigegeräte
Digitale Anzeigegeräte zeigen die Druck- und damit die geschätzte Höhenänderung auf einem elektronischen Display an. Im gezeigten Beispiel rechts werden metrische Maßeinheiten verwendet (Höhenmesser=Höhe in Metern und Variometer=Steigen/Sinken in Metern pro Sekunde).
Im Bild ist ein kombinierter Höhenmesser mit Variometer, wie er von Ultraleicht- und Gleitschirmfliegern verwendet wird, dargestellt. Links ist der Höhenmesser im Einstellungsmodus QNH, der auf den Wert 1011 (hPa) gesetzt wurde, zu sehen. Rechts sieht man, im Höhenmessermodus, die aus dem QNH-Wert resultierende Höhe von 122 m.
Genauigkeit
Die Genauigkeit eines barometrischen Höhenmessers beträgt einige Dekameter (dam) und wird mit größerer Flughöhe geringer. Zur Abschätzung der absoluten Flughöhe (wahre Höhe, engl. true altitude) müssen die lokalen Luftdruckänderungen aufgrund von meteorologischen Veränderungen (Wetter) regelmäßig durch Nachstellen der Nullmarke berücksichtigt werden. Neben der Höhe hängt der Druck von der Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsverteilung ab.
Korrekturwerte werden von Flugwetterstationen am Boden ermittelt und den Luftfahrzeugführern im entsprechenden Bereich mitgeteilt. Je nach Verwendungszweck gibt es unterschiedlich normierte Luftdruckangaben, welche durch Q-Gruppen gekennzeichnet werden.
Merksatz hierzu: „Im Winter sind die Berge höher“. Begründung: in einer kalten Luftsäule ist die Dichte der Luft am Boden höher. Dadurch sinkt der Luftdruck in einer kalten Luftsäule schneller mit der Höhe als in einer warmen Säule. Die angezeigte Flughöhe wird durch den geringeren Luftdruck höher angezeigt als die wahre Höhe. In Pilotenkreisen heißt es auch: „Vom Hoch zum Tief gehts meistens schief“. Begründung: Wird der am Startflughafen eingestellte Luftdruck beim Einflug in ein Tiefdruckgebiet beibehalten, zeigt der Höhenmesser dort durch den geringeren Luftdruck eine größere Höhe als die tatsächlich geflogene an. Insbesondere bei Flügen unter Instrument Meteorological Conditions (IMC) besteht dann die Gefahr eines Controlled flight into terrain (CFIT).
Q-Schlüssel
→ Siehe Hauptartikel: Q-Schlüssel
Die Q-Schlüssel wurden in der Morsezeit willkürlich definiert, um den Verkehr zu beschleunigen.
Funkt z. B. ein Pilot zum Flugplatz „Erbitte QNH“, so bedeutet das: „Bitte sage mir, wie ich meinen Höhenmesser einstellen muss, damit er nach der Landung genau die Platzhöhe anzeigt.“ Die Antwort des Flugplatzes lautet dann z. B. „QNH 1010“, was bedeutet: „Wenn Du auf der Einstellskala Deines Höhenmessers 1010 hPa einstellst, so wird er nach der Landung genau die Platzhöhe anzeigen.“
In der Luftfahrt in Europa sind die Q-Schlüssel für die Höhenangaben (QNH, QNE, QFE) in Gebrauch.
QFE
QFE ist der gemessene Luftdruck am Boden (engl. Atmospheric pressure at airfield elevation, Merkhilfe: engl. Field Elevation). Die Maßeinheit ist Hektopascal hPa (in den USA inch Hg).
Wird am Höhenmesser das QFE eingestellt, so zeigt er in einem Flugzeug am Boden eine Höhe von 0 m oder 0 ft an. Im Flug zeigt er annähernd die Flughöhe über jenem (nahen) Flugplatz, dessen QFE-Wert eingestellt wurde.
Beim Kunstflug wird der Höhenmesser allgemein auf QFE gestellt, um jederzeit unmittelbar die Höhe über dem Boden angezeigt zu bekommen. Er findet auch Anwendung im Segelflug am Platz. Außerhalb der genannten Anwendungsfälle, für die charakteristisch ist, dass sie kurze Flüge in geringen Höhen von und zum selben Flugplatz nach VFR umfassen, ist die Höhenmessereinstellung auf QFE nur noch in wenigen Gegenden üblich.
QNH
Der QNH-Druck ist der geschätzte Druck auf Meereshöhe am Ort des Flugplatzes. Wird er am Höhenmesser als Bodendruck eingestellt, zeigt der Höhenmesser die ungefähre Höhe des Flugzeugs über dem Meeresspiegel. Auf der Bahn des Flugplatzes also z. B. dessen Höhe über dem Meeresspiegel.
Er ist wetterabhängig, obwohl seine Berechnung teilweise von der Standardatmosphäre ausgeht, weswegen es sich nur um einen ungefähren Wert handelt: Auf den aktuellen, tatsächlichen und wetterabhängigen Druck des Platzes wird ein pauschaler (wetterunabhängiger) Betrag für die Höhe des Platzes über dem Meer addiert. Dieser pauschale Betrag geht von einem Druckabfall von 1,22 hPa alle 10 m aus.
Durch diese Kombination von realem Druck und Standarddruckabfall ist der QNH-Druck einfach zu berechnen, da immer der gleiche Wert vom Platzdruck abgezogen werden kann, und dennoch nah an der Realität.
Der anhand des tatsächlichen aktuellen Wetters (des tatsächlichen Druckabfalls) so exakt wie möglich berechnete Druck in Meereshöhe heißt dagegen QFF.
Obwohl der QNH-Druck eine gute Abschätzung für die Höhe ist, zeigt ein damit kalibrierter Höhenmesser – wie jeder druckbasierte Höhenmesser – wetterbedingt nicht die reale Höhe metergenau an. Da diese Abweichung aber für alle Flugzeuge die gleiche ist, spielt das keine Rolle. (Deshalb darf auch nicht nach der GPS-Höhe geflogen werden. Nur falls die aktuelle Atmosphäre zufälligerweise mit der Standardatmosphäre übereinstimmt, sind auch alle angezeigten Höhen geometrisch korrekt.)
Das QNH ist ortsabhängig. Deshalb muss der Höhenmesser nicht nur am Start- und Landeort auf das lokale QNH eingestellt werden, sondern während des gesamten Fluges auf die QNH-Werte der jeweils nächstgelegenen Flugplätze mit Flugverkehrskontrollstelle. Oberhalb der Übergangshöhe (bzw. „Transition Altitude“; in Deutschland i. d. R. 5.000 Fuß MSL bzw. 2.000 Fuß AGL) ist die Anzeige auf Standarddruck (1013,25 hPa / auch QNE genannt) umzustellen; umgekehrt ist bei Unterschreiten der Übergangsfläche (bzw. „Transition Level“; in Deutschland i. d. R. mindestens FL 60) wieder als Bezugsdruck QNH einzustellen. Der aktuelle Wert der Übergangsfläche kann über die jeweilige ATIS abgefragt werden.[2]
Durch die einheitlichen Druckbezüge ist sichergestellt, dass (insbesondere im IFR-Reiseflug oberhalb der Übergangshöhe) alle Flugzeuge die gleiche Höhenmessereinstellung haben, was für die Staffelung (FL100, also 10.000 Fuß) unabdingbar ist.
QNE
QNE ist kein von der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation ICAO für den Gebrauch in der Luftfahrt definierter Q-Code[3]. Es gibt allerdings nationale Luftfahrtbehörden oder Wetterdienste (z. B. Deutscher Wetterdienst), die diesen festlegen, wie z. B. die Zivilluftfahrtbehörde des Vereinigten Königreichs (CAA) im Radiotelephony Manual von 2016[4]. Jedoch weichen diese nationalen bzw. nur für Teilgebiete der Luftfahrt geltenden Definitionen teils voneinander ab.
In Deutschland findet dieser Q-Code im Luftfahrthandbuch[5] jedoch keine Erwähnung. Die Verwendung des (im Allgemeinen inoffiziellen) Codes QNE ist somit aufgrund einer fehlenden globalen Definition und dem Vorhandensein von lokalen, mitunter verschiedenen Festlegungen problematisch.
Der Begriff QNE bezeichnet in deutschsprachigen Ländern die Druckhöhe über der Druckfläche 1013,25 hPa (Einstellung erfolgt auf der Druckskala des Höhenmessers oberhalb der Transition Altitude).
QFF
QFF bezeichnet den Luftdruck, umgerechnet auf die Meereshöhe unter Berücksichtigung des Messortes und der aktuellen atmosphärischen Verhältnisse, insbesondere des vertikalen Luftdruckgradienten und der Temperatur. Der QFF-Wert entspricht den Isobarenkurven in der Bodenwetterkarte. Für die Höhenmessung in Flugzeugen hat QFF keinerlei Bedeutung, wohl aber für die Meteorologie: er dient zum weltweiten Vergleich von Luftdruckwerten.
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ VERORDNUNG (EG) Nr. 859/200 OPS 1.652
- ↑ Transition Altitude(TA),Transition Level(TL),Transition Layer. (PDF) In: pilotundrecht.de. Abgerufen am 2. Juni 2019.
- ↑ ICAO DOC 8400 „ICAO Abbreviations and Codes“
- ↑ CAP 413 Radiotelephony Manual Edition 22
- ↑ Luftfahrthandbuch Deutschland, GEN 2.2, In AIS-Veröffentlichungen benutze Abkürzungen
