Unbestritten ist für uns Segelflieger das Variometer ein wichtiges Instrument im Cockpit. Leider sind sich aber nur wenige von uns Segelfliegern bewusst, wie "fehlerbehaftet" Variometer eigentlich sind - und auf welchen physikalischen Randbedingungen diese "Fehler" beruhen.

Alle TE-Variometer - und die sind seit den Sechzigern des vergangenen Jahrhunderts das Maß der Dinge - zeigen an, ob das System Flugzeug einen Energiezuwachs erfährt oder einen Energieverlust. Es zeigt eben nicht "reinrassig" an, ob das Flugzeug steigt oder sinkt. Das zeigt es auch an, aber eben auch andere physikalische Ereignisse wie Fahrtzuwachs oder Knüppelthermik (lässt sich im Allgemeinen nicht vollkommen rauskompensieren).

David Ellis war der Besitzer von Cambridge Aero Instruments Inc. . Von dieser Firma kam das lange Jahre beliebteste, vielleicht auch beste Variometer der Welt, das CAI 302. Es war das Geisteskind von David Ellis.

Von ihm stammen zwei Artikel, die ich hier zum Download anbiete. Der erste Artikel beschreibt die physikalische Umgebung und die Messung des Energiehaushalts eines Segelflugzeugs auf eher populärwissenschaftliche Weise, für jeden bequem zu lesen und zu verstehen, der zweite Artikel vertieft dieses Thema mit Formelsalat.

Ich habe die beiden Artikel ins Deutsche übersetzt. Sie stehen ebenfalls hier zum Download bereit. Die Veröffentlichung und die Übersetzung sind mit David Ellis abgesprochen und von ihm genehmigt. Dafür schulde ich ihm Dank.

 

Diese Artikel sind wirklich lesenswert. Sie werden bei jedem, der sie zum ersten Mal liest, Aha-Erlebnisse erzeugen. Ich will der vollen Lektüre nicht vorgreifen, aber dennoch soviel hier erläutern :

Nehmen wir an, ein Segelflugzeug fliegt ohne Höhenverlust (Vario = 0 ) gleichmäßig ausgetrimmt mit 30 m/s (~108 km/h). Wir nehmen an, es fliegt in einer gleichmäßig steigenden Luftmasse, deren Steigen das polare Fallen des Flugzeug genau ausgleicht.

Nun wird dieses Flugzeug von vorn von einer Horizontalböe von 1 m/s getroffen. Es erfährt dabei einen Energiezuwachs. Das TE-Vario jubelt. Der Fahrtmesser zeigt jetzt (zumindest für eine kurze Zeit) eine Geschwindigkeit von 31 m/s (~111 km/h) an. Es entsteht zusätzlicher aerodynamischer Auftrieb, den wir mit sehr sehr kurzer Zeitverzögerung auch körperlich spüren. Wenn wir das Flugzeug aber gleichmäßig weiterfliegen lassen, wird sich die Fahrt wieder auf 30 m/s einpendeln. Das TE-Vario geht wieder auf 0 zurück. Der Energiezuwachs ist beendet.

Auch wenn wir den Fahrtzuwachs nicht weggezogen haben (das sollte man in erster Näherung nicht tun), wird das Flugzeug den kurzzeitigen kinetischen Energiezuwachs in potentiellen Energiezuwachs umgesetzt haben. Das Flugzeug ist gestiegen.

Wesentlich ist: Wir spüren den kurzzeitigen Energiezuwachs durch die Horizontalböe sofort !!

 

Nochmal zurück in die Anfangssituation: Wir haben angenommen, das Flugzeug verliert keine Höhe. Die polare Sinkrate von unserem Flugzeug bei 108 km/h sei 1 m/s, dann bedeutet das, dass es von einem Aufwärtsluftstrom von genau 1 m/s gestützt wird.

Jetzt nehmen wir an, dieser Aufwärtsluftsrom springt von 1 auf 2 m/s.

Die stärkere Strömung erzeugt einen Druck von unten gegen das Flugzeug, der zu einer Beschleunigung des Flugzeugs nach oben führt. Das hat nichts mit Aerodynamik zu tun !!! Die Beschleunigung nach oben ist abhängig von der Geschwindigkeitsdifferenz in der Vertikalen zwischen Flugzeug und Luftstrom. Das Flugzeug wird beginnen zu steigen, damit wird zwar die beschriebene Differenz verringert, aber das Flugzeugsteigen wird stetig zunehmen, die Beschleunigung wird kleiner werden, schließlich =0, wenn das Flugzeug genau so schnell steigt wie die Luft.

Wesentlich ist: Das Steigen von 2 m/s bleibt, es entsteht ein dauernder Energiezuwachs !!

 

Jetzt die Überraschung: Die Beschleunigung, die wir im Flugzeug durch eine Horizontalböe von 1 m/s spüren, ist ca. 15 mal so groß wie die Beschleunigung, die durch einen Sprung von 1 m/s meteorologischem Steigen auf 2 m/s entsteht.

Unser TE-Vario reagiert auf die Horizontalböe sofort, deshalb liegt es so nahe, sofort zu ziehen und/oder einen Kreis einzuleiten. Auf die Vertikalböe reagiert es erst mit Zeitverzögerung und ungeübte Piloten spüren sie garnicht.

 

Überraschung genug ??

Lest die Artikel.

 

Englisch  - Artikel 1 (populärwissenschaftlich) - Artikel 2 (technisch)

Deutsch - Artikel 1 (populärwissenschaftlich) - Artikel 2 (technisch)

 

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