VNAV

Nach unten kommen sie alle…

Wer sich einmal etwas intensiver mit der Flugplanung beschäftigt hat, weiß sicher, dass ein Flugzeug einen vertikalen Idealprofil besitzt. Aber wie und – vor allem – warum? In diesem Artikel wird deshalb über die vertikale Navigation, kurz VNAV, referiert.

Zuerst kommt hierbei die Frage auf, warum Flugzeuge überhaupt sehr hoch steigen; wo sie doch dann auch wieder runter müssen… Die Antwort ist, wie bei so vielem in der Luftfahrt, die Ökonomie. Ein Flugzeug in großer Höhe besitzt aufgrund des dort so geringen Luftdrucks weniger Luftwiderstand. Daher benötigen die Triebwerke weniger Schub (und damit weniger Kerosin) für die gleiche Geschwindigkeit. Da dort oben durch die dünne Luft aber auch der Auftrieb des Flugzeugs verringert wird, muss die Geschwindigkeit erhöht werden, um eine Höhe halten zu können. Gleichzeitig schränkt natürlich auch das Gewicht des Flugzeugs die Maximalhöhe ein (siehe auch Aerodynamische Grundlagen). Der perfekte Kompromiss aus diesen drei Faktoren ist die ideale Höhe, in der man schnell und gleichzeitig effizient fliegt. Bei den meisten Jets liegt diese Höhe je nach Beladung zwischen FL300 und FL400.

Kommen wir nun zum interessanten Teil, dem Steig- und Sink flug. Die VNAV-Funktion eines modernen Autopiloten ermöglicht es dem Flugzeug, den idealen Steig- bzw. Sinkpfad auszunutzen. Das heißt Steigen bei optimaler Steiggeschwindigkeit oder Sinken bei möglichst wenig Schub mit möglichst hoher Gleitzahl. Grob gesagt errechnet das FMS mit dem Gewicht, der (vorgegebenen) Höhen und der Geschwindigkeit dieses vertikale Profil eines Flugzeugs.

VNAV sagt euch im Flug auch, wann ein effizienter und angenehmer Sinkflug aus Reiseflughöhe beginnen sollte („top of descent“). Verlasst ihr diesen Pfad nach unten (seid ihr also zu tief), gibt euer FMS, wenn es im VNAV-Modus ist, automatisch mehr Schub und korrigiert die Nasenstellung, um durch eine geringere Sinkrate den Gleidpfad von unten wieder anzuschneiden. Seid ihr hingegen zu hoch, drückt es die Nase nach unten, um schneller sinken zu können. Oftmals sind schon vor dieser Aktion die Triebwerke auf Leerlauf, daher verlangt das System in diesem Fall meist von euch, die Bremsklappen auszufahren, damit ihr nicht zu schnell werdet ( „DRAG REQUIRED“). So bestimmt euer FMS einen vierdimensional vorgegebenen Pfad, der euch eine Höhe exakt an einem vorgegebenen Punkt erreichen lässt (z. B. den Flughafen oder ein Anflugfix).

Beim idealen, weil ökonomischen Sinkflug bleiben die Triebwerke die ganze Zeit im Leerlauf, während das FMS mit der Anpassung der Sinkrate Geschwindigkeit hält. Einen solchen Sinkflug nennt man idle oder auch green descent, da er ein Minimum an Kerosin verbraucht und somit Kosten, Verschmutzung und Lärm einspart. (CDA) Sitzt ihr gerade in einer weniger modernen Kiste, beispielsweise einer C172, habt ihr natürlich keine so hilfreiche Technik zur Hand. Aber das, was das FMS in Boeing und Airbus macht, könnt ihr genauso gut auch grob im Kopf überschlagen (-> Punkt 5 der Formelsammlung; die Drei steht hier für einen 3°-Sinkflug).