2. Lufttransportsysteme
Completion requirements
1. Überblick
1.1. Nomenklatur & Einführung
Die Benennung dieses Kapitels deutet bereits auf zwei wesentliche Aspekte hin, unter denen die Luftfahrt am Institut für Lufttransportsysteme betrachtet wird: Der Transportaspekt und der Systemaspekt. Insbesondere in der zivilen Luftfahrt ist der primäre Zweck eines Flugzeugs beziehungsweise eines Luftfahrzeugs oder Fluggeräts die Erbringung einer Transportaufgabe. Dafür müssen im Lufttransportsystem verschiedene Teilsysteme (zum Beispiel das Fluggerät, der Flughafen, die Flugsicherung, etc.) zusammenarbeiten. Man spricht auch von einem „System of Systems“, weil das Lufttransportsystem aus Teilsystemen besteht, die wie beispielsweise das Fluggerät (also etwa ein Flugzeug) oder ein Flughafen wiederum als aus Teilsystemen bestehend betrachtet werden können (zum Beispiel Tragflügel des Flugzeugs oder Start- und Landebahn des Flughafens).
Um sicheren Betrieb entlang der Bau- und Betriebsvorschriften angemessen und glaubwürdig nachzuweisen beziehungsweise Flugvorkommnisse oder allgemein luftfahrttechnische Sachverhalte angemessen einzuordnen, ist ein breites und systemisches Verständnis der Luftfahrt notwendig. Diesen Beitrag leistet das Kapitel Lufttransportsysteme, indem sie einen breiten Ein- und Überblick in die Luftfahrt mit ihren vielen Facetten und Wechselwirkungen ermittelt. Dazu wird Luftverkehr als Teil der Mobilität eingeordnet, die Bedeutung von Luftrecht und Sicherheit adressiert und im Weiteren die Hauptmerkmale der wesentlichen Teilsysteme der Luftfahrt Flugzeug / Hersteller / Airline / Flugsicherung / Flughafen vorstellt. Die Übersicht endet mit einem Blick auf die Wechselwirkungen von Luftverkehr und Umwelt.
Um sicheren Betrieb entlang der Bau- und Betriebsvorschriften angemessen und glaubwürdig nachzuweisen beziehungsweise Flugvorkommnisse oder allgemein luftfahrttechnische Sachverhalte angemessen einzuordnen, ist ein breites und systemisches Verständnis der Luftfahrt notwendig. Diesen Beitrag leistet das Kapitel Lufttransportsysteme, indem sie einen breiten Ein- und Überblick in die Luftfahrt mit ihren vielen Facetten und Wechselwirkungen ermittelt. Dazu wird Luftverkehr als Teil der Mobilität eingeordnet, die Bedeutung von Luftrecht und Sicherheit adressiert und im Weiteren die Hauptmerkmale der wesentlichen Teilsysteme der Luftfahrt Flugzeug / Hersteller / Airline / Flugsicherung / Flughafen vorstellt. Die Übersicht endet mit einem Blick auf die Wechselwirkungen von Luftverkehr und Umwelt.
Mit diesem Wissen wird die Kompetenz erworben, wechselseitige Einflüsse der Teilsysteme zu erkennen und in ihrer Wirkung einzuordnen. Dieses erweiterte Systemdenken ist die Basis für vertiefende Lerninhalte die für den Weg zu einem Masterabschluss „Aeronautical Advisory" vorgesehen sind.
Die Begriffe Luftfahrzeug und Fluggerät (= Aircraft) sind dabei hier weitestgehend synonym (gleichbedeutend) zu verstehen. Sie bezeichnen für gewöhnlich praktisch alle Geräte beziehungsweise technischen Konstruktionen, die zum Fliegen beziehungsweise zur Bewegung im Luftraum vorgesehen sind. Neben Flugzeugen (Airplane / Aeroplane oder Fixed-Wing Aircraft) gibt es also noch andere Luftfahrzeuge oder Fluggeräte. Zwar sind alle Flugzeuge Luftfahrzeuge - aber nicht alle Luftfahrzeuge sind auch Flugzeuge (zum Beispiel sind Helikopter zwar Luftfahrzeuge aber keine Flugzeuge). Flugzeuge sind also - mit den Begriffen von Logik beziehungsweise Mengenlehre ausgedrückt - eine sogenannte (echte) Teilmenge der Luftfahrzeuge.
Ausgeklammert aus der Menge der Luftfahrzeuge werden dabei oft Raumfahrzeuge und Flugkörper, die zwar nach manch einer Definition zu den Fluggeräten gezählt werden können, jedoch technisch nicht als Luftfahrzeuge zu werten sind, da sie sich ohne Auftriebserzeugung im Raum bewegen können beziehungsweise keine Atmosphäre zum Fliegen brauchen.
So können / konnten beispielsweise die Raumfähren ("Space Shuttles") der NASA im Luftraum wie Flugzeuge fliegen, sich jedoch auch jenseits des Luftraums (also im Weltraum) ohne Auftriebserzeugung beziehungsweise ohne Vorhandensein einer Atmosphäre bewegen. Diese Fähigkeit war im Zeitalter der Space Shuttles ein großer Sprung für die bemannte Raumfahrt.
Der Gesetzgeber hat sich in Deutschland dafür entschieden, im Luftverkehrsgesetz (LuftVG) festzuschreiben, dass alle Formen von Fluggeräten als Luftfahrzeuge gelten, wenn sie sich im Luftraum aufhalten. Das heißt, dass etwa ein Fluggerät, das technisch als Raumfahrzeug zu bezeichnen ist, trotzdem als Luftfahrzeug gilt, wenn es sich im Luftraum aufhält. Unterschieden wird jedoch nach der Dichte des Objektes beziehungsweise nach der Art der Auftriebserzeugung sowie des Antriebs. Da die Einteilung im deutschen wie im englischen Sprachraum weitestgehend identisch ist, sind die üblichen Begriffe teilweise zweisprachig aufgeführt.
Luftfahrzeuge (Aircraft) sind rechtlich eingeteilt in:
- Luftfahrzeuge leichter als Luft - Aircraft lighter than Air (geringere Dichte als Luft - Aerostat) fliegen aufgrund des statischen Auftriebs (vergleichbar mit dem Schwimmen in Wasser)
- Ohne Kraftantrieb (Unpowered Aircraft lighter than Air) - (z.B. Heißluftballon - Balloon)
- Mit Kraftantrieb (Powered Aircraft lighter than Air) - (z.B. Luftschiff ("Zeppelin") - Airship)
- Luftfahrzeuge schwerer als Luft - Aircraft heavier than Air (höhere Dichte als Luft - Aerodyne) fliegen aufgrund des dynamischen Auftriebs (dazu muss sich eine auftriebserzeugende Oberfläche durch die Luft bewegen wie beispielsweise der Tragflügel eines Flugzeugs) oder ohne statischen oder dynamischen Auftrieb (ballistisches Prinzip wie etwa bei Raketen)
- Ohne Kraftantrieb (Unpowered Aircraft heavier than Air) - (z.B. Segelflugzeug - Glider)
- Mit Kraftantrieb (Powered Aircraft heavier than Air) - (z.B. Drehflügler - Rotorcraft (= Helikopter, "Gyrocopter", etc.), Flugzeug mit Strahltriebwerk (= Jet), Propellerflugzeug, Rakete)
Ein Flugzeug ist ein Luftfahrzeug schwerer als Luft, das den Auftrieb, um zu fliegen, durch Tragflügel erzeugt, die von Luft umströmt werden (eine Form der Erzeugung dynamischen Auftriebs). Das heißt, dass Helikopter oder Luftschiffe zwar Luftfahrzeuge, aber keine Flugzeuge sind. Helikopter erzeugen ihren Auftrieb zwar auch dynamisch, jedoch nicht an Tragflügeln, sondern an Rotorblättern. Luftschiffe beruhen - wie auch die meisten schwimmenden Körper - auf dem Prinzip des statischen Auftriebs. Daher sind Flugzeuge also eine (echte) Teilmenge der Luftfahrzeuge. Auf die technischen Details von Fluggeräten (und insbesondere Flugzeugen als weit verbreiteter Konstruktionsform von Luftfahrzeugen schwerer als Luft) und deren Systeme wird wie angekündigt in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme detailliert eingegangen. Einen ersten Vorgeschmack auf dieses Themenfeld beinhaltet auch bereits dieses Kapitel mit einem Unterkapitel, dass schon einmal in das Thema Fluggerät (inklusive einiger historischer Hintergründe) einführt. Um den Lufttransport zu verstehen, sei diese Klärung der Begrifflichkeiten jedoch vorangestellt.
Der Grund, weshalb - für luftfahrttechnische Laien wie auch für viele Fachleute - das Flugzeug als typischer Repräsentant aus der Menge der Fluggeräte gelten darf, ist, dass sich Flugzeuge im Vergleich zu anderen Fluggeräten besonders gut dazu eignen, Personen oder Material über längere Strecken zu transportieren. Dies begründet sich aus dem im Vergleich zu anderen Fluggeräten günstigen Energiehaushalt bei Flugzeugen für den Transport über längere Strecken. Kaum jemand würde es ernsthaft für praktikabel halten, Menschen oder Material mit einer Rakete über einen Ozean zu transportieren... ...jedenfalls erscheint es beim heutigen Stand der Technik wirtschaftlich und energetisch wenig sinnvoll im Vergleich zum Lufttransport per Flugzeug. Im Vergleich zu anderen energetisch günstigen Luftfahrzeugen wie Heißluftballons oder Luftschiffen bestechen Flugzeuge durch ihre überlegene Geschwindigkeit und Steuerbarkeit.
Moderne Verkehrsflugzeuge wie der Airbus A350 XWB sind darauf optimiert, lange Strecken mit hoher Geschwindigkeit zurückzulegen und dabei möglichst kosteneffizient zu sein. Die mitunter beeindruckenden technischen Eigenschaften moderner Verkehrsflugzeuge verkörpern diese Flugzeuge aber nicht einfach aus der Laune der entwickelnden Ingenieure heraus, die hätten zeigen wollen, was technisch möglich sei. Die technischen Eigenschaften ergeben sich oft aus den wirtschaftlichen Erwägungen zur Erfüllung der Transportsaufgabe des Flugzeugs. Dazu zählen beispielsweise Leichtbau und Elektronik aber auch modernste Triebwerkstechnik.
Wer sich mit Lufttransportsystemen beschäftigt, muss sich mit den vielfältigen Interaktionen und Abhängigkeiten und der sich daraus ergebenden Komplexität in der Luftfahrt auseinandersetzen. Um die Luftfahrt zu verstehen - und insbesondere die Bedeutung von Teilsystemen und Komponenten von Flugzeugen richtig einordnen zu können - ist daher eine analytische Herangehensweise vom Allgemeinen zum Speziellen - ausgehend vom Ansatz der Lufttransportsysteme - zu empfehlen. Nur so lassen sich auch neue ggf. unkonventionelle Lufttransportkonzepte verstehen und bewerten. In komplexen Systemen gilt: Das Ganze denken.