Tutorial: Grundlagen Treibstoffberrechnung - FXP-Air

Grundlagen der Treibstoffberrechnung
Einleitung
In Anlehnung an die neue Webseite fragte mich Emmanuel Kurz vor einigen Wochen, ob ich dazu bereit wäre ein Tutorial zur
Treibstoffberechnung zu erstellen. Dieses ist nun fertig gestellt und wird hier beispielhaft an einem Flug mit der Boeing 737-800 NG
von Wien Schwechat nach Athen Eleftherios Venizelos dargestellt.
Planung
Ich habe mir für dieses Tutorial die 738 NG ausgewählt, da diese erst unlängst von PMDG für den FSX released wurde. Ich wählte
die Heimatbasis Wien als Startflughafen und Athen, ebenfalls vor kurzem durch Fly Tampa als hervorragende Szenerie released,
als Ziel. Dieser Flug ist im Flugplan der VA mit der Flugnummer FX-8403 enthalten und kann dienstags, mittwochs und freitags
gebucht werden.
Ich werde hier mehrere Möglichkeiten aufzeigen, den sogenannten „Block-Fuel“ zu berechnen. Block Fuel ist die Spritmenge, die
insgesamt getankt wird und das Gewicht des Block-Fuel ergibt zusammen mit dem Gewicht der PAXe, der Fracht und des Dry
Operating Weight (DOW, Eigengewicht des Flugzeugs, Besatzung (Crew), Handgepäck der Besatzung, Trinkwasser, Getränke für
die Passagiere) das sogenannte Gross Weight. Dabei ist zu beachten, dass das MTOW (max. Take off Weight) des Fliegers nicht
überschritten werden darf. Je nach Flugzeugtyp und Länge der Flugstrecke kann es passieren, dass nicht voll beladen werden
kann, da durch die erforderliche Spritmenge das MTOW überschritten wird. Hier sei noch erwähnt, dass das MTOW aus
Sicherheitsgründen bei jedem Flugzeug so ausgelegt ist, dass es beim Start auch noch bei einem Ausfall eines Triebwerkes sicher
abheben kann.
Der Treibstoff wird immer in KG bzw. LBS gemessen, da das Volumen des Treibstoffs durch die großen Temperaturveränderungen
stark schwankt. (FL 340 ca. -52°, im Sommer am Gate bis zu 60°C).
Angemerkt sei hier noch, dass es unterschiedliche Möglichkeiten zur Spritberechnung gibt und in der realen Luftfahrt sind dafür die
Dispatcher der Fluggesellschaften verantwortlich. Außerdem gibt es unterschiedliche Minimum Richtlinien wie FAR-OPS
(USA+Teile der Welt), JAR-OPS (Europa).
Zunächst einmal Grundsätzliches zur Spritberechnung. Für den eigentlichen Flug würde der reguläre Treibstoff (Trip Fuel) reichen.
Dann würden allerdings nach der Landung noch auf der Landebahn die Tanks leer sein und die Triebwerke ausgehen.
Für einen IFR-Flug ist eine Mindestmenge an Treibstoff mitzuführen. Um einen Flug antreten zu dürfen, müssen vor dem Beginn
des Starts mindestens folgende Kraftstoffmengen an Bord sein:
Trip Fuel (TF) – Treibstoff für die geplante Flugroute vom Startflugplatz A nach Zielflugplatz B (ohne Treibstoffreserven), also
die Treibstoffmenge, die bei der Durchführung des Fluges verbraucht wird.
Contingency Fuel – 5% vom Tripfuel für eine bestimmte Strecke (z.B. Abweichungen durch ATC – Vorgaben, unerwartet
starker Gegenwind) oder die Treibstoffmenge die einer Flugzeit von fünf Minuten bei Holding Fuel Flow in 1500 ft AGL am
Ausweichflughafen entspricht, wobei der höhere Wert maßgebend ist.
Alternate Fuel – die eingeplante Treibstoffmenge, die für einen eventuellen Weiterflug vom Zielflughafen zum
Ausweichflughafen benötigt wird, falls der Zielflughafen während des Fluges geschlossen wird oder aus anderen Gründen
nicht mehr für die Landung geeignet ist. (Wetteränderung wie z.B. Sicht unter Minima, blockierte Landebahn usw.)
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Final Reserve Fuel – das absolute Minimum an (ausfliegbarem) Reservekraftstoff. Dieser Reservekraftstoff entspricht der
Kraftstoffmenge, die benötigt wird, um für eine Dauer von 30 Min./Jet, 45 Min./Prop, ein Holding in Form eines Racetrack
Patterns in einer Höhe von 1500 ft über Grund des Ausweichflughafens zu fliegen. Dieses Fuel garantiert, dass man an der
wirklich letzten verfügbaren Landemöglichkeit noch Verzögerungen (Holdings) in Kauf nehmen kann. Sollte irgendwann einmal
die Spritmenge in den Tanks weniger betragen und der Flieger ist in der Luft, so ist seitens des Commanders „Luftnotlage“ zu
erklären!
Wenn man die oben genannten Mengen addiert, erhält man das so genannte „Minimum Takeoff Fuel (MinTOF). Zusätzlich werden
noch folgende Mengen getankt:
Taxi Fuel – Treibstoff für Anlassen und Rollen zur Startbahn. Kann individuell festgelegt werden und von einem Flug zum
anderen variieren.
Extra Fuel oder Captain Discretion Fuel – „Im Ermessen des Kapitäns“, je nach „Bauchgefühl“ des Piloten, z.B.
Wettervorhersage, Erfahrungen mit Verspätungen, stellt also eine Reserve für Dinge dar, die mit den o. g. Mengen nicht
abgedeckt werden.
Addiert man Taxi Fuel und Extra Fuel zum Minimum Takeoff Fuel, erhält man das Block Fuel, das heißt, die Treibstoffmenge, die
getankt wird. Wenn weit abgelegene Flughäfen (z.B. Inseln im Pazifik) angeflogen werden, für die es keinen geeigneten
Ausweichflughafen gibt, kann das Alternate Fuel auch durch die Menge an Treibstoff ersetzt werden, die während zwei Stunden
Reiseflug verbraucht wird.
Beeinflusst wird die Treibstoffberechnung, die das Flight Planned Fuel Load ergibt, aber auch noch von anderen Faktoren, als da
wären:
Planned Aircraft Landing Weight– Geplantes (voraussichtliches) Landegewicht, d.h. das höchst wahrscheinliche Gewicht am
Zielflughafen, wenn die Treibstoffreserven nicht angerührt werden mussten. Planned Aircraft Landing Weight = Zero Fuel
Weight + Final Reserve Fuel + Alternate Fuel + Route Reserve. Das geplante Landegewicht ist die Basis für alle
Berechnungen
Fluggeschwindigkeit (Cruise Mach Number)
Reiseflughöhe (Cruise Level)
Pay Load (Nutzlast) – Das Gewicht aller Passagiere (PAXe) einschließlich Gepäck, Handgepäck, Luftfracht (Cargo), Post
(ohne Treibstoff und Leergewicht)
Der Abstand zwischen zwei Flughäfen lässt sich aus der Karte entnehmen. Dieser Abstand wird um den Windeinfluss korrigiert
und man erhält die NAM (Nautical Air Miles). BSP: von A nach B sind es 600 NAM. Das Flugzeug fliegt 400 NAM/Stunde. Bei null
Wind entsprechen die 600 NAM auch 600 NAM. Bei 100 NAM/Stunde Gegenwind entspricht die Geschwindigkeit des Flugzeugs
von 400 NAM/Stunde nur noch 300 NAM/Stunde und erfordert nicht nur 1,5 Stunden von A nach B, sondern noch einmal eine
halbe Stunde zusätzlich, um den Gegenwind zu kompensieren. Das Flugzeug ist also insgesamt 2 Stunden in der Luft und hat
nicht 600 NAM, sondern 800 NAM zurückgelegt und deshalb auch Treibstoff für 800 NAM (2 Stunden) verbraucht.
Für unseren Flug von Wien nach Athen benötigen wir zunächst eine Route. Hierzu bedient man sich am einfachsten dem
Routfinder Asalink: http://rfinder.asalink.net/free
Die dort erstellten Routen sind nicht CFMU validiert, was für den Flusi und die Onlinefliegerei nicht von Bedeutung ist. Wer
dennoch as real as it gets fliegen möchte, kann sich auch bei Asalink registrieren und gegen eine geringe Gebühr Routen erstellen
lassen, die auch Restrictions beinhalten und diese anschließend (kostenlos) bei Eorocontrol validieren lassen
https:\\www.public.cfmu.eurocontrol.int/PUBPORTAL/gateway/spec/index.html
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Unsere Route sieht unter Zugrundelegung des AIRAC Cycle 1110 folgendermaßen aus:
LOWW SASAL2C SASAL UZ21 BABIT UT23 TADAM UM127 VAL UL616 KOGAT
UN130 TALAS UN132 ELPIS UP20 ABLON ABLON1C EGN LGAV
Alternate Airport wird LGEL (Elfsis) sein mit einer Distanz von nur 20 NM vom eigentlichen Ziel. In der Regel ist als
Ausweichflughafen von vornherein ein weiter abgelegener (oder zweiter) zu wählen, da bei entsprechend schlechtem Wetter am
Zielflughafen ebenfalls ein nahegelegener Alternate betroffen sein kann.
SID (Standard Instrument Departure) wird die SASAL2C von der Startbahn 29 ausgehend sein. STAR (Standard Terminal Arrival
Route) die ABLON1C zur Transition EGN (AIGINA NDB) für den ILS Z Approach der Landebahn 03L in Athen. Um die genauen
SID’s, STAR’s und Transitions zu erfahren, sollte man sich die aktuellen Charts der entsprechenden Flughäfen downloaden
oder/und ein Zusatzprogramm wie z.B. den FlightSimCommander oder EFB von AivlaSoft benutzen. Die Gesamtflugstrecke
beträgt 758 NAM auf FL 350.
Angenommen werden für das Erreichen der Reiseflughöhe eine Steigrate von 1800 ft/min bei 220 kt und diese wird somit nach 19
min. bzw. 91nm nach dem Take off erreicht. Für das Erreichen des Final Fix wird ebenfalls eine Sinkrate von 1800 ft/min bei 220 kt
angenommen und muss somit 86 nm vorher beginnen. Bei einer angenommenen Reisegeschwindigkeit (Cruising speed) von 450
kn GS (Groundspeed) bei null Wind wird die vorausberehnete Flugzeit ungefähr 1:56 Stunden betragen. Die
Reisegeschwindigkeit, Steig- und Sinkrate kann je nach Auswahl den CI (Costindex) variieren. Da sich der Spritmehrverbrauch
beim Steigen mit dem geringeren Verbrauch beim Sinkflug in etwa ausgleicht, kann man das für unsere Fälle für die
Spritberechnung außer Acht lassen und angenommen wird eine reine Flugzeit von 1:56 Stunden.Bei der NG 737-800 geht man
von einem Spritverbrauch von 1 kg je Sekunde Flugzeit aus.
Für unseren Flug von Wien nach Athen würde sich also folgendes ergeben:
Wir gehen bei der NG von einem Max Zero Fuel Weight von etwa 62 700 kg aus, sind also voll beladen. Das Max Take Off Weight
der 738NG beträgt 79 000 kg.
Fuel
Trip Fuel von Wien nach Athen für die Flugzeit von 116 Minuten
Contingency Fuel 5%
Alternate Fuel (ca. 10 Min. Flugzeit)
Final Reserve Fuel
Taxi Fuel (für ca. 10 Min.)
Extra Fuel (bleibt hier mal unberücksichtigt)
6960kg
348kg
600kg
1800kg
120 kg
----------
Block Fuel
9828 kg
Damit ergibt sich:
Weight
Zero Fuel Weight
62700 kg
Gross Weight
72528 kg
Takeoff Weight (abzgl. Taxi Fuel)
72408 kg
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Das Take off Weight ist maßgeblich für die Berechnung und die Eingabe des Derated T/O und der Flex Temperatur in das FMS.
Dies sei nur am Rande erwähnt und wäre Bestandteil eines Tutorials für die Programmierung des Flight Management Computers.
Die Spritberechnung ist ein sehr komplexes Thema und dafür sind wie anfangs schon erwähnt bei den Fluggesellschaften die
Dispatcher verantwortlich. Bei meinen Recherchen im Internet bin ich auf einen sehr interessanten Artikel gestoßen, was die
derzeitige Treibstoffberechnung bei TuiFly anbelangt. Da ich mich in jeglichen Foren, was die Flugsimulation anbelangt
„herumtreibe“, kann leider dazu keine Quellenangabe mehr liefern. Sollte der eigentliche Autor darauf stoßen, so möge er mir
verzeihen. Danach wird bei der Tui folgendermaßen verfahren. Man will dadurch wahrscheinlich auch noch die Dispatcher und
somit weitere Kosten einsparen.
Da sich der Cost-Index (CI) auf den Spritverbrauch auswirkt, wurde dieser drastisch auf einen Wert zwischen 13-17 reduziert (Tui,
Air Berlin, Germanwings, US Airways). Unabhängig vom Wind, Meilen und Gewichten(!) ergibt sich folgende Spritberechnung:
Flugzeit + 60 Minuten x 40 Kg/Min. + 5 % (Contingency Fuel) + 1800 Kg Alternate Fuel (egal wie lange und wohin und das Reserve
Fuel ist darin enthalten) + Taxi Fuel 200 Kg. Nach dieser Formel würde sich für unseren Flug folgende Treibstoffmenge ergeben:
Fuel
Flugzeit 116 min. + 60 min. = 176 min. x 40 kg
7040 kg
Contigency Fuel 5%
352 kg
Alternate Fuel
1800 kg
Taxi Fuel
200 kg
Block Fuel
9392 kg
Wie man erkennen kann kommt man nach dieser „Faustformel“ auf fast ähnliche Ergebnisse wie im ersten Rechenbeispiel. Ich
habe diese Rechnung auch mit dem Tool Topcat durchgeführt und kam dort auf einen Wert von 8215 kg fürs Block Fuel, wobei
Topcat keinen Alternate mit einbezieht und grundsätzlich immer von einer Reserve von 2000 kg ausgeht.
Nebenbei bemerkt ist in der VFR Fliegerei auch eine Treibstoffplanung vorgeschrieben, allerdings ist diese nicht so umfangreich
wie in der IFR Fliegerei. Sofern der Schwerpunkt und die maximale Zuladung dies erlauben, tankt man voll. Im Handbuch des
Flugzeuges ist auch immer der Verbrauch pro Stunde angegeben. Eine Cessna 172 verbraucht zum Beispiel je nach Motor etwa
35 l/h im Reiseflug. Generell plant man:
Tripfuel
5 Liter für den Start
5 Liter für die Landung
30 Minuten Reserve
Michael Steininger
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