Kurs - Feuervogel
Werbung
Navigation für ULM & DPM-Piloten Ausgabe 2008 Entstanden aus einer Zusammenarbeit von Raoul Severin (Aero-Club der 3 Grenzen) und Alfons Velz (AMC Feuervogel) -1- INHALT KAPITEL 1 KAPITEL 2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.4 2.5 KAPITEL 3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 3.5 3.6 KAPITEL 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.8.1 4.8.2 KAPITEL 5 5.1 5.2 5.3 KAPITEL 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 KAPITEL 7 : WAS IST NAVIGATION? ......................................................................................... 3 : DIE ERDE ............................................................................................................. 4 GESTALT DER ERDE ................................................................................................ 4 STANDORT ............................................................................................................. 4 GEOGRAPHISCHES KOORDINATENSYSTEM ............................................................... 4 GROßKREISE UND KLEINKREISE ............................................................................... 5 GEOGRAPHISCHE KOORDINATEN ............................................................................. 5 BREITEN- UND LÄNGENUNTERSCHIED....................................................................... 5 ENTFERNUNG ......................................................................................................... 6 ENTFERNUNGSMAß – NM ........................................................................................ 6 RICHTUNG .............................................................................................................. 7 ORTHODROME UND KURSGLEICHE ........................................................................... 7 : ZEIT ..................................................................................................................... 8 JAHR ...................................................................................................................... 8 TAG ....................................................................................................................... 9 ZEITSYSTEME ....................................................................................................... 10 MITTLERE ORTSZEIT ............................................................................................. 10 ZONENZEIT ........................................................................................................... 10 STANDARDZEIT – MITTELEUROPÄISCHE ZEIT .......................................................... 10 MITTELEUROPÄISCHE SOMMERZEIT ....................................................................... 11 SONNENAUFGANG UND SONNENUNTERGANG ......................................................... 11 DÄMMERUNG ........................................................................................................ 11 NACHT ................................................................................................................. 11 : LUFTFAHRTKARTEN ............................................................................................ 11 ALLGEMEINES ....................................................................................................... 11 MAßSTAB ............................................................................................................. 11 PROJEKTIONSARTEN ............................................................................................. 12 LAMBERTSCHE SCHNITTKEGELPROJEKTION ............................................................ 12 MERKATORPROJEKTION ........................................................................................ 12 ÜBERBLICK ÜBER DIE LUFTFAHRTKARTEN ............................................................... 12 SICHTAN-/ABFLUGKARTEN ..................................................................................... 13 ABSETZEN VON KURSEN UND ENTFERNUNGEN ....................................................... 13 KURSENTNAHME ................................................................................................... 13 ENTNAHME DER ENTFERNUNG ............................................................................... 13 : WINDEINFLUSS ................................................................................................... 14 EINFLUSS DES W INDES AUF DIE NAVIGATION .......................................................... 14 RÜCKENWIND UND GEGENWIND ............................................................................. 15 WINDDREIECK ...................................................................................................... 16 : MAGNETKOMPASS .............................................................................................. 18 ERDMAGNETFELD ................................................................................................. 18 AUFBAU DES MAGNETKOMPASSES ......................................................................... 19 KOMPASSABLENKUNG – DEVIATION ....................................................................... 19 DREH- UND BESCHLEUNIGUNGSFEHLER DES KOMPASSES ....................................... 19 MAGNETKOMPASS UND KURSKREISEL .................................................................... 19 : KURSE ............................................................................................................... 20 -2- Kapitel 1: Was ist Navigation? Wir möchten von Büllingen nach Liernu fliegen. Auf der Luftfahrtkarte ziehen wir einen Strich von Flugplatz zu Flugplatz. Das ist die Kurslinie. Mit einem Kursdreieck, einem speziellen Winkelmesser, messen wir den Kurs (In unserem Beispiel: 280°), die Entfernung betragt etwa 105 km. Von der telefonischen Wettervorhersage erhalten wir den mittleren Wind mit 330/8, d.h. Wind aus 330° mit einer Stärke von 8 kt (8 Knoten ergeben +/- 15 Km/H). Wir müssen das Fluggerät nach rechts gegen den Wind vorhalten, um nicht vom Kurs abzukommen. Die Berechnung ergibt einen Vorhaltewinkel von 4°, der Steuerkurs wird also 284° betragen. Aufgrund unserer Geschwindigkeit von 100 Km/h und der geplanten Fluggeschwindigkeit werden wir für die Flugstrecke etwa 66 Minuten Flugzeit benötigen. Die Flughöhe legen wir mit 2500 ft fest; damit kommen wir sicher über jedes Hindernis. Auf einem Blatt notieren wir Kurse, Flugzeiten und markante Landschaftspunkte entlang der Strecke. Was hier als Beispiel beschrieben wird, ist Navigation, genauer gesagt Flugnavigation. Flugnavigation ist das sichere Führen eines Luftfahrzeuges von einem Ausgangsort zu einem Zielort und die Bestimmung des jeweiligen Standortes. Navigation beginnt nicht erst in der Luft, sondern, wie es das Beispiel zeigt, schon als Flugplanung vor dem Fluge. Die Flugnavigation gibt Antwort auf folgende Fragen: Standort Kurs Entfernung Zeit Flughöhe " Wo bin ich? " " In welcher Richtung liegt mein Zielort? " " Wie weit ist es bis zum Zielort? " " Wann bin ich am Zielort? “ " Wie hoch muss ich fliegen? " Bei einer Sichtnavigation (engl. Visual Navigation), auch terrestrische Navigation genannt, führt der Pilot das Flugzeug entlang markanter, gut sichtbarer Geländepunkte oder Geländelinien von einem Ort zum anderen. Diese Geländepunkte bzw. -linien wie z.B. Städte, einzelne Türme, Autobahnen oder Flüsse entnimmt der Pilot einer Karte (Luftfahrtkarte). Durch Aufsuchen dieser Punkte und Linien und Vergleichen mit der Karte findet er den Flugweg. Das Ergebnis der Sichtnavigation ist eine terrestrische Standlinie (engl. Visual Line of Position) z.B. ein Fluss, oder ein Standort (engl. Position), z.B. Kreuzungspunkt einer Autobahn mit einer Eisenbahnlinie. -3- Kapitel 2: Die Erde 2.1 Gestalt der Erde Die Erde ist eine Kugel, durch deren Endpunkte eine Achse läuft. Die Endpunkte dieser Achse heißen geografischer Nordpol und geografischer Südpol. Wie wir später noch sehen werden, kommt es für Kursberechnungen außer auf die geografischen ganz besonders auch auf die magnetischen Pole an. Der magnetische Pol auf der Nordhalbkugel der Erde ist nämlich mit dem geografischen Pol nicht identisch; er liegt vielmehr zurzeit etwa 1.800 km vom geografischen Nordpol entfernt in Nordkanada. Der Erdmittelpunkt heißt Geozentrum. Trotz ihrer Kugelform ist die Erde nicht ganz rund. Sie ist am Äquator "dicker" als an den Polen. Am Äquator ist der Durchmesser der Erde rund 42 km größer als von Pol zu Pol. Der Durchmesser der Erde beträgt am Äquator 12.756 km, an den Polen nur 12.714 km. Die Erde wird bezeichnet als Geoid. Der Erdumfang beläuft sich am Äquator auf 40.000 km oder - umgerechnet ausgedrückt 21.600 Nautische Meilen (1 NM = 1 Seemeile oder 1,852 km). 2.2 Standort 2.2.1 Geographisches Koordinatensystem Um einen Punkt auf der Erdoberfläche exakt bestimmen zu können, werden Koordinaten benutzt. Koordinaten sind die Abstände des Punktes nach seiner Länge (ausgedrückt in Längengraden = Meridianen) und Breite (ausgedrückt in Breitengraden). Längen- und Breitengrade beziehen sich auf eine bestimmte Linie, den Null- oder Greenwichmeridian bezüglich der Länge, bzw. den Äquator bezüglich der Breite. Es gibt 360 Längengrade, die alle gleich lang sind. Jeder Längengrad wird in 60 Minuten (60') eingeteilt, jede Längenminute in 60 Sekunden (60"). Der Abstand eines Längengrades zum nächsten beträgt am Äquator 21600 NM: 360° = 60 NM oder 40.000 km: 360° = 111,11km. Ausgehend vom Nullmeridian ist das Längengradnetz der Erde nach Westen in 180° (W) und nach Osten (E=East) in 180° eingeteilt. Östliche Länge hat international das Vorzeichen +, westliche Länge das Vorzeichen -, Es gibt 180 Breitengrade, auch Bogengrade genannt. Der Äquator ist der längste alle Breitenkreise und schneidet die Meridianen in einem Winkel von 90°. Die Breitengrade sind wie die Längengrade in 60 Minuten (60’) eingeteilt, wovon jede Breitenminute in 60 Sekunden (60") eingeteilt ist. Ausgehend vom Äquator ist das Breitengradnetz der Erde 90° nach Norden (N=North) und nach Süden (S=South) eingeteilt. Nördliche Breite hat international das Vorzeichen +, südliche Breite das Vorzeichen -. -4- 2.2.2 Großkreise und Kleinkreise Großkreise: Eine Apfelsine kann man in zwei Stücke schneiden, sodass man zwei gleiche oder zwei unterschiedlich große Stücke hat. Hat man zwei gleich große Stücke, so führte der Weg des Messers durch den Mittelpunkt der Apfelsine. Würde man das gleiche mit der Erde machen, so spricht man von Großkreisen. Der Äquator und die Meridiane sind Großkreise, die sich gegenseitig alle in der Erdachse schneiden. Alle Meridiane sind gleich land. Doch auch alle anderen Kreise, deren Zentrum auch das Zentrum der Erde ist sind Großkreise. Das Segment eines Großkreises stellt die kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten auf der Erde dar. Kleinkreise: Schneidet man hingegen zwei unterschiedlich große Stücke, so spricht man von Kleinkreisen. Alle Breitenkreise, außer dem Äquator, sind Kleinkreise. Kleinkreise führen nicht durch den Erdmittelpunkt 2.2.3 Geographische Koordinaten Geografische Breite und Länge ergeben die Koordinaten eines Punktes auf der Erdoberfläche. Bei Positionsangaben wird immer zuerst die Breite und dann die Länge genannt. Beispiel 52 31 11 N 007 36 47 E Ausgedrückt wird dies so 51 Grad, 31 Minuten, 11 Sekunden Nord, 7 Grad, 36 Minuten, 47 Sekunden Ost. 2.2.4 Breiten- und Längenunterschied Um die Längendifferenz zwischen zwei Orten zu bestimmen, geht man folgendermaßen vor: Falls beide Orte östlich bzw. westlich des Nullmeridians liegen, wird der gesuchte Wert durch Subtraktion der kleineren von der größeren Ortsangabe ermittelt. Beispiel : Die Längendifferenz beträgt: 08 20 36 Ort A: 08 20 36 - 08 37 02 Ort B: 08 37 02 = 0 16 26 Liegt dagegen ein Ort östlich, der andere westlich des Nullmeridians, so müssen die Werte beider Ortsangaben addiert werden: Beispiel : Ort A : 02 14 58 Ort B : 07 26 14 Die Längendifferenz beträgt: 02 14 58 + 07 26 14 = 09 40 72 d.h. 09 41 12 Man beachte bei diesen Rechnungen, dass es hier keine Hunderter- sondern Sechziger-Einheiten gibt! -5- Für die Berechnung der Breitendifferenz zweier Orte gilt: Liegen beide Orte nördlich (N) (bzw. südlich/S) des Äquators, wird der kleinere Wert vom größeren subtrahiert. Beispiel : Die Breitendifferenz beträgt 52 17 09 N - 50 04 30 N 02 12 39 Liegt ein Ort nördlich, der andere südlich vom Äquator, werden beide Werte addiert. Beispiel Die Breitendifferenz beträgt 15 54 30 N + 10 33 30 S 26 28 00 2.3 Entfernung 2.3.1 Entfernungsmaß – NM Entfernungen werden in Nautischen Meilen (NM = Seemeilen) angegeben 1 NM entspricht 1,852 km. Merken Sie sich bitte die Faustformel für die Umrechnung von km in NM. Sie lautet (km: 2) + 10 % Die Faustformel für die Umrechnung von NM in km lautet demzufolge (NM x 2) -10 % Beispiel: Wie viele NM sind 40 km? Wir rechnen : ( 40 km: 2) + 10 % = 20 NM + 2 NM = 22 NM 1° (1 Breitengrad)= 60 NM = 111 km 1‘ (1 Breitenminute) = 1 NM = 1,852 km 1" (1 Breitensekunde)= 0,017 NM = 0,031 km Auf jedem Längenkreis und jedem Großkreis entspricht: 1°= 60 NM und 1'= 1 NM Kurze Entfernungen können ausnahmsweise in Metern (m) angegeben werden. Entfernungen, die in einer Stunde zurückgelegt werden (NM/h), sind horizontale Geschwindigkeiten. Sie werden in Knoten (englisch knot, abgekürzt kt), gelegentlich auch noch in Meilen pro Stunde (Mph = Miles per hour) ausgedrückt. Hierzu sollten Sie sich folgende Faustformeln einprägen: km/h → kts (km/h : 2) + 10% = kts kts → km/h (kts x 2) -10% = km/h M → ft (M x 3) + 10 % = ft ft → M (ft : 3) – 10 % M/sec → ft/min M/sec x 200 = ft/min ft/min → M/sec ft/min : 200 = M/sec km/h → M/sec (km/h : 4) + 10 % = M/sec M/sec → km/h (M/sec x 4) – 10 % = km/h -6- 2.4 Richtung Richtungen werden von der Bezugsrichtung Norden im Urzeigersinn als Winkel von 000° bis 360° gemessen. Die vier Haupthimmelsrichtungen sind: Nord oder N (für North) 000° oder 360° Ost oder E (für East) 090° Süd oder S (für South) 180° West oder W (für West) 270° Dazu kommen noch folgende Zwischenhimmelsrichtungen: Nord-Ost NE 045° Süd-Ost SE 135° Süd-West SW 225° Nord-West NW 315° 2.5 Orthodrome und Kursgleiche Orthodrome: Die kürzeste Verbindung zweier Punkte auf der Erdoberfläche heißt Orthodrome. Die Orthodrome ist immer ein Stück eines Großkreises (engl. Great Cirlcle, GC). Fliegen wir auf einer Orthodrome entlang, ändert sich unser Kurs ständig, weil diese kürzeste Verbindungslinie alle Meridiane unter einem anderen Winkel schneidet; für UL's daher uninteressant, weil es sich hierbei um große Entfernungen handelt. Kursgleiche: Um immer den gleichen Kurs halten zu können, bewegen wir uns auf einer anderen Linie, der Kursgleichen (Loxodrome). Sie schneidet alle Meridiane unter dem gleichen Winkel. Alle Meridiane und der Äquator sind sowohl Orthodrome als auch Kursgleiche. -7- Kapitel 3: Zeit 3.1 Jahr Die Erde umkreist die Sonne einmal pro Jahr in Form einer elliptischen Bahn. Zugleich dreht sich die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne einmal in 24 Stunden um sich selbst und zwar von Westen nach Osten (vom Norden her betrachtet). Deshalb kommt es uns so vor, als ginge die Sonne im Osten auf und im Westen unter. Nun steht die durch die beiden Pole verlaufende (gedachte) Erdachse nicht senkrecht zur Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Auch die Äquatorebene steht nicht senkrecht zur Verbindungslinie der Magnetpole. Sie schneidet die Erdachse rechtwinklig im Geozentrum. Die Erdachse steht zur Erdumlaufbahn um die Sonne in einem Neigungswinkel von 66 Grad 33 Minuten; Durch diese Schrägstellung und die dadurch bewirkte unterschiedliche Stellung der Erde zur Sonne werden die Jahreszeiten hervorgerufen. Frühlingsanfang, 21. März Die Sonne steht mittags genau über dem Äquator. Danach entfernt sie sich täglich weiter vom Äquator in nördliche Richtung bis auf 23,5° nördliche Breite. Sommeranfang, 21. Juni Die Sonne steht mittags über einem Punkt, der auf 23,5° nördlicher Breite liegt (nördlicher Wendekreis des Krebses). Herbstanfang, 23. September Die Sonne steht mittags wieder über dem Äquator. Dann entfernt sie sich vom Äquator in südliche Richtung bis auf 23,5° südlicher Breite. Winteranfang. 21. Dezember Die Sonne steht mittags über einem Punkt, der auf 23,5° südlicher Breite liegt (südlicher Wendekreis des Steinbocks). Die Sonne wandert wieder in nördliche Richtung zurück zum Frühlingspunkt. -8- 3.2 Tag Ein Tag hat 24 Stunden, wie wohl jeder weiß. Doch dies ist nicht ganz korrekt, wie wir gleich sehen werden. Am 21. März und 23. September, wenn die Sonne über dem Äquator steht, sind Tag und Nacht gleich lang; am 21. Juni ist auf der Nordhalbkugel der längste und am 21. Dezember der kürzeste Tag. Die Länge eines wahren Sonnentages ist nicht konstant, also nicht immer 24 Stunden, sondern sie ändert sich etwas im Laufe eines Jahres. Im Durchschnitt dauert ein Tag 23:56:04 Stunden. Dies kommt u.a. daher, dass sich die Erde auf einer elliptischen Bahn und damit verschieden schnell um die Sonne bewegt. Man hat sich daher eine andere Sonne "gedacht", die sich scheinbar mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um die Erde bewegt; man nennt sie die mittlere Sonne (engl. Mean Sun). Die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden unteren Kulminationen der mittleren Sonne nennt man einen mittleren Sonnentag oder bürgerlichen Tag. Seine Länge, die konstant ist, entspricht der Durchschnittslänge aller wahren Sonnentage. Den mittleren Sonnentag teilt man in 24 Stunden, jede Stunde in 60 Minuten und jede Minute in 60 Sekunden ein. Die Datumsgrenze liegt etwa beim Meridian 180°. Der Tag beginnt um 00.00 Uhr und endet um 24.00 Uhr. Es gibt also eine mittlere Zeit (engl. Mean Time), nach der mittleren Sonne, und eine wahre Zeit, nach der wahren Sonne, die im Allgemeinen voneinander verschieden sind. Die Differenz beider heißt Zeitgleichung, sie kann bis zu 16 Minuten betragen. Die wahre Zeit wird in der Astronomie verwendet. In unserem täglichen Leben spielt nur die mittlere Zeit (der mittlere Sonnentag mit genau 24 Stunden) eine Rolle. Zeit und geografische Länge stehen in unmittelbarer Beziehung zueinander auf der Grundlage von 24 Stunden zu 360 Längengraden. Längenunterschiede lassen sich so in Zeit und Zeit in Längenunterschiede umrechnen: Längengrade 360° 15° 1° 15’ 1’ 15’’ Zeit 24 h 1h 4 min 1 min 4 sec 1 sec Beispiele Umrechnung Längendifferenz in Zeit : Welchem Zeitunterschied entspricht ein Längendifferenz von 64°18'45“? Hinweis: Dividiere Längengrade, -minuten und -sekunden durch 15 und multipliziere den Rest mit 4. 64° : 15 = 4 h, Rest 4° x 4 = 16 min 18' : 15 = 1 min, Rest 3' x 4 = 12 sec 45" : 15 = 3 sec 64°18' 45" Längendifferenz entsprechen somit einem Zeitunterschied von 4 h 17 min 15 sec. -9- Umrechnung Zeit in Längendifferenz: Welchem Längenunterschied entspricht eine Zeitdifferenz von 7 h 25 min 47 sec? Hinweis: Multipliziere die Stunde mit 15, dividiere die Minuten und Sekunden durch 4 und multipliziere den Rest mit 15. 7h x 15 = 105° 25 min : 4 = 6° Rest 1 x 15 = 15' 47 sec : 4 = 11' Rest 3 x 15 = 45" 7h 25min 47 sec Zeitunterschied entsprechen somit einer Längendifferenz von 111º 26’ 45’’. 3.3 Zeitsysteme 3.3.1 Mittlere Ortszeit Die mittlere Ortszeit ist die Zeit berechnet auf den Meridian eines Ortes und der mittleren Sonne. Das heißt dass es 12 Uhr mittlerer Ortszeit ist wenn die Sonne genau über diesem Ort steht. 3.3.2 Zonenzeit Das Umkreisen der Sonne während eines Jahres und die Umdrehung der Erde um sich selbst sind die Grundlagen der Zeitbestimmung. Die Erde ist in 24 Zeitzonen eingeteilt. Sie werden mit Buchstaben gekennzeichnet. Jede Zeitzone umfasst 15 Längengrade. Am Längengrad Null, der vom geografischen Nordpol über London (Greenwich) und Westfrankreich bis zum Südpol führt, wird die Zeit als so genannte Zulu-Zeit (Der Begriff stammt aus dem Morse-Alphabet) oder auch koordinierte Weltzeit (UTC -Universal Time Coordinated) bezeichnet. Hier beginnt die Zeitzone Alpha, in der u.a. auch Belgien liegt. Östlich des Null-Meridians addiert man zu jeder Zeitzone eine Stunde hinzu. Die in Belgien gebräuchliche Zeit ist die Winterzeit (= Mitteleuropäische Zeit - MEZ = Alpha Zeit); Die Alpha-Zeit beträgt somit bereits eine Stunde mehr als UTC. 3.3.3 Standardzeit – Mitteleuropäische Zeit Die starre Zeiteinteilung von 15° zu 15° ist wegen der meist anders verlaufenden Staatsgrenzen wenig vorteilhaft. Fast jeder Staat hat für sein Hoheitsgebiet eine Standardzeit eingeführt. Damit es innerhalb von Europa keine Zeitunterschiede gibt haben sich alle Länder auf die MEZ, oder Mitteleuropäische Zeit geeinigt. Es ist die Zeit der Zeitzone A, die 1 Stunde weniger als die Koordinierte Weltzeit auch UTC (Universal Time Coodinated) zählt. Die MEZ ist also auch die Winterzeit in Belgien. - 10 - 3.3.4 Mitteleuropäische Sommerzeit Wenn in Belgien die Sommerzeit beginnt, stellen wir unsere Uhren gegenüber der Winterzeit um eine Stunde vor; wir richten uns dann nach einer Zeitzone, die in Wirklichkeit eine Stunde weiter östlich liegt (= Osteuropäische Zeit - OEZ = Bravo-Zeit). Diese dann benutzte Zeit liegt zwei Stunden vor UTC. Beispiele: - 12.00 Uhr UTC im Winter ist in Belgien 13.00 Uhr (also UTC im Winter ist MEZ – 1ST.) - 12.00 Uhr UTC im Sommer ist in 14 Uhr (also UTC im Sommer ist MEZ – 1ST.) 3.4 Sonnenaufgang und Sonnenuntergang Sonnenaufgang (SR für sunrise) ist wenn der obere Rand der Sonne am Horizont erscheint, Sonnenuntergang (SS für sunset), wenn ihr oberer Rand am Horizont verschwindet. Die Zeiten für Sonnenaufgang und Sonnenuntergang sind überall verschieden, sogar auf einem gleichen Längenkreis. Diese Zeiten kann man Tabellen entnehmen. 3.5 Dämmerung Nachdem die Sonne untergegangen ist es noch eine gewisse Zeit hell, es dämmert. Das gleiche Phänomen tritt vor Sonnenaufgang ein. Diese Zeit nennt man Dämmerung. Im Sommer ist diese Zeitspanne größer als im Winter. Im Durchschnitt jedoch dämmert es während etwa 40 Minuten. 3.6 Nacht Die Nacht ist der Zeitraum zwischen dem Ende der abendlichen Dämmerung und dem Beginn der morgendlichen Dämmerung. Die Nacht für die Luftfahrt beginnt um SS+30 und endet um SR-30 Kapitel 4: Luftfahrtkarten 4.1 Allgemeines Die Abbildung der gewölbten Erdoberfläche auf Karten ist problematisch, weil sich das dreidimensionale Erdbild (Länge, Breite, Hohe) kaum ohne Verzerrungen auf die zwei Dimensionen (Länge, Breite) einer Karte bringen lässt. Das Problem besteht darin, die Flächen, Längen und Winkel im zueinander richtigen Verhältnis darzustellen. Uneingeschränkte Flächen-, Längen- und Winkeltreue lässt sich nur auf dem Globus erzielen. Wenn Sie zwei beliebige unterschiedliche Karten eines bestimmten Gebietes vergleichen, werden Sie auf zumindest geringfügige Unterschiede stoßen. Die Methode der Abbildung eines Teils der Erdoberfläche auf Karten heißt Projektion. 4.2 Maßstab Die Abbildung der Erdoberfläche auf einer Karte steht in einem bestimmten Verhältnis der Kartenlänge zur Naturlänge. Dieses Verhältnis heißt Maßstab. Ein Maßstab 1: 1 wäre eine naturgetreue Abbildung. Der Maßstab 1:2 bedeutet, dass die Abbildung halb so groß ist wie das Original. Im Maßstab 1:10 wird das Original auf der - 11 - Karte 10-mal kleiner als in Wirklichkeit dargestellt; 1 cm auf der Karte sind dann 10 cm im Original. Bei einem Maßstab von 1:5.000 ist die Abbildung 5.000 mal kleiner als das Original; 1 cm entspricht 50 m. lm Maßstab 1:250.000 entspricht 1 cm im Verhältnis zum Original 250.000 cm = 2.500 m= 2,5 km. Wenn 6 cm einer Entfernung von 15 km entsprechen, so entspricht 1 cm 15 km: 6 = 2,5 km (=2.500 m= 250.000 cm); der Maßstab beträgt also 1:250.000. Bei der Luftfahrtkarte "Low Air" 1:250.000 entspricht 1 cm in Wirklichkeit 2,5 km. Dann kann man ausrechnen, wie viel cm 105 km sind! 105: 2,5 = 42 cm. 27 cm entsprechen 27 ma12,5 km = 67,5 km. Jetzt wollen wir diese Entfernung in NM umrechnen. 1 NM sind 1,852 Km. 67,5:1,852 = 36,45 oder gerundet 36,5 NM. 4.3 Projektionsarten Die Erde kann nur auf einem Globus ohne Verzerrungen dargestellt werden. Bei der Darstellung der Erde auf einer Ebene entstehen Verzerrungen. Hiernach werden zwei Projektionsarten erläutert. 4.4 Lambertsche Schnittkegelprojektion Die Lambertsche Schnittkegelprojektion; diese Projektionsart geht davon aus, dass ein Kegel über die Erde gestülpt wird. An zwei Breitenkreisen, den sog. Bezugsbreitenkreisen (=Standardparallelen) ist diese Projektionsart längen- und maßstabsgetreu. Wegen ihrer annähernden Längen-, Flächen- und Winkeltreue wurde diese Projektionsart der Luftfahrtkarte ICAO 1:250.000 zugrunde gelegt. 4.5 Merkatorprojektion Die Mercatorprojektion; mit Hilfe dieser Projektionsart können Flächen winkeltreu abgebildet werden Stellen Sie sich ein zylindrisches Gradnetz um die Erde herumlaufend vor. Die Meridiane werden hierbei als gerade Linien, die zueinander parallel verlaufen, abgebildet. Die Breitengrade verlaufen im rechten Winkel zu den Meridianen. 4.6 Überblick über die Luftfahrtkarten Es werden verschiedene Luftfahrtkarten im Unterricht verteilt und besprochen. - 12 - Zur Navigation mit dem UL werden ICAO-Karten 1:500.000 empfohlen, weil dort u.a. Beschränkungsgebiete und militärische Tieffluggebiete eingezeichnet sind. Flugplätze sind auf dieser Karte mit einem UL-Symbol gekennzeichnet wenn sie ausschließlich für den UL-Flugbetrieb zugelassen sind. Es gilt allgemein die Verpflichtung immer die neueste Ausgabe zu gebrauchen. Das Datum über den Stand der Flugsicherungsangaben steht links unten auf dem Kartenrand. 4.7 Sichtan-/abflugkarten Es werden verschiedene An- und Abflugkarten im Unterricht verteilt und besprochen. 4.8 Absetzen von Kursen und Entfernungen 4.8.1 Kursentnahme Wie beim Beispiel am Anfang des Unterrichts möchten wir von Büllingen nach Liernu fliegen. Wir ziehen eine gerade Linie zwischen diesen beiden Flugplätzen. Den Kurs entnehmen wir der Karte anhand eines Kursdreiecks indem wir dieses an diese Linie anlegen und den Kurs an einem Meridian und dem Dreieck ablesen. Dafür nehmen wir am besten den Mittelmeridian, um einen mittleren Wert zu ermitteln. 4.8.2 Entnahme der Entfernung Um die Entfernung zu bestimmen, messen wir die Länge unserer eingezeichneten Linie. Zur Ermittlung der Entfernung können wir als Referenz die Minuten auf den Meridianen nehmen, die je einer NM entsprechen. Zu Navigationszwecken werden Entfernungen allgemein in NM (Nautical Mile) ausgedrückt. Kapitel 5: - 13 - Kapitel 5: Windeinfluss 5.1 Einfluss des Windes auf die Navigation Wir möchten nun von A nach B fliegen. Der Karte entnehmen wir einen Kartenkurs von 102°. Wenn man bei Windstille von A nach B einen rechtweisenden Steuerkurs (rwSK oder True Heading, kurz TH) von 102° fliegt überfliegt man nach der errechneten Zeit Ort B. Weht nun aber ein Wind aus Richtung 330° mit 15 Knoten und fliegt den mit Windstille berechneten Kurs, so wird man abgetrieben. Über Grund fliegen wir dann einen Kurs von 108°. Dieser Kurs wird als rechtweisender Kurs über Grund (rwK ü. Grund) bezeichnet. Den Winkel zwischen rwSK und rwK ü. Grund nennt man Abtriftwinkel (A oder Drift Angle, kurz DA). Zudem wurden wir über Grund schneller, da der Wind uns auch schneller gemacht hat. Diese Geschwindigkeit nennt man Geschwindigkeit über Grund (VG oder Ground Speed, kurz GS). - 14 - 5.2 Rückenwind und Gegenwind Mit dem Flugzeug bewegen wir uns entgegengesetzt zum Auto nicht mit Kontakt zum Boden, sondern in einer Luftmasse, die sich ebenfalls bewegen kann. Diese Bewegung ist einfach nur der Wind. Kommt der Wind von vorne sprechen wir von Gegenwind (englisch Headwind). Kommt der Wind von hinten sprechen wir von Rückenwind (englisch Tailwind). Schauen wir nun einmal welche Auswirkungen Rücken- oder Gegenwind auf die Geschwindigkeit über Grund hat. Unser Flugzeug bewegt sich mit einer wahren Eigengeschwindigkeit von 110 kt. Bei Windstille legen wir in einer Stunde eine Distanz von 110 NM zurück. Auf unserem Weg von A nach B gibt uns die Wettervorhersage nun einen Wind der in unsere Flugrichtung mit einer Geschwindigkeit von 20 kt weht. Über Grund legen wir Dank des Windes, der uns schneller macht eine Distanz von 130 NM zurück. Doch leider müssen wir irgendwann zurück und auf dem Weg von B nach A gibt uns die Wettervorhersage nun einen Gegenwind von 20 kt. Anstatt unserer 110 kt, die unser Tacho anzeigt fliegen wir nur noch 90 kt über Grund. - 15 - 5.3 Winddreieck Der Wind weht meistens aus unterschiedlichen Richtungen, sodass wir unseren Kurs ermitteln müssen. Es gibt eine ganze Reihe von Möglichkeiten, die wichtigsten Größen, das sind WCA und die wahre Geschwindigkeit über Grund, die Groundspeed (GS), zu ermitteln. Es stehen zur Verfügung: - Programmierbare Taschenrechner (Pech, wenn die Batterie gerade leer ist). - Computer oder Rechenscheiben (im Geschwindigkeitsbereich der UL's kaum erhältlich). - Tabellen (müssen spezifisch für die Geschwindigkeit der UL gerechnet sein). - Zeichnerisch (als Winddreieck überall bekannt) - Kopfrechnen (Näherungsverfahren für Anwender, die oft damit zu tun haben). Den beiden letztgenannten Verfahren wollen wir uns nachstehend näher zuwenden. Dazu haben wir einige Daten nötig, die wir jedoch kennen: - wahre Geschwindigkeit (TAS) unseres UL in der Luft. - Windrichtung, d.h. Richtung, aus welcher der Wind kommt. WD 90° heißt also der Wind kommt aus Osten. - Windgeschwindigkeit (WS) in Kts oder km/h. - Richtungslinie aus der ICAO-Karte; zwischen Start und Zielort entnommen. Das zeichnerische Ermitteln funktioniert nur, wenn der Maßstab der verwendeten Größen gleich ist ; TAS und WS in km/h. 10 km/h = 1 cm TAS und WS in Kts 10 Kts = 1 cm Für unsere Übung nehmen wir folgende Daten: TC 102° WS 15 km/h WD 330 ° TAS 110 km/h Entfernung A →B 100 km Den Kartenkurs von A nach B entnehmen wir mit Hilfe des Kursdreiecks aus der Luftfahrtkarte als rwK 102°, die Entfernung beträgt 100 km. Aus Fluggeschwindigkeit und Entfernung errechnet sich die voraussichtliche Flugzeit von +/- 55 Minuten. Weht jedoch ein Wind (und das ist in unseren Breiten sehr häufig der Fall) dann wird unser UL vom geplanten Flugweg abgetrieben. In unserem Beispiel kommt der Wind aus 330° mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h. Der Wind wirkt also von links schräg hinten auf unser UL ein. Steuern wir unser UL mit einem rwSK von 102°, dann werden wir auf dem Weg nach B um den so genannten Abdriftwinkel abgetrieben, in unserem Beispiel L-4°, d.h. wir fliegen in Wirklichkeit einen RWK über Grund von 108° und damit um 4° am Zielflugplatz vorbei. Nach 50 Minuten Flugzeit sind wir genau querab von Flugplatz B. Aus Flugzeit und Entfernung ergibt sich eine Geschwindigkeit von 119 km/h. Das UL ist also relativ zur Erdoberfläche schneller geworden. Diese Geschwindigkeit nennt man Geschwindigkeit über Grund (Ground Speed -GS oder VG). Das Ziel in der Navigation ist es, nicht vom geplanten Kurs abgetrieben zu werden. Das Flugzeug wird daher so in den Wind gedreht, dass die Abdrift von vornherein vermieden wird und das Flugzeug den geplanten Kurs über Grund möglichst geradlinig abfliegt. Der Winkel, um den das Flugzeug vorgehalten wird, heißt Luvwinkel (L), engl. Wind - 16 - Correction Angle (WCA). Der Luvwinkel ist also der Winkel zwischen dem rechtweisenden Kurs (rwK) und dem rechtweisenden Steuerkurs (rwSK). Wird der Luvwinkel eingehalten, dann fliegt das Flugzeug genau entlang der Kartenkurslinie, d.h. Kartenkurs und tatsächlich geflogener Kurs über Grund stimmen überein. Dies gilt allerdings nur, wenn der Wind tatsächlich so weht, wie für die Berechnung des Luvwinkels angenommen. Für den Luvwinkel: Wind von links, Flugzeug nach links vorhalten; der Luvwinkel wird mit einem Minus (-) gekennzeichnet. Wind von rechts, Flugzeug nach rechts vorhalten; der Luvwinkel wird mit einem Plus (+) gekennzeichnet. Wie wird nun der Luvwinkel ermittelt? Hier hilft das Winddreieck. Wir kennen den Windvektor 330/15, vom Steuerkursvektor ist nur die Länge durch VE 110 km/h gegeben. Vom Kurs-über-Grund-Vektor ist nur der Kurs, rwK 102°, aber nicht die Länge (VG) bekannt. Wir müssen das Winddreieck konstruieren, um die fehlenden Werte zu bestimmen. Da die Ermittlung des Luvwinkels und damit des Steuerkurses und der Geschwindigkeit über Grund eine der am häufigsten in der Navigation vorkommende Aufgabe ist, wird die Konstruktion anhand der nachfolgenden Abbildung im Detail erklärt. 1. Zuerst legen wir uns auf einem Blatt Papier die Nordrichtung fest: Wir zeichnen einen Strich. Das ist unsere Nordrichtung rwN (1). 2. Von rwN aus werden alle Kurse mit dem Kursdreieck gezeichnet. Den Geschwindigkeitsmaßstab legen wir mit 10 km/h = 1 cm (2) fest. 3. Nun zeichnen wir den rwK von 102° ein (3). 4. Um sich die Kursabtragung zu erleichtern, kann man sich zusätzlich einen Hilfsmeridian (4) einzeichnen. 5. Die Länge des rwK-Vektors kennen wir nicht. Wir wissen aber, wenn wir die Abb. 1 noch einmal betrachten, dass der Windvektor immer vom Steuerkursvektor zum Kurs-über-Grund-Vektor weist. Wir tragen also irgendwo rechts vom Kurs-überGrund-Vektor in Richtung Steuerkursvektor den Windvektor mit 330° und 15 km/h 1,5 cm ein (5). 6. Der Steuerkursvektor verläuft vom Anfangspunkt des Kurs-über-Grund-Vektors zum Anfangspunkt des Windvektors. Vom Steuerkursvektor kennen wir nur die Lange von VE 110 km/h = 11 cm. Deshalb schlagen wir um den Anfangspunkt des Windvektors einen Kreisbogen mit der Länge 11 cm (6). 7. Der Kreisbogen schneidet die rwK-Linie. Diesen Schnittpunkt verbinden wir nun durch eine Gerade mit dem Anfangspunkt des Windvektors (7) und haben damit den Steuerkursvektor gezeichnet. Das Winddreieck ist komplett. 8. Wir messen mit dem Kursdreieck den rwSK mit 096° (8). 9. Der Luvwinkel, d.h. der Winkel zwischen rwK und rwSK, beträgt L- 6° (9). 10. Die Länge des Kurs-über-Grund-Vektors misst 11,9 cm, die Geschwindigkeit über Grund beträgt also VG 119 km/h (10). Bevor mit Hilfe des Winddreiecks (und später mit dem Navigationsrechner) eine Aufgabe gelöst wird, sollte immer erst einmal in Ruhe überlegt werden, was ungefähr als Ergebnis herauskommen wird. Für die fehlerfreie Zeichnung des Winddreiecks ist es wichtig, dass in der gleichen Einheit gerechnet wird. Alle Kurse beziehen sich auf rechtweisend Nord, alle Geschwindigkeiten auf Kilometer. Als Maßstab hat sich in den meisten Fällen 10 km/h = 1 cm bewahrt. Erst bei großen Geschwindigkeiten muss ein anderer Maßstab gewählt werden, da sonst die Zeichnung nicht auf ein DIN-A4 B1att passt. - 17 - Kapitel 6: Magnetkompass 6.1 Erdmagnetfeld Der magnetische Nordpol stimmt nicht mit dem geografischen Nordpol überein. Die Nadel des Kompasses wird sich nach den magnetischen Feldlinien richten und diese laufen irgendwo im Norden Kanadas im magnetischen Nordpol zusammen. Noch dazu ist der Schnittpunkt dieser Feldlinien nicht fest, sondern verändert seine Lage im Lauf der Jahre. - 18 - 6.2 Aufbau des Magnetkompasses Ein Flugzeugkompass ist im Gegensatz zu einem handelsüblichen Wanderkompass flüssigkeitsgelagert (meist eine Art Petroleum) um jegliche Schwingungen zu dämpfen. Die Kompassrose ist eine Art Schwimmer die auf ein Spitzenlager ruht. Eine Ausgleichsmembrane lässt den Druckausgleich bei Temperatur- und Aussendruckschwankungen zu. 6.3 Kompassablenkung – Deviation Der Kompass kann sich nur dann genau nach den Kraftlinien des Erdmagnetfeldes ausrichten, wenn diese Kraftlinien nicht durch Eisenteile oder Kraftlinien, die jeden stromführenden Leiter der Bordelektrik umgeben, gestört werden. Die Deviation (DEV) ist diese nach der Kompensation noch vorhandene Abweichung der Kompassnadel von der Richtung zum magnetischen Nordpol. Die Deviation wird für jeden, in ein Flugzeug eingebauten Kompass individuell ermittelt und in der Deviationstabelle festgehalten. Deviation West (W) enthält das Vorzeichen minus (-) Deviation East (E) enthält das Vorzeichen plus ( + ) Der Motor als größere Eisenmasse ist beim UL-Flugzeug vom Kompass meist 1-3 m entfernt und Bordelektrik ist außer der Zündanlage meist keine vorhanden. Wir müssen lediglich darauf achten, dass die Kompassanzeige nur im geraden, beschleunigungsfreien Flug stimmt. 6.4 Dreh- und Beschleunigungsfehler des Kompasses Im Kurven- oder Steigflug, aber auch beim Beschleunigen ergeben sich mehr oder minder große Fehler unbestimmter Größe. Die Ursachen liegen im nicht horizontalen Verlauf der Kraftlinien des Magnetfeldes und bestimmten Konstruktionsmerkmalen des Kompasses. 6.5 Magnetkompass und Kurskreisel - 19 - Kapitel 7: Kurse Kursangaben sind Richtungsangaben und stehen nicht zwingend mit dem Gradnetz der Erde in Verbindung. Damit Kursangaben eindeutig sind, müssen sie folgendes enthalten: die anzugebende Richtung, die Bezugsrichtung, die Winkelangabe oder Gradzahl. Bei der Bezugsrichtung müssen wir unterscheiden zwischen True North (TN), Magnetic North (MN) oder Compass North (CN). Wie die verschiedenen Bezugsrichtungen zusammenhängen, werden wir nachstehend sehen. Der course wird aus der Karte als Richtung zwischen Start- und Zielort entnommen. Als Bezugsrichtung dienen dabei die in der Karte eingezeichneten Längengrade. Dies sind die Linien im Koordinatennetz der Erde, die an jedem Punkt der Erdoberfläche die Richtung zum wahren Nordpol zeigen. Mit True North bezeichnet man diese Bezugsrichtung, von der aus man für die Gradangabe nach East (E) = Osten bzw. West (W) = Westen zu zählen beginnt. Man erhält dadurch den aus der Karte entnommenen True Course (TC) Es bedeuten also: TC = 360° Flugrichtung nach Norden, TC = 90° Flugrichtung nach Osten TC = 180° Flugrichtung nach Süden TC = 270° Flugrichtung nach Westen - Rechtweisender Steuerkurs, rwSK : True Heading (TH) - Winkel zwischen rechtweisend Nord (rwN) und der Vorausrichtung der Flugzeuglängsachse. - Kompasskurs, KK : Compass Course (CC) - Winkel zwischen Kompass-Nord (KN) und der Richtung des Flugweges über Grund. - Kompasssteuerkurs, KSK : Compass Heading (CH) - Winkel zwischen KompassNord (KN und der Vorausrichtung der Flugzeuglängsachse. - Variation (VAR) wird diese Differenz zwischen True North (TN) und Magnetic North (MN) genannt. Die Variation nimmt in Europa z.Zt. um circa 0,10° pro Jahr ab. Variation West (W) erhält das Vorzeichen minus (-) Variation East (E) erhält das Vorzeichen plus (+) - Als praktisch anwendbare Bezugsrichtung für unser UL erhalten wir so: Compass North (CN) - das ist die vom Kompass tatsächlich, also inklusive aller Fehler (sprich Deviation und Variation), angezeigte Nordrichtung. - 20 -
