Ich möchte hier (kurz) erklären, was es mit dem Step Climb auf sich hat und warum man es macht. Ich werde dabei beim Urschleim anfangen und versuchen es so verständlich wie möglich zu machen. Wenn fragen aufkommen einfach drunter schreiben.
Zu Allererst mal die Grundlagen:
Wie berechne ich die Auftriebskraft, die mein Flugzeug erzeugt?
Die Formel dafür lautet FA=cA*rhoL*v²*A/2
FA ist die erzeugte Auftriebskraft in N
cA ist der Auftriebsbeiwert. Er ist abhängig vom Anstellwinkel und der Tragflächenbeschaffenheit
rhoL ist die Luftdichte auf Reiseflughöhe in kg/m³
v ist die Fluggeschwindigkeit relativ zur umgebenden Luft in m/s (Umrechnungsfaktor kts -> m/s: *0,514444)
A ist die Auftriebserzeugende fläche, also die Flügelfläche in m²
Außerdem müssen wir wissen welche Gewichtskraft FG unser Flugzeug ausübt, denn im unbeschleunigten Horizontalflug gilt
FA=FG
FG=m*g
m ist die Masse des Flugzeugs in kg
g ist die Erdbeschleunigung 9,81m/s
Außerdem eine wichtige Größe ist die Widerstandskraft FW, die der Schubkraft FS entgegenwirkt.
FW berechnet sich genauso wie FA, nur dass statt des Auftriebsbeiwerts der Widerstandsbeiwert cW einbezogen wird
cW ist auch abhängig vom Anstellwinkel und der Tragflächenbeschaffenheit
Wie sich die Schubkraft berechnet ist irrelevant. Wichtig ist nur, dass man die Schubkraft (also die Treibstoffdurchflussmenge) erhöhen muss, wenn die Widerstandskraft erhöht wird, damit diese sich im unbeschleunigten Horizontalflug immer ausgleichen.
So. Das sind erstmal die Grundlagen, die wir für die weiteren Überlegungen benötigen, die uns zur optimalen Flughöhe führen werden
Erste Frage, warum will ich überhaupt so hoch fliegen?
Wie aus der Formel zur Berechnung der Widerstandskraft erkennbar ist, ist das einzige, was sich bei wechselnder Flughöhe verändert die luftdichte. Widerstandsbeiwert, Fluggeschwindigkeit und Flügelfläche bleiben gleich, können also vernachlässigt werden. In diesem Fall ist die Widerstandskraft und, wie wir oben schon festgestellt haben, die benötigte Treibstoffdurchflussmenge direkt abhängig von der Dichte der Luft und die nimmt bekanntermaßen nach oben hin ab.
Kurz: mehr Höhe = weniger Widerstand = weniger Spritverbrauch
Warum fliegen wir dann nicht immer in 20km Höhe, wo die Luftdicht nur etwa 1/5 so groß ist wie auf 10km?
Da sich die Auftriebskraft genauso wie die Widerstandskraft berechnet ist auch sie leider von der Luftdichte abhängig
Das heißt: mehr Höhe = weniger Auftrieb. Der Flugcomputer errechnet automatisch, bis zu welcher Höhe gerade noch genug Auftrieb erzeugt wird um der Gewichtskraft entgegenzuwirken. Dieser wert wird als MAX ALT ausgegeben. Höher kommen wir mit dem Flugzeug nicht.
Da treten die ersten Grenzen auf, denn wir wissen ja, dass die Auftriebskraft immer der Gewichtskraft entsprechen muss, sonst gehts abwärts.
Was könnten wir optimieren, um den Auftrieb zu vergrößern?
Die Geschwindigkeit könnte man erhöhen, denn auch von ihr ist die Auftriebskraft abhängig. außerdem den Anstellwinkel, denn der beeinflusst den Auftriebsbeiwert. Außerdem interessant ist die Flügelfläche. Die scheint erstmal unveränderlich, wird aber zu bestimmten Flugphasen tätsächlich vergrößert, nämlich durch das ausfahren der Landeklappen. Die beeinflussen auch den Auftriebsbeiwert.
Wunderbar, viele Möglichkeiten. Warum ändern wir trotzdem (in unserem Fall) nichts?
Weil das wie oben erwähnt alles auch einen Einfluss auf die Widerstandskraft hat, und die wollen wir ja so gering wie möglich halte um den Spritverbrauch zu senken. Deswegen fliegen wir ja so hoch.
So weit so gut
Aus den Aussagen "mehr Höhe = weniger Widerstand" und "mehr Höhe = weniger Auftrieb" müssen wir nun einen Kompromiss bilden. Das tut auch der FMC und errechnet so anhand der gegebenen Parameter die optimale Flughöhe, die als OPT ALT ausgegeben wird. Auf dieser Flughöhe mit der optimalen Geschwindigkeit, die nach den gleichen Kriterien errechnet wird, haben wir den geringsten Spritverbrauch, fliegen also am wirtschaftlichsten.
So. Die optimale Flughöhe haben wir gefunden, wie weiter?
Wie oben gesagt ist die optimale Flughöhe ein kompromiss hinsichtlich Auftriebskraft und Widerstandskraft bei ansonsten gleichen bedingungen.
Es gibt aber eine Größe, die sich im Laufe des Fluges verändert, nämlich die Masse des Flugzeugs. In der ist der Treibstoff enthalten, den ich ja nach und nach verbrenne. Die Gewichtskraft meines Flugzeugs nimmt also kontinuierlich ab.
Dementsprechend benötigen wir auch weniger Auftriebskraft, können also bei ansonsten gleichbleibenden Umständen steigen und den eingegangenen Kompromiss in Richtung der Spritersparnis verändern.
Die optimale Flughöhe bleibt also nicht gleich, sondern steigt während des Fluges an. Optimal wäre es also ständig leicht zu steigen, um der optimalen Flughöhe zu folgen.
Da der Himmel über uns aber ziemlich voll ist wird der Luftraum kontrolliert. Das schließt ein, dass Flugzeuge die Flughöhe nicht frei wählen können, und schon garnicht nach belieben kontinuierlich die Flughöhe ändern können.
Der himmel ist bekanntermaßen in Flugflächen unterteilt, die je nach Flugrichtung gestaffelt sind. In den meisten Gebieten der Welt fliegt man mit einem Heading von 180°-359° auf den geraden Flugflächen, mit einem Heading von 0°-179° auf den ungeraden Flugflächen, um eine vertikale Separierung von entgegenkommenden Flugzeugen von 1000ft zu gewährleisten.
Man kann also nur in 2000ft Schritten steigen. Dabei wählt man immer eine Flugfläche, die über der optimalen Flughöhe liegt, im Idealfall 1000ft. Auf dieser bleibt man dann bis man die optimale Flughöhe passiert hat, quasi von ihr überholt wurde, und dann unter íhr ist. Im Idealfall 1000ft unter ihr beginnt man dann den den nächsten Step Climb auf die nächsthöhere Flugfläche.
Den optimalen Punkt für den nächsten Step Climb errechnet auch der Flugcomputer, einleiten muss ihn allerdings der Pilot, auch wenn VNAV vom Autopiloten kontrolliert wird
Das ganze sieht aus wie die Stufen einer Treppe, daher der Name Step Climb
Verstanden? Wenn nicht, einfach fragen
