Treibstoffberechnung
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Die Treibstoffberechnung (englisch Fuel Calculation) für die zu tankende Treibstoffmenge eines Flugzeuges erfolgt durch den Piloten und eventuell zusätzlich vorher durch den Dispatcher.
Die für den Flug erforderliche Treibstoffmenge wird im Flight Management Computer (FMC) errechnet (falls vorhanden). Zur Sicherheit muss der Pilot aber nochmals per Hand eine eigene Berechnung durchführen und eine Gegenprüfung zum FMC machen.
Die Treibstoffberechnung ist ein gesondertes Fach bei der Dispatchausbildung (20 Stunden).
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[Bearbeiten] Definitionen und Abkürzungen
Treibstoff wird in Gewichtseinheiten gemessen (z.B. kg oder LBS), da das Volumen bei Temperaturänderungen stark schwankt, zumal die Temperatur des Treibstoffs großen Schwankungen unterliegt (60° C im Sommer am Gate; -50° C in Polnähe in FL 330).
- Alternate Fuel - die eingeplante Treibstoffmenge, die für einen eventuellen Weiterflug vom Zielflughafen zum Ausweichflughafen benötigt wird.
- Basic Operating Weight - BOW - „Basis-Operationsgewicht“ - das Gewicht des Flugzeuges ohne Passagiere, Gepäck, Fracht oder ausfliegbaren Treibstoff (Usable Fuel). Das Basic Operating Weight setzt sich u. a. zusammen aus: Flugzeugstruktur, Hydraulikflüssigkeit, Kühlflüssigkeit der Klimaanlage, Resttreibstoff (nicht ausfliegbar - Residual Fuel), Restöl (Ölreste, die auch beim Ölwechsel im Triebwerk zurückbleiben - Residual Oil), Besatzung (Crew), Gepäck der Besatzung (Crew Luggage), Trinkwasser, Getränke für die Passagiere, normale Ausrüstung für den Passagierservice (die sich normalerweise an Bord befindet). BOW ist identisch mit DOW - Dry Operational Weight
- Contingency Fuel - 5% vom Tripfuel für eine bestimmte Strecke
- Desired Cruise Speed - gewünschte Reisefluggeschwindigkeit - beeinflusst den Treibstoffverbrauch (Fuel Flow) stark. Für Langstreckenflüge wird für moderne Passagierjets meistens Mach 0,76 gewählt. Mach 0,78 wird bei Passagierflugzeugen bereits als High Speed Cruise bezeichnet.
- Dry Operational Weight - DOW - „trockenes Operationsgewicht“ - identisch mit BOW - Basic Operating Weight
- Final Reserve Fuel - das absolute Minimum an (ausfliegbarem) Reservetreibstoff, das bei jedem Flug noch zu tolerieren ist - auch im worst case scenario (z. B. nach mehreren Fehlanflügen und einer Warteschleife am Zielflughafen ist die Crew gezwungen, zum Ausweichflughafen weiterzufliegen). Die (ausfliegbare) Treibstoffmenge, die nach dem Abstellen der Triebwerke im Tank verbleibt ist das Final Reserve Fuel.
- Flight Planned Fuel Load - geplante (voraussichtliche) Treibstoffmenge - erforderliche Treibstoffmenge, um das Flugzeug vom Startflughafen zum Zielflughafen zu fliegen (ohne Berücksichtigung von Warteschleifen oder Fehlanflügen). Die Flight Planned Fuel Load wird beeinflusst vom Planned Aircraft Landing Weight, der Fluggeschwindigkeit (Mach Cruise Speed) und der Reiseflughöhe (Cruise Altitude En-Route).
- Gross Weight - GW - Gesamtgewicht des Flugzeuges (zum jeweiligen Zeitpunkt)
- Holding Fuel - die eingeplante Treibstoffmenge, die für einen eventuellen Halt in der Luft (Warteverfahren, Warteschleife - Holding) benötigt wird - 30 Minuten - oder für mehrere Anflüge auf den Zielflughafen.
- Maximum Allowable Landing Weight - zulässiges Landegewicht - eine variable Zahl, die sich für jeden Flug ändert. Das zulässige Landegewicht wird eventuell begrenzt durch eine zu kurze Landebahn am Zielflughafen oder große Dichtehöhe.
- Maximum Allowable Takeoff Weight - zulässiges Startgewicht - dieser Wert ist variabel und ändert sich für jeden Flug (nicht wie Maximum Gross Landing Weight, was eine konstante Größe ist) - Gewichtsbegrenzung wegen nicht ausreichender Startbahnlänge oder Dichtehöhe am Startflugplatz. Diese Gewichtsbegrenzung greift eher auf Kurzstreckenflügen (wenig Treibstoffverbrauch zwischen Start und (Landung), bei denen das Planned Aircraft Landing Weight in der Nähe des Maximum Gross Landing Weights liegt. Dann muss das Abfluggewicht begrenzt werden, um der Ankunft am Zielflughafen mit zu viel Gewicht vorzubeugen, denn das Gross Landing Weight darf nicht überschritten werden.
- Maximum Gross Taxi Weight (oder Maximum Taxi Weight) - maximales Gesamtrollgewicht - Maximales Gewicht, mit dem das Flugzeug rollen darf (Taxi - auf dem Taxiway - Rollweg). Diese Gewichtsgrenze wird durch die Struktur der Flugzeugzelle und der gesamten Flugzeugstruktur bestimmt. die Grenze wird vom Flugzeughersteller vorgegeben, um eine Überbeanspruchung von Teilen der Flugzeugstruktur zu verhindern.
- Maximum Gross Takeoff Weight - maximales Gesamtstartgewicht - Maximales Gewicht, mit dem das Flugzeug den Startlauf (Takeoff roll) beginnen darf. Auch dieses Maximalgewicht wird durch die begrenzte Strukturfestigkeit der Flugzeugbauteile vorgegeben.
- Maximum Gross Landing Weight - maximales Gesamtlandegewicht - Maximales Gewicht, mit dem das Flugzeug landen darf. Auch dieses Maximalgewicht wird durch die begrenzte Strukturfestigkeit der Flugzeugbauteile vorgegeben.
Da das zulässige Landegewicht weit unter dem zulässigen Startgewicht liegt, kann ein Flugzeug meist nicht sofort wieder nach dem Start landen (z. B. wegen Bombendrohung, technischen Problemen). Da das Gewicht beim Start meist ausgereizt wird, ist die Maschine für eine sofortige Landung zu schwer. Es müssen erst viele Tonnen Treibstoff abgelassen werden (Treibstoffnotablass - Fuel Dump) oder, bei kleineren Flugzeugen, in Warteschleifen verflogen werden - und das dauert seine Zeit, mitunter Stunden (vgl. Weblink). Deshalb (und aus vielen anderen Gründen) gibt es auch für den Startflughafen einen Ausweichflughafen (Departure Alternate), auf dem bei Bedarf wieder gelandet werden kann. Manchmal ist die Start/Landebahn des Startflughafens für eine Landung des voll betankten Flugzeuges zu kurz, oder die Wetterminima für die Landung sind unterschritten oder die Bahn wird kurz nach dem Start von einem anderen Flugzeug blockiert.
- Maximum Operational Weights - Gewichtslimits, die durch den Flugbetrieb vorgegeben sind: z. B. Maximum Allowable Takeoff Weight, Maximum Allowable Landing Weight
- Maximum Structural Weights - Gewichtslimits, die durch die nicht grenzenlos belastbare Flugzeugstruktur vorgegeben sind. z. B. maximum Gross Landing Weight, maximum Gross Takeoff Weight, Maximum Gross Taxi Weight. Zu ihrer Einhaltung muss eventuell die Anzahl der Passagiere oder das Gewicht der Luftfracht reduziert werden. wenn das nicht möglich ist, kann nur weniger Treibstoff mitgenommen werden und eine Zwischenlandung zum Nachtanken (En-Route Fuel Stop) wird erforderlich.
- Nautical Air Miles - NAM - „nautische Luftmeilen“ - Der Abstand zwischen zwei Flughäfen lässt sich aus der Karte entnehmen. Dieser Abstand wird um den Windeinfluss korrigiert und man erhält die NAM. Beispiel: Von A nach B sind es 200 NAM, das Flugzeug fliegt 100 NAM/Stunde. Bei Null Wind betragen die NAM auch 200 NAM. Bei 50 NAM/Stunde Gegenwind braucht das Flugzeug nicht nur zwei Studnen von A nach B, sondern noch einmal eine Stunde zusätzlich, um den Windversatz zu kompensieren. Es ist also insgesamt 3 Stunden in der Luft. In der Luftmasse hat das Flugzeug in 3 Stunden also 300 NAM zurückgelegt und auch Teibstoff für 300 NAM (also 3 Stunden) verbraucht.
- Overhead - oberhalb, z. B. 10 km über dem Flugplatz
- Payload - bezahlte Ladung - Nutzlast; also: Gewicht aller Passagiere (PAXe) einschließlich Gepäck und Handgepäck, Luftfracht (Cargo), Post
- Planned Aircraft Landing Weight - geplantes (voraussichtliches) Landegewicht - das höchste wahrscheinliche Gewicht am Zielflughafen (wenn also die Treibstoffreserven nicht angerührt werden mussten - keine Fehlanflug, kein Holding, optimale Fuel Economy auf der Strecke). Planned Aircraft Landing Weight = Zero Fuel Weight + Final Reserve Fuel + Alternate Fuel + Route Reserve.
Das geplante Landegewicht ist die Basis für alle Berechnungen: Reiseflughöhe (Cruise altitude), Reichweite (Range) und Treibstoffmenge (Fuel Load).
- Planned Alernate (kurz: Alternate) - Ausweichflughafen, falls der Zielflughafen während des Fluges geschlossen wird oder aus anderen Gründen nicht für die Landung geeignet ist. Während 8 Stunden Flug kann einiges am Zielflughafen passiert sein: Wetteränderung - Sicht unter Minima, blockierte Landebahn wegen einer Notlandung usw.
- Planned Destination (kurz: Destination) - Zielflughafen
- Route Reserve - Reservetreibstoff für die Flugroute; setzt sich zusammen aus ( ... ???)
- Trip Fuel - TF - Treibstoff für die geplante Flugroute (ohne Treibstoffreserven)
- Take Off Weight - TOW - Startgewicht
- Zero Fuel Weight - ZFW - „Null-Treibstoff Gewicht“ - Gewicht ohne Sprit im Tank. ABER: inklusive dem nicht verfliegbarem Resttreibstoff in den Leitungen und sonstigen Ecken des Tankes. Setzt sich zusammen Dry Operational Weight (DOW) plus der Payload (Nutzlast).
[Bearbeiten] Treibstoffreserven
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. Mit Reservetreibstoff fliegt es sich aber sicherer.
Der Reservetreibstoff wird unterteilt in:
- Contingency Fuel - 5 % Streckenreserve auf den regulären Treibstoff für die Strecke A-B.
- Alternate Fuel - für den Flug von Destination B zum alternate C.
- Holding Fuel - 30 Min - 1500 ft über dem Alternate.
- Captain Discretion Fuel - „im Ermessen des Kapitäns“ - je nach „Bauchgefühl“ des Piloten - z. B. unsichere Großwetterlage, Erfahrungen mit Verspätungen, angekündigete Streiks.
[Bearbeiten] praktisches Vorgehen bei der Treibstoffberechnung
Die Treibstoffberechnung erfolgt von hinten - mit der Landung (am Ausweichflughafen) beginnend.
Zur Vereinfachung rechnet man erst einmal Overhead - Overhead. Also vom Startflugplatz A in Reiseflughöhe bis Zielflugplatz B in Reiseflughöhe weiter zum Ausweichflugplatz C in Reiseflughöhe. Der etwas andere Treibstoffverbrauch für Start, Steigflug (Climb) und Sinkflug (Descent) wird erst einmal vernachlässigt.
Wenn das Flugzeug dann am Alternate landet und auf der Landebahn (Runway) zum Stehen kommt, ist im „Idealfall“ der Treibstofftank leer. Das heißt, die Flugzeugmasse besteht dann nur noch aus dem Zero Fuel Weight (ZFW).
Bei der Treibstoffberechnung wird davon ausgegangen, dass das Flugzeug vor der Landung am Ausweichflughafen noch 30 Minuten in der Warteschleife (Holding Pattern) fliegen muss. (Übrigens kann man zum Spritsparen in der Warteschleife mit der Geschwindigkeit für den geringsten Treibstoffverbrauch fliegen.) Die Flughöhe in der Warteschleife wird mit 1.500 ft über dem Ausweichflughafen angenommen. In dieser niedrigen Flughöhe ist der Treibstoffverbrauch bei Turbinenflugzeugen extrem hoch. Normalerweise werden die Warteschleifen in größerer Höhe geflogen, aber man will ja auf der sicheren Seite sein. Den Treibstoffverbrauch für die Warteschleife - das Holding Fuel - entnimmt man dem Flughandbuch (Pilots Operating Handbook - POH), wo er meist in Form einer Kurve (Holding Graph) dargestellt sind.
Übrigens befindet sich die Warteschleife für die Treibstoffberechnung nicht über dem Zielflughafen, sondern über dem Ausweichflughafen, da man hier vom sogenannten „Commitment to stay“ („Verpflichtung zu bleiben“) ausgeht. Die Crew entscheidet sich hier also nach einem Missed Approach am Zielflughafen B, entweder nochmals einen Anflug zu probieren oder zum Ausweichflughafen C weiter zu fliegen. Beides (2. Anflug und dann zum Alternate weiterfliegen) geht nicht. Entweder ist das Wetter gut genug und man muss nicht zum Alternate C weiterfliegen oder es ist schlecht und man sollte nicht einen 2. Anflug am Zielflughafen B versuchen. Wenn sich der Pilot aber bei gutem Wetter zu einem 2. Anflug auf den Zielflughafen entscheidet, dann verzichtet er endgültig auf einen Weiterflug zum Alternate C - der Pilot geht damit die endgültige Verpflichtung ein am Zielflughafen B zu landen („Commitment to stay“) oder auf einem Acker notzulanden.
Der nächste Berechnungsschritt geht wieder einen Schritt zurück. Es wird der Treibstoffbedarf für den Flug vom Zielflughafen B zum Ausweichflughafen C ermittelt - das Alernate Fuel. Hierfür ermittelt man die NAMs vom Zielflughafen B zum Ausweichflughafen C. Mit dieser Entfernungsangabe (in NAM) und dem Gesamtgewicht (in unserem Fall: Gross Weight = Zero Fuel Weight + Holding Fuel) ermittelt man das Alternate Fuel. Das Alternate Fuel entnimmt man wieder dem Flughandbuch, wo er meist in Form einer Kurve (Alternate Graph) dargestellt ist.
Bis hier befinden wir uns mit der Treibstoffberechnung Overhead dem Zielflughafen B und das Flugzeuggewicht besteht aus dem Zero Fuel Weight, dem Holding Fuel und dem Alternate Fuel.
Als nächstes wird der Treibstoffbedarf für den Reiseflug (in Reiseflughöhe - Cruising Altitude) vom Startflughafen A zum Zielflughafen B berechnet. Dazu ermittelt man die gesamte zurückzulegende Distanz von A nach B (entlang der gepalnten Flugroute auf den einzelnen Luftstraßen; direkte Routen gibt es nur bei Freeflight) und berechnet aus ihr und der durchschnittlichen Windkomponente auf dieser Strecke die NAMs. So erhält man die Flugzeit.
Mit dieser Flugzeit geht man in den Preplanning Graph (im Flughandbuch), mit dessen Hilfe man das „erste genäherte Trip Fuel“ erhält.
Auf das Trip Fuel werden noch einmal 5 % Reserve draufgeschlagen - Contingency Fuel („erstes genähertes Contingency Fuel“). Diese 5 % sind gesetzlich vorgeschrieben. Hier kann man etwas „tricksen“ und sparen, wenn man für die Berechnungen einen virtuellen Zwischenstopp einlegt - das sogenannte Reclearance.
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„meines Wissens“ reicht nicht
Vom Trip Fuel diesem nimmt man 5 %, und erhält schließlich ein „erstes genähertes Contingency Fuel“ (die 5 % schreibt meines Wissens der Gesetzgeber als Mindestwert vor. Man kann aber natürlich auch mehr tanken).
Das Contingency Fuel wird zum oben ermittelten Gross Weight Overhead Zielflughafen B dazuaddiert.
Mit dem nun genaueren Gross Weight und der Flugzeit geht man nochmals in den Preplanning Graph und erhält einen etwas höheren Trip Fuel (da ja 5 % Contingency mitfliegt und das Fluggewicht und den Treibstoffverbrauch erhöht).
Von diesem zweiten Trip Fuel errechnet man abermals das Contingency und addiert beide Werte zu dem alten Gross Weight über dem Zielflughafen B. Da sich jetzt wieder das Fluggewicht erhöht hat, müsste man die Berechnung nun noch in einer dritten und vierten Nachberechnung korrigieren. Diese Werte sind aber so minimal, dass man darauf verzichtet.
So erhält man ein vorläufiges Take Off Weight (TOW).
Mit dem ermittelten vorläufigen TOW geht man im Flughandbuch in Integrated Range Tabellen (20-30 Seiten). Mit dem vorgegebenen Gross Weigth, der geplanten Reiseflughöhe (Flugfläche - Flight Level - FL), den ermittelten NAMs wird der Treibstoffverbrauch jetzt ziemlich genau berechnet.
Der zusätzliche Treibstoffbedarf für den Stepclimb wird noch addiert und die darauf folgende Treibstoffersparnis subtrahiert.
Nun werden noch die Korrekturwerte für den Treibstoffbedarf im Steigflug (Climb) und Sinkflug (Descent) aus zwei Tabellen entnommen und hineingerechnet (Climb- und Descentcorrection).
Zum Schluss wird noch der Treibstoffbedarf für das Rollen (Taxi) vom Gate zur Startbahn ermittelt. Bei Lufthansa werden dafür pauschal 1.000 kg Treibstoff angesetzt.
Was nicht mit eingeplant wird, ist der Treibstoff für das Rollen nach der Landung (von der Landbahn zum Gate), da er nicht die Flugsicherheit stört.
[Bearbeiten] Zusammenfassung
GW über C + Alternate Fuel = GW über B;
GW über B + zweites TF + zweites Contingency = vorläufiges TOW;
DOW + Load = ZFW;
ZFW + Holding Fuel = GW über C;
[Bearbeiten] Siehe auch
- Hapag-Lloyd-Flug 3378 - Notlandung eines Hapag-Lloyd Flugzeuges wegen Treibstoffmangel in Wien
- Betankung (Flugzeug) - am Flughafen
- Cost Index
- Fuel Economy
- Fuelmanagement - Überwachung des Treibstoffverbrauchs während des Fluges
- Reclearance
- Step Climb
- Tankering
- Treibstoff (Flugzeug)
- Treibstoffsystem (Flugzeug)
- Treibstofftemperatur
- Treibstoffverbrauch und Flughöhe - sowie Treibstoffverbrauch und Startleistung; Treibstoffverbrauch und Fluggewicht
- Weight and Balance
