Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Navigation über den Wolken SS 2015 Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel www.ifl.tu-dresden.de Flugnavigation allgemein Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Navigation ist die Gesamtheit aller Maßnahmen unter Anwendung von Hilfsmitteln – zur Bestimmung des eigenen Standortes und zur Berechnung bzw. Einhaltung eines gewählten Kurses zu einem gewählten Ziel. Hilfsmittel: • Augen • Karten • Technische Hilfsmittel am Boden und in der Luft Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 2 Sichtflug Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Navigation nach Sichtflugregeln – Visual Flight Rules (VFR) Nutzung von Sichtflugkarten und des Sehvermögens zur: • • • Bestimmung des Flugzustands Lage zu anderen Objekten festzustellen (Flug entlang Flussläufen, Bahnlinien, markante Gebäude, etc.) Unterstützung durch Instrumente wie Höhenmesser oder Kompass Quelle: http://www.chemnitz-airport.de Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 3 Instrumentenflug Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs • Flug, bei dem Flugweg und Fluglage eines LFZ allein mit Hilfe von Instrumenten festgestellt wird • sind immer auch kontrollierte Flüge (das heißt, der Flugzeugführer wird bei der Vermeidung von Kollisionen durch die Flugverkehrskontrolle unterstützt, indem sie ihm Strecken, Flughöhen Geschwindigkeiten zuweist) • dennoch hat der Flugzeugführer den Luftraum aufmerksam zu beobachten • Navigation erfolgt mit Hilfe von Funk- oder Satellitennavigationsanlagen Quelle: www.airliners.net Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 4 Gestalt der Erde Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Die Erde dreht sich wie ein Kreisel um eine Achse, die durch den Schwerpunkt der Erde verläuft. Diese Erdachse durchdringt die Oberfläche in den geographischen Polen. Die geographischen Pole befinden sich nicht exakt an den magnetischen Polen. Hierin liegt die Ursache dafür, dass in der Navigation verschiedene Bezugsrichtungen unterschieden werden: • • Rechtweißend Nord (True North) Mißweisend Nord (Magnetic North). Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 5 Orthodrome und Loxodrome Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Die Orthodrome ergibt immer den kürzesten Weg zwischen zwei Punkten, erfordert allerdings mehr Navigationsaufwand, da eine ständige Kursänderung notwendig ist. Die Loxodrome hingegen ist eine Kurve, welche alle Meridiane immer unter dem gleichen Winkel schneidet. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Quelle: Hesse: Flugnavigation Seite 6 Flugnavigation allgemein Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Flugnavigation ist die Lehre von Hilfsmitteln und Verfahren, die es dem Piloten ermöglichen, ein Flugzeug auf dem möglichst kürzestem und sicherstem Weg von einem Ort zum anderen zu führen. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 7 Funknavigation Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs • klassische Funknavigation erfolgt über Luftstraßen von einer Funknavigationsanlage zur Nächsten • Unterscheidung in Streckennavigation und Anflugnavigation. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Quelle: AIP Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Quelle: AIP Seite 8 Funknavigation Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Ungerichtetes Funkfeuer: NDB Ein Non Directional Beacon (NDB) ist eine Funknavigationsanlage, die ohne Richtwirkung strahlt (deshalb „ungerichtet“). • Ermöglicht die Bestimmung der Relativrichtung zwischen Luftfahrzeug und Bodenstation • Mit Hilfe eines Radiokompasses sind sog. Radialflüge (Zielflüge) möglich • (ungenaue) Positionsbestimmung des Luftfahrzeuges ist nur mit Hilfe mehrerer NDB möglich (Radio Magnetic Indicator) Quelle: www.navworld.net Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 9 Funknavigation Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Drehfunkfeuer: VOR Ein VHF Omnidirectional Radio Range (VOR) ist eine Funknavigationsanlage, die mit Richtwirkung strahlt und somit eine Azimutinformation liefert (Standlinien, Winkel zwischen Norden und Richtung zum Luftfahrzeug vom VOR aus). • beruht auf Phasenvergleich von zwei verschiedenen Funksignale • Prinzips ähnelt der Funktionsweise des Leuchtturms Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 10 Entfernungsmeßsystem: DME Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Ein DME (Distance Measurement Equipement) ist eine Funknavigationsanlage, die dem Luftfahrzeugführer die Schrägentfernung zum gewählten DME liefert. Das Verfahren beruht auf der Laufzeitmessung von Impulsen die der Luftfahrzeugsender (Bordanlage) aussendet, der Antwortsender (Bodenanlage) empfängt und zurücksendet. Ein DME wird häufig in Verbindung mit einem VOR genutzt, wodurch eine Standortbestimmung ermöglicht wird. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 11 Standortbestimmung Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Mit Hilfe der Funknavigationsanlagen lassen sich Standlinien ermitteln, auf der sich ein Flugzeug befindet. Die Schnittpunkte zweier Standlinien ermöglichen eine Standortbestimmung. Ein VOR liefert als Standlinie eine Gerade. Ein DME ermöglicht lediglich eine Entfernungsmessung, die Standlinie entspricht damit einem Kreis. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 12 Funknavigation - ILS (1) Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs ILS (Instrument Landing System) für wetterunabhängige, sichere und präzise Landungen: Sendeanlagen am Boden und Empfangsanlagen an Bord, die dem Luftfahrzeugführer auch bei fehlender optischer Sicht einen Anflug auf einen Flughafen und die Landung ermöglichen besteht aus folgenden Sendeanlagen: Landekurssender (Localizer, LOC): Ermöglicht horizontale Kursführung in Richtung der Mittellinie der Landebahn (Anfluggrundlinie), Standort meist 300 m hinter dem SLB-Ende Gleitwegsender (Glide Slope, GS): Ermöglicht vertikale Führung, normalerweise 3°-Sinkwinkel, Standort: 300 m hinter der Landeschwelle (Beginn der SLB) und 150 m seitlich neben der SLB Vor- und Haupteinflugzeichen (Outer, Middle Marker): Zur Entfernungsbestimmung zur Landebahn, typische Aufstellorte: OM 7200 m +/- 300 m outbound, Middle Marker: 1050 m +/- 150 m outbound Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 13 Funknavigation - ILS (2) Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Glide- Slope Antenne Localizer Antenne Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 14 Funknavigation - ILS (3) Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Anzeigeinstrument an Bord: gemeinsamen Anzeige von Landekurs und Gleitweg in der Regel integriert in universelle Anzeigen, z.B. dem elektronischen Fluglageindikator (Primary Flight Display, PFD) bei richtigem Anflug stehen die beiden Zeiger (LOC & GS) genau mittig, bei Abweichungen schlagen die Zeiger in die Richtung aus, in der sich der Landekurs bzw. Gleitweg befindet (Kommandoanzeige) Ablage vom Sollflugpfad wird in „dot“ gemessen: LOC 1 dot Ablage = 1° GS 1 dot Ablage = 0,25° Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 PFD – Primary Flight Display Seite 15 Satellitennavigation Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs • Global Positioning System (GPS) ermöglicht die Flugnavigation unabhängig von Bodenstationen • Ermöglicht die Einführung der Flächennavigation (RNAV) unabhängig von Funknavigationsanlagen am Boden • Mit Hilfe von zusätzlichen Bodenstationen ist aber eine präzisere Positionsangabe möglich (Differential-GPS) Quelle: www.aviationcenter.ch Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 16 Instrumentenflugverfahren Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Flüge nach Instrumentenflugregeln bewegen sich auf definierten Flugstrecken vom Start- zum Zielflughafen. Zur Vereinheitlichung dieser Flugstrecken wurden Instrumentenflugverfahren definiert: • • • • Standardabflugverfahren (SID) Reiseflugverfahren Standardanflugverfahren (STAR) … Quelle: nach Lange/Wilde: Sprechfunk im Instrumentenflug Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 17 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs 1. 2. 3. 4. Takeoff Standardisierter Abflug (SID) „Streckenflug“ Anflug / Landung Beginn des Anfluges auf STAR (Verbindung Streckenbereich und Flughafennahbereich) Holding (Warteverfahren) Anfangsanflug Zwischenanflug Endanflug Landung / Fehlanflug Go Around Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 zwischen Seite 18 Abflugverfahren Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Für jede Startbahn, die für IFR-Betrieb vorgesehen ist, sind Standard Instrument Departure Routes, SID (Standardabflugstrecken) definiert. Die SID beginnt am Ende der Startbahn und endet an der ersten Navigationsanlage oder Wegpunkt des Luftstraßennetzes. Der Mindeststeiggradient für Abflüge beträgt in der Regel 3,3%, jedoch mindestens 0,8% mehr als der Steiggradient zum kritischsten Hindernis. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Quelle: ICAO PANS-OPS Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 19 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs 1. 2. 3. 4. Takeoff Standardisierter Abflug (SID) „Streckenflug“ Anflug / Landung Beginn des Anfluges auf STAR (Verbindung zwischen Streckenbereich und Flughafennahbereich) Holding (Warteverfahren) Anfangsanflug Zwischenanflug Endanflug Landung / Fehlanflug Go Around Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 20 Flugverlauf –Orthodrome Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Warum wird der Streckenflug nicht entlang der „Luftlinie“ durchgeführt? • • • „Luftlinie“ erfordert ständige Kursänderung Heutige Satellitennavigation ermöglicht erst dieses Verfahren fehlerarm durchzuführen ABER: Trotzdem keine Anwendung in der kommerziellen Zivilluftfahrt, da: • Kontrollaufwand für Lotsen zu hoch • Feste Flugrouten für Reiseflug und An- und Abflug Abweichung von Direktverbindung um Optimum an Kapazität pro Route für eine Vielzahl von Verbindungen zu erreichen • Für einen Flugplatz existieren zur Kapazitätssteigerung mehrere Anund Abflugrouten • Umfliegen militärischer Sperrgebiete notwendig • Umfliegen Schlechtwetterfronten notwendig • Start und Landung möglichst immer Gegen den Wind und nicht zwangsläufig in gewünschte Flugrichtung Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Quelle: Hesse: Flugnavigation Seite 21 Flugverlauf – Luftraum Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Warum ist der Luftraum in Mitteleuropa trotz „Luftstraßen“ ein Flaschenhals? • • • Der Luftraum von Mitteleuropa ist charakterisiert durch: • fest definierte Anzahl von Flugrouten • Viele Überflüge in Richtung Transatlantik, Nah- und Fernost • An-und Abflugbereiche der großen Hub-Flugplätze • An-und Abflugbereiche kleinere Zubringer-Flugplätze Überflüge und Streckenflugverkehr auf den Flugrouten (ATSStreckennetz) sind durch Mindestsicherheitsabstände in ihrer Kapazität begrenzt, jedoch nicht problematisch, da für gleiche Flugrouten viele Flughöhen möglich sind ABER: Kontrolle der An- und Abflugbereich: • Beschränkte Kapazität der An- und Abflugrouten, da kaum Höhenvariabilität und notwendiger einzuhaltender Sicherheitsabstände • Kapazität der Start- und Landebahn beschränkt den die Kapazität im An- und Abflugbereich Flaschenhals = Flugplatz Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Quelle: Hesse: Flugnavigation Seite 22 Flugverlauf –Luftraum Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Quelle: Hesse: Flugnavigation Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 23 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs 1. 2. 3. 4. Takeoff Standardisierter Abflug (SID) mit Hilfe eines NDB „Streckenflug“ Anflug / Landung Beginn des Anfluges auf STAR (Verbindung Streckenbereich und Flughafennahbereich) Holding (Warteverfahren) Anfangsanflug Zwischenanflug Endanflug Landung / Fehlanflug Go Around Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 zwischen Seite 24 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Warteverfahren (Holding Procedures) : Methode für den Fluglotsen Luftfahrzeuge in einem zeitlichen Abstand zu staffeln Kommt bei hoher aktuelle Nachfrage an Flugplatz zur Anwendung Zusätzliche Anwendung bei kurzfristiger Sperrung von Flugplätzen (z.B. durch Betriebsstörungen ) Verortung: Flughafennahbereich Quelle: nach www.pilotsweb.com Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 25 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs 1. 2. 3. 4. Takeoff Standardisierter Abflug (SID) mit Hilfe eines NDB „Streckenflug“ Anflug / Landung Beginn des Anfluges auf STAR (Verbindung Streckenbereich und Flughafennahbereich) Holding (Warteverfahren) Anfangsanflug Zwischenanflug Endanflug Landung / Fehlanflug Go Around Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 zwischen Seite 26 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs • Der Anfangsanflug (Initial Approach) schließt an den IAF an und endet an der verlängerten Anfluggrundlinie. • Steht Radarüberwachung zur Verfügung, werden zur Beschleunigung des Verkehrs die Luftfahrzeuge mit Hilfe von Steuerkursen zum Zwischenanflug geführt (Radar Vectoring). Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Quelle: nach AIP Seite 27 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs 1. 2. 3. 4. Takeoff Standardisierter Abflug (SID) mit Hilfe eines NDB „Streckenflug“ Anflug / Landung Beginn des Anfluges auf STAR (Verbindung zwischen Streckenbereich und Flughafennahbereich) Holding (Warteverfahren) Anfangsanflug Zwischenanflug Endanflug Landung / Fehlanflug Go Around Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 28 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs • Zwischenanflug (Intermediate Approach) ist die Verlängerung des Endanflugs und endet am Final Approach Fix (FAF). Dies dient zur Vorbereitung auf den Endanflug. • Nach Überflug des FAF beginnt der eigentliche Endanflug (Final Approach) und endet am Missed Approach Point (MAPt), jedoch nicht tiefer als die für das konkrete Verfahren gültigen Hindernisfreihöhen. Quelle: nach AIP Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 29 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs 1. 2. 3. 4. Takeoff Standardisierter Abflug (SID) mit Hilfe eines NDB „Streckenflug“ Anflug / Landung Beginn des Anfluges auf STAR (Verbindung zwischen Streckenbereich und Flughafennahbereich) Holding (Warteverfahren) Anfangsanflug Zwischenanflug Endanflug Landung / Fehlanflug Go Around Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 30 Flugverlauf Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Das Fehlanflugverfahren (Missed Approach) beginnt am MAPt und endet in der Regel in einem Holding in einem für den betreffenden Flugplatz definierten Punkt (meist ein IAF). Das Verfahren ist möglichst einfach konzipiert, da der Pilot gleichzeitig die Konfiguration des Luftfahrzeugs ändern muss. Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Quelle: nach AIP Seite 31 Zusammenfassung Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Zur Prüfungsvorbereitung Wiederholung der Themenbereiche: Funknavigation Luftraum in Anwendung und Beschränkung Funknavigationsanalgen (ILS) Flugverlauf Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 32 Ende Fakultät Verkehrswissenschaften Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Hartmut Fricke Dipl.-Ing. Stefanie Friedel Navigation über den Wolken Sommersemester 2015 Seite 33
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