Hohe Temperaturen und Gewitter verursachen Flugverspätungen. Hier ist ein Sicherheitsleitfaden für Flugbegleiter im Sommer →

Seit Beginn des Sommers leiden viele Gebiete im Norden meines Landes unter sengender Hitze. Gleichzeitig herrscht im Süden anhaltendes regnerisches und bewölktes Wetter mit häufigen Gewittern.

Dies bringt nicht nur zahlreiche Unannehmlichkeiten für die Produktionstätigkeit der Menschen mit sich, sondern beeinträchtigt auch die Reisesicherheit. Hohe Temperaturen und Blitze sind die häufigsten und schwierigsten Probleme, die im Sommer in der Luftfahrt auftreten. In letzter Zeit mussten viele meiner Freunde aufgrund von Gewittern mit Flugausfällen oder Verspätungen rechnen. Warum beeinträchtigen hohe Temperaturen und Blitze Starts und Landungen von Flugzeugen? Wie können wir das verhindern?

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1. Haben Sie Angst vor Hitze? Auch Flugzeuge haben Angst vor „Hitze“!

Die größten Gefahren für Flugzeuge bei heißem Wetter sind unzureichender Auftrieb und strukturelle thermische Spannungsprobleme, die durch die hohen Temperaturen verursacht werden .

Wie wir alle wissen, muss ein Flugzeug über ausreichend Auftrieb verfügen, um fliegen zu können, und der Auftrieb eines Flugzeugs ist proportional zur Luftdichte , d. h. je höher die Luftdichte, desto größer der Auftrieb . Bei normalem Luftdruck wird die Luft an der Oberfläche bei einer Temperatur von 50 °C aufgrund der Ausdehnung dünner und die Dichte ist um fast 10 % niedriger als bei 20 °C . Das heißt, wenn die Temperatur steigt, verringert sich der Auftrieb des Flugzeugs, was sogar die Sicherheit beim Starten und Landen beeinträchtigen kann.

Natürlich bleibt hier noch eine Frage offen: Flugzeuge fliegen oft in Höhen von fast 10.000 Metern, wo die Luftdichte viel geringer ist als die der Luft an der Oberfläche. Warum haben Flugzeuge noch genügend Auftrieb, um in der Luft zu bleiben?

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Dabei handelt es sich um den Zusammenhang zwischen Auftrieb und Fluggeschwindigkeit , das heißt, der Auftrieb ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit . Die Reisegeschwindigkeit eines Flugzeugs in großer Höhe liegt üblicherweise über 800 km /h , und selbst bei dünner Luft kann es noch einen großen Auftrieb erzielen. Beim Starten und Landen eines Flugzeugs beträgt seine Geschwindigkeit oft nur 200 bis 300 Kilometer pro Stunde . Die Verringerung der Geschwindigkeit führt zwangsläufig zu einer Verringerung des Auftriebs. Wenn zu diesem Zeitpunkt hohe Temperaturen auftreten und die Luftdichte abnimmt, wird sich die Situation zweifellos verschlimmern.

Neben der Verringerung des Auftriebs können hohe Temperaturen auch negative Auswirkungen auf die strukturelle Sicherheit des Flugzeugs haben. Die am häufigsten verwendeten Strukturmaterialien bei Flugzeugen sind Metalle wie Aluminiumlegierungen . Obwohl ihre Herstellungs- und Montageprozesse sehr ausgereift sind, nimmt ihre Festigkeit bei steigender Temperatur stark ab. Da sich zudem verschiedene Teile des Rumpfes bei hohen Temperaturen unterschiedlich stark ausdehnen , kommt es zu gegenseitigen Einschränkungen, was zu einer neuen Spannungsverteilung innerhalb der Struktur führt und diese verdreht und verformt , was ein Sicherheitsrisiko darstellt.

Angesichts hoher Temperaturen können neben Flugverboten auch folgende Gegenmaßnahmen ergriffen werden: Erstens, die Anzahl der Passagiere und der Fracht im Flugzeug zu reduzieren , um das Gewicht des Flugzeugs zu verringern und den Auftriebsverlust auszugleichen; zweitens können Flüge auf die Nacht verlegt werden , da die Temperatur nachts niedriger ist als tagsüber, was auf vielen Flughäfen in Gebieten mit niedrigen Breitengraden ebenfalls gängige Praxis ist; drittens: Verlängerung der Start- und Landebahn , um den Flugzeugen eine höhere Startgeschwindigkeit zu ermöglichen.

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2. Kommt ein Blitz? Flugzeug: Ich verstecke mich!

Blitze treten normalerweise in Cumulonimbuswolken in der Troposphäre auf, während große Passagierflugzeuge meist in der Stratosphäre fliegen. Mit anderen Worten: Wenn Flugzeuge in der Stratosphäre kreisen, müssen Sie sich keine Sorgen wegen Blitzen machen. Da Flugzeuge jedoch beim Starten und Landen die Troposphäre durchqueren müssen , besteht zwangsläufig die Möglichkeit, auf Blitze zu treffen. Laut Statistik gibt es weltweit täglich 8 Millionen Blitzeinschläge, und ein Flugzeug auf einer festen Route wird im Durchschnitt einmal pro Jahr vom Blitz getroffen[1].

Die offensichtlichsten Anzeichen von Blitzschäden an Flugzeugen sind Verbrennungen, Schmelzen und strukturelle Deformationen. Wenn ein Blitzstrom durch den Rumpf eines Flugzeugs fließt, kann er innerhalb weniger Mikrosekunden enorme Energie übertragen, wodurch das Material schmilzt oder verdampft und die Flugzeugstruktur sofort beschädigt oder verformt wird.

Zusätzlich zu den sichtbaren Schäden erzeugt ein Blitzschlag häufig ein sich änderndes Magnetfeld um das Flugzeug herum, wodurch in den internen Schaltkreisen des Flugzeugs induzierte Spannungen und Ströme entstehen. Moderne Flugzeuge sind im Allgemeinen mit hochentwickelter elektronischer und elektrischer Ausrüstung wie Flugsteuerungssystemen ausgestattet. Um Kosten und Gewicht zu reduzieren, werden Flugzeugkomponenten zunehmend aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen hergestellt. Unter ihnen sind elektronische und elektrische Geräte stark von der elektromagnetischen Umgebung betroffen und Verbundwerkstoffe reagieren empfindlicher auf Blitzeinschläge, da ihre Leitfähigkeit viel geringer ist als die von Metallen. Sie können nicht nur mehr Energie absorbieren, auch ihre elektromagnetische Abschirmungsfähigkeit ist äußerst begrenzt. All dies stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Flugsicherheit dar.

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Der wirksamste Weg, mit Blitzen umzugehen, besteht darin, sich zu verstecken. Das Wetterradar im Flugzeug kann die Flugumgebung in Echtzeit überwachen und die Wettervorhersage vom Boden kann den Piloten auch dabei helfen, Wetterinformationen zu erhalten, sodass das Flugzeug Gebiete mit schweren Gewittern so weit wie möglich meiden kann.

Sie müssen sich jedoch auch bei einem frontalen Blitzeinschlag keine allzu großen Sorgen machen, da moderne zivile Verkehrsflugzeuge bereits zu Beginn ihrer Entwicklung mit einem Blitzschutz ausgestattet werden, um die Sicherheit des Flugzeugs und der Bordausrüstung zu gewährleisten. Bei der Blitzschutzkonstruktion hat der Kraftstofftank zweifellos höchste Priorität. Um eine Verbrennung und Explosion des Kraftstofftanks zu vermeiden, wird das Kraftstoffsystem in einem Bereich platziert, in dem die Wahrscheinlichkeit einer direkten Anhaftung des Entladungsbogens sehr gering ist. Auch der Kraftstofftank und seine möglicherweise elektrisch aufladbaren Innenteile sind als niederohmige Pfade ausgelegt. Auf diese Weise wird die Hitze, die der Blitzstrom beim Durchgang erzeugt, nicht zu groß und es kommt nicht so leicht zu elektrischen Funkenbildung zwischen den Bauteilspalten. Ebenso sind die Flugzeugrahmen und die Verbindungen zwischen Außenhaut und Struktur als niederohmige Pfade ausgelegt.

Darüber hinaus sind in Flugzeugen grundsätzlich Blitzschutzleisten verbaut. Wenn das Flugzeug auf dem Rollfeld geparkt ist, werden die Blitzschutzstreifen am Flugzeug mit dem Boden verbunden. Wird das Flugzeug vom Blitz getroffen, können die Blitzschutzstreifen den Blitzstrom in die Erde ableiten. Das Seitenleitwerk, die Flügelspitzen und andere hervorstehende Stellen auf der Flugzeugoberfläche sind mit Entladebürsten ausgestattet, die den durchfließenden Strom auch sofort nach außen am Rumpf ableiten können.

Eine interessante Studie aus den letzten Jahren hat gezeigt, dass durch das „Aufladen“ von Flugzeugen auch deren Risiko, vom Blitz getroffen zu werden, verringert werden kann. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass geladene Wolken vor einem Blitzeinschlag zunächst die Oberfläche des Flugzeugrumpfes polarisieren, wodurch eine Seite des Flugzeugs mehr positive Ladung und die andere Seite mehr negative Ladung trägt und so ein bidirektionaler Strom entsteht. Es ist dieser Strom, der Flugzeuge anfällig für Blitzeinschläge macht. Daher gingen die Forscher das Gegenteil an und installierten ein Ladesystem im Flugzeug. Das System kann das elektrische Feld im und um den Rumpf durch Sensoren erfassen und lädt die Ladung umgehend zurück, bevor das elektrische Feld den für einen Blitzeinschlag kritischen Wert erreicht, wodurch der bidirektionale Strom des Rumpfes im Keim erstickt wird.

3. Tipps für sicheres Fliegen im Sommer

Die Technologie zum Schutz vor hohen Temperaturen und Blitzeinschlägen in modernen Flugzeugen ist recht weit fortgeschritten. Auch bei hohen Temperaturen oder Blitzeinschlägen im Flugzeug müssen Passagiere nicht in Panik geraten. Hier sind einige Tipps für Sommerflüge:

(1) Im Sommer ist es morgens relativ kühl, und Gewitter treten meist nachmittags und selten morgens auf. Daher sind Morgenflüge in der Regel weniger von hohen Temperaturen oder Gewittern betroffen. Es wird empfohlen, wenn möglich Morgenflüge zu nehmen.

(2) Achten Sie genau auf die Wetterbedingungen und den Flugstatus in der Nähe des Flughafens. Bei ungewöhnlich hohen Temperaturen oder Gewittern kann es zu Flugverspätungen oder sogar zur Annullierung Ihres Fluges kommen. Treffen Sie auf dem Weg zum Flughafen Vorkehrungen gegen einen Hitzschlag. Versuchen Sie bei Gewitter, die U-Bahn oder andere Verkehrsmittel zu benutzen, um die Fahrten über Land zu verkürzen.

(3) Extreme Wetterbedingungen im Sommer können dazu führen, dass das Flugzeug während des Fluges stärkeren Turbulenzen und Gegenwinden ausgesetzt ist. Wenn im Flugzeug starke Turbulenzen auftreten, achten Sie darauf, den Sicherheitsgurt anzulegen und sich gut an den Handläufen festzuhalten.

Quellen:

[1] Duan Zemin. Übersicht über den Blitzschutz von Flugzeugen[J]. Hochspannungstechnik, 2017, 43(5): 1393-1399.

Autor: Zhu Lei, PhD in Luft- und Raumfahrtantriebstheorie und -technik, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Gutachter: Deng Xiaotao, leitender Ingenieur, AECC Hunan Power Machinery Research Institute

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: China Science and Technology Press Co., Ltd., China Science and Technology Publishing House (Beijing) Digital Media Co., Ltd.