Als Passagier ist eine der grundlegenden Ängste die, dass ein oder sogar alle Triebwerke ausfallen.
Die Einen glauben, eine Notlandung mitten im Nichts wäre dann unvermeidbar – und nicht zu überleben – die Anderen sind sich nicht mal sicher, ob das Flugzeug dann noch steuerbar ist oder ob es nicht gleich „wie ein Stein vom Himmel fällt“.
Die Wahrscheinlichkeit eines Triebwerksausfalls
Schaut man auf eines der Portale, die Zwischenfälle in der Zivilluftfahrt sammeln, erscheint einem die Anzahl der Triebwerks-bedingten Meldungen recht hoch. Da ist die Rede von Unregelmäßigkeiten, von Leistungsverlust, von vorsorglichem Zurückkehren zum Startflughafen, vom Ablassen von Treibstoff für eine möglichst zeitnahe Sicherheitslandung.
Zum Einen ist die Anzahl dieser Ereignisse aber sehr gering, stellt man sie in Bezug auf die Unzahl täglicher Flugbewegungen, zum Anderen fällt eine Sache dabei auf: Fast nie kommen Personen zu Schaden.
Tatsächlich ist ein vollständiger Ausfall eines Triebwerks bei den „Großen“ sehr selten. Dafür sorgt schon einmal das Grundprinzip der hier verwendeten Triebwerke: egal ob „Jet“ oder „Turboprop“, es handelt sich immer und ausnahmslos um sogenannte Gasturbinen.
Die Triebwerke
Im Gegensatz zu den im Automobilbereich gerade langsam ersetzten Kolbenmotoren, verwenden Gasturbinen nur einen Bruchteil der beweglichen Teile die man in Kolbenmotoren, wie sie in Autos und Kleinflugzeugen verwendet werden, zählen kann. Damit ist die Anzahl der mechanischen Fehlerquellen massiv reduziert. Bezieht man dann noch mit ein, dass Gasturbinen – mit Ausnahme weniger, auf maximale Zuverlässigkeit konstruierte – Getriebewellen sozusagen „alle an einem Strang“ ziehen, indem sie sich alle gleichläufig auf einer festen Welle in die gleiche Richtung drehen, wird schon mal klar: Die Komplexität des „magischen Topfs unter der Tragfläche“ ist sehr gering.
Zwar erreichen die Temperaturen und die Drehzahlen im Bereich der Brennkammer recht hohe Werte, das ist aber für die verwendeten Materialien kein Problem.
Dafür „ertragen“ Gasturbinen Schwankungen in der Treibstoffqualität wie kein anderes Triebwerk und laufen auch nach Überschreiten ihrer zulässigen Grenzen fast immer noch genug Stunden weiter, um keinen Zwischenfall in der Luft zu provozieren.
Beispiel: Vor einigen Jahren flog KLM Flug Nummer 867 durch eine Aschewolke eines Vulkans – später dazu mehr – und erlebte einige unschöne Minuten. Später wurde aus einem ausgefallenen Triebwerk die sagenhafte Menge von 80 (!) Kilogramm Vulkanasche gesammelt. So viel war nötig, um das Triebwerk in einen Ausfall zu treiben. Zu diesem Zeitpunkt war beispielsweise die Frontscheibe von der Asche schon so in Mitleidenschaft gezogen worden, dass keine Sicht nach vorne mehr möglich war.
Tatsächlich sind Gasturbinen beim Anlassen (!) in ihrer Gesundheit am Gefährdetsten. Ein guter Zeitpunkt für einen Ausfall.
Der Ausfall EINES Triebwerks
Kommt es zu einem technischen Defekt bei einem Triebwerk, fallen (bei einer Zweimotorigen Maschine) 50 Prozent der verfügbaren Triebwerksleistung weg. Je nach Flugzeugtyp erhöht sich aber gleichzeitig der Luftwiderstand deutlich, da die meisten Flugzeuge ihre Triebwerke deutlich außermittig angebracht haben.
Die Asymmetrie des einseitigen Schubs macht Rudereinsatz notwendig, sowohl Seitenruder als auch Querruder, was Beides den Luftwiderstand erhöht. Zudem fungiert das vorher von Luft durchströmte Triebwerk in seiner jetzigen Ruhephase als „totes Hindernis“ gegen den Luftstrom.
Das alles senkt die zuvor vorhandene Steigfähigkeit auf rund 10-20% des Originalwerts. Jet Triebwerke haben für diesen Fall eine Art Leistungsreserve, die aus Kostengründen (wegen des erhöhten Verschleißfaktors) normalerweise nicht genutzt wird. Nicht mal beim Start.
Jets (und Turboprops, die ebenfalls Gasturbinen, nur mit sichtbarem „Propeller“ anstatt einem „Fanjet“ Lüfterrad im Gehäuse, verwenden) sind also auch hier viel unkritischer als frühere Kolbenmotor-Propellerflugzeuge.
Der Ausfall ALLER Triebwerke
In den letzten Dekaden seit Einführung der Gasturbine als Standard Triebwerk der kommerziellen Luftfahrt, waren vor allem zwei Ursachen für den gleichzeitigen Ausfall aller (!) Triebwerke auszumachen:
Treibstoffmangel und Vulkanasche
Der Treibstoffmangel ist ein Klassiker, der eigentlich in modernen Zeiten nicht mehr vorkommen sollte. Aber die Fliegerei ist komplex, die Flugbewegungen zahlreich und Menschen machen Fehler.
Haarsträubender Pfusch eines Wartungsteams mit „interessantem“ Arbeitsethos, das eine Spritanzeige durch ein ähnliches aber nicht identisches Teil eines ähnlichen Modells (ATR 42 vs. ATR 72) ausgetauscht hat, in Verbindung mit der fortgesetzten Schlamperei der Besatzung, die angezeigten Werte und die übermittelten Daten der Betankung nicht mit dem Flugplan abzugleichen, führte vor einigen Jahren zu einer Notwasserung vor Sizilien.
Diese Fehlerketten sind nicht gänzlich auszuschließen, ihre Häufigkeit nimmt aber mit dem Trainingsstand der Beteiligten immer weiter ab.
Das Treibstoffsystem selbst ist mittlerweile in der kommerziellen Luftfahrt doppelt und dreifach gegen Bedienungsfehler abgesichert. Es müssen schon mehrfache Fehler kombiniert werden, um in die Nähe eines Treibstoffmangels zu kommen.
Die Vulkanasche Problematik ist mittlerweile auch unter Kontrolle. Nachdem 1982 eine British Airways Boeing 747-200 einige Stunden nach dem Start von Auckland, Neuseeland zuerst seltsame Effekte am Cockpitfenster und „leuchtende Triebwerke“ wahrnahm, wurde es schon nach recht kurzer Zeit für alle Beteiligten interessant: Nacheinander fielen alle vier Triebwerke aus.
Alle vier konnten nach einiger Zeit wieder gestartet werden und drei davon hielten auch bis zur Notlandung (ohne Sicht nach vorne, auch hier war die Frontscheibe komplett ermattet) durch, so dass niemand zu Schaden kam, aber spätestens als der oben erwähnte KLM Flug im Jahr 1989 durch eine ähnliche Hölle ging, war klar: Mit Vulkanen ist nicht zu spaßen. Seither besteht ein globales Überwachungsnetz, das Flüge rechtzeitig warnt oder – wie im Jahr 2010 – nach einem Vulkanausbruch den gesamten Flugbetrieb in der Region einstellt.
Und wenn’s trotzdem passiert?
Tja, Game Over.
Nur Spaß, wenngleich ein etwas Morbider.
Sollten alle Triebwerke ausfallen, verwandelt sich das Flugzeug mit sofortiger Wirkung in einen Klimaneutralen Gleiter.
Außer einem verminderten Geräuschniveau geschieht erst mal gar nichts. Flugzeuge sind, im Gegensatz zu Helikoptern, inhärent stabile aerodynamische Objekte, die am liebsten gerade aus fliegen und deren Auftrieb nur sekundär mit den Triebwerken zusammenhängt: Solange die Luftströmung an den Tragflächen schnell genug ist und der Anstellwinkel der Tragfläche gegenüber dem Luftstrom nicht zu hoch ist, fliegt das Flugzeug einfach weiter.
Notiz: Der Wegfall des Triebwerkschubs kann bei bestimmten Flugzeugen massiv die Aerodynamik der Tragflächen verändern, aber diese Flugzeuge sind vorwiegend militärischer Herkunft und kaum eines davon ist mehr in Betrieb. Ein markantes Beispiel war die F-104 „Starfighter“, deren vor allem in den ersten Jahren häufige und gefürchtete Triebwerksausfall durch eine Mangelversorgung der Verdichterstufe immer auch gleichzeitig zu einer reduzierten Klappen-Performance geführt hatten.
Die F-104 hatte ein sogenanntes „Boundary Layer System“ installiert, das hochverdichtete Zapfluft aus dem Triebwerk entnahm und über den hinteren Flügelteil strömen ließ. Diese Maßnahme reduzierte die Anfluggeschwindigkeit um über 30 Knoten (ca. 55 km/h). Bei einem Ausfall musste man um diese Geschwindigkeit schneller sein (tatsächlich noch etwas mehr) um nicht in Schwierigkeiten zu kommen. Ein anspruchsvoller „Düsenjäger“ mit hoher Ausfallrate.
Ein (moderner) Passagierjet hält keine Besonderheiten dieser Art vor, um Besatzung und Passagiere zu erschrecken oder zu gefährden. Im Gegenteil.
Alle Systeme bleiben in der Regel einsatzfähig. Alles elektrisch Versorgte wird durch leistungsfähige Batterien am Leben erhalten und das Hydrauliksystem besitzt für eine kurze Zeit eine Art Reserve.
Für kurze Zeit, weil bei praktisch allen modernen Flugzeugen automatisch eine Art „Windrad“, eine „RAT“ ausklappt. Im Wind drehend versorgt sie, je nach Typ, das Flugzeug mit Hydraulikdruck und oft auch mit Strom.
Das Flugzeug fliegt also weitestgehend normal weiter, kann aber natürlich nicht magischerweise seine Höhe halten, sondern muss sinken.
Und das erstaunlich wenig!
Ein „durchschnittliches“ Segelflugzeug, das genau für diesen Zweck gebaut wurde, hat dieser Tage eine Gleitzahl von ca. 30. Das bedeutet, für jeden Kilometer an Höhe segeln diese Flugzeuge bis zu 30 (!) Kilometer Luftlinie.
Eine „durchschnittliche“ Cessna 172 als Beispiel eines „Brot und Butter“ Leichtflugzeugs besitzt eine Gleitzahl um ca. 8. Das bedeutet 8 (!) Kilometer Luftlinie pro Kilometer Höhe.
Moderne Passagier Jets hingegen sind schon fast Segelflugzeuge: ihre ausgefeilte Aerodynamik zum Sprit Sparen und für das bequeme und geräuscharme Reisen in großen Höhen, besitzen durch die Bank eine Gleitzahl von ca. 18. Da das übersetzt, Du ahnst es, 18 (!) Kilometer Strecke pro 1000 Meter Höhe bedeutet und man von einer Reiseflughöhe von mindestens 10 Kilometer ausgehen kann, resultieren daraus Gleitstrecken von rund 180 (!) Kilometer.
Selbst wenn man durch benötigte Anflugstrecken und sonstige Verluste beim Manövrieren etwas davon abzieht, bleiben doch immer noch mehr als 150 (!) Kilometer Gleitstrecke.
Da Flugzeuge „Luftlinie“ fliegen, PKW aber selten ausschließlich geradeaus fahren, sind das umgerechnet um die 200 (!) Straßenkilometer. Hand auf’s Herz: Wie weit ist denn der nächste Regionalflughafen von Deinem Standort?
Man kann also klar sagen: Ein Triebwerksausfall, auch ein Ausfall ALLER Triebwerke, im Reiseflug ist zwar für alle Beteiligten keine allzu entspannende Sache, aber durchaus mit Sicherheitsmargen für die Landung auf einem beliebigen Ausweichflughafen versehen.
Übrigens: Flugzeuge können durchaus auch ohne ordentlich befestigte Landebahn mehr oder weniger am Stück notlanden. Die Frage, wie hoch die Gefährdung für die Passagiere ist, hängt in erster Linie davon ab, in welcher Flugphase die Entscheidung getroffen wird oder getroffen werden muss, nicht auf einer dafür vorgesehenen Landebahn zu landen. In zweiter Linie von den Wetterbedingungen. In Dritter von den technischen Umständen des Flugzeugs und seines Zustands.
Alles schön, aber was ist über Wasser?
Wasserlandungen mit Landflugzeugen(sic!) haben den inhärenten Nachteil, dass diese Flugzeuge nicht für Wasserlandungen gebaut sind. Naheliegend und eigentlich redundant zu erwähnen.
Dem entgegen steht der Vorteil einer Wasserlandung (auf halbwegs ruhigem Wasser), der vor allem durch eine niedrige Brandgefahr bei struktureller Beschädigung, aber auch auf der Hindernisfreiheit, die das Wasser bietet, basieren.
Damit sind selbstredend keine kleineren Flüsse und nur manchmal Seen gemeint, aber wir reden hier ja von einer Notlandung aus dem Streckenflug heraus, mit der Not keinen Flughafen erreichen zu können.
Nicht erst seit der Notlandung auf dem Hudson (New York, Sulli, remember?) sollte jedem klar sein, dass eine ordentlich durchgeführte Notwasserung eine relle Chance hat, für alle Beteiligten einen guten Ausgang zu nehmen.
Und tatsächlich ist es so, dass „sauber“ aufs Wasser gesetzte Flugzeuge diese Tortur immer wieder mit minimalen Strukturschäden und wenig Gefahr dür die Insassen überstehen. Und selbst wenn etwas schief geht, sind die Chancen für die Menschen an Bord doch meist sehr gut.
Man muss – in größeren Passagierjets – keine Angst vor Überwasserflügen haben, auch nicht im Falle eines (vollständigen) Triebwerksausfalls. Denn selbst wenn alle Stricke reißen, ist die Notwasserung kein „Todesurteil“.
Ausgefallene Triebwerke sind „tot“, oder?
Nein, sind sie nicht. Und das kommt absichtlich zum Schluß, weil jetzt hoffentlich alle wieder wach sind.
Ein Triebwerk, das im Reiseflug ausfällt, aus welchem Grund auch immer, hat – Treibstoff vorausgesetzt – eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit für einen Wiederstart.
Mit zwei Einschränkungen:
Erstens wird das Triebwerk meist nicht sofort wieder anspringen und Zweitens nicht in großer Höhe.
Ein ganz wichtiger Faktor beim Wiederstart eines Triebwerks ist erst einmal der sogenannte „Core Lock“, das ist das „Verkleben“ der Einzelteile durch das rasche Abkühlen beim Triebwerksausfall.
Man stelle sich vor, dass das Triebwerk eben noch mit einigen Hundert Grad Celsius fossilen Treibstoff in Qualitätsstufe „Lampenpetroleum“ verdaut hat, um eine Sekunde später keine Heizung mehr zu haben, weil eben nichts mehr verbrannt wird.
Nun strömt mit hoher Geschwindigkeit (und damit vielen Litern kühlender Luft pro Sekunde) ein steter Strom von -56 Grad Celsius kalter Luft ins Triebwerk.
Die Folge ist, dass einige Teile in kürzester Zeit von mehreren Hundert Grad Plus auf -56 Grad herunter gekühlt werden. Andere Teile, beispielsweise die Welle, die mit dem heißen Kern des Brennraums verbunden ist, werden durch diesen Brennraum aber noch einige Zeit warm gehalten.
Dabei ziehen sich einige Teile rasant in ihrer Form zusammen, andere behalten ihre „warme“ und damit ausgedehnte Form noch etwas bei. Es ist einleuchtend, dass ein auf Präzision gefertigtes Wunderwerk wie ein moderner Flugzeug Fanjet nach so etwas nicht mehr „gangbar“ ist.
Die gute Nachricht ist: Der „Core Lock“ ist nicht von Dauer. Sind einmal alle Teile herunter gekühlt, ist der Widerstand in der Bewegung der Einzelteile zwar noch hoch, aber das Triebwerk kann mit etwas Nachdruck wieder in Bewegung gebracht werden.
An dieser Stelle kommen dann zwei Methoden, bei Ausfall nur eines Triebwerks drei Methoden zum Wiederstart des ausgefallenen Triebwerks in Frage.
Läuft noch mindestens eines der Triebwerke, kann man von diesem noch laufenden Triebwerk heiße komprimierte Luft (sogenannte „Zapfluft“) dazu verwenden, ein nicht laufendes Triebwerk in Bewegung zu setzen. Dafür sind Vorrichtungen und Schalter vorhanden und ein Triebwerksstart ist damit recht zuverlässig möglich.
Sind alle Triebwerke ausgefallen, kann man die APU, die „Auxillary Power Unit“, im deutschen Sprachgebrauch die „Hilfsturbine“, verwenden. Diese ist meist im hinteren Teil des Flugzeugs im Rumpf untergebracht und dient oft im Stand für Belüftung, Klimaanlage und mehr, während die Passagiere einsteigen und das Flugzeug für den Flug vorbereitet wird.
Eine APU ist im Prinzip ein winziges Flugzeugtriebwerk ohne „Quirl“ und ohne Schubfunktion.
Sollte die APU nicht in Ordnung sein oder sollte es andere Gründe sie nicht zu verwenden, kann man letztlich auch einfach die Physik benutzen. Gerade moderne „Fanjet“ Triebwerke mit ihren großen Durchmessern haben in Flugrichtung „Fans“, also Viel-Blatt-Propeller, die einen großen Teil des Schubs erzeugen und einen „Mantelstrom“ um die entweichende heiße, komprimierte und gruselig laute Luft aus der Brennkammer des Triebwerks legen.
Diese Fans sind im Prinzip Propeller, nur wie erwähnt mit „vielen Blättern“. Werden diese Fans nun vom Fahrtwind angeströmt, wird der Druck des Fahrtwinds irgendwann so groß, dass die Fans beginnen, sich zu bewegen. Mit ihnen die Hauptwelle des Triebwerks und damit alle relevanten Teile, die für die Verbrennung und den Betrieb notwendig sind.
Speziell diese „Windmilling“ Technik des Triebwerksstarts durch Fahrtwind benötigt aber eine hohe Fluggeschwindigkeit. Diese ist bei allen modernen Jets im Bereich von fast 300 Knoten, also rund 550 km/h. Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, muss das Flugzeug stärker sinken als es nötig wäre um mit der Geschwindigkeit für die beste Gleitzahl zu fliegen.
Das wiederum bedeutet, dass die Besatzung für einen Triebwerksstart, bzw. den Versuch, Höhe aufgeben muss. Was in einer reduzierten maximalen Reichweite im Gleitflug resultiert.
Sprich: Man verwendet die „Windmilling“ Methode nur, wenn man sich ziemlich sicher ist, das Triebwerk wieder „an den Start“ zu bekommen. Oder wenn man sowieso keinen ordentlichen Landeplatz erreichen kann, falls die Triebwerke nicht wieder anspringen.
Fazit?
Alles halb so wild. In der kommerziellen Luftfahrt der Neuzeit gibt es für fast alles eine oder mehrere Alternativen oder Korrekturmöglichkeiten und „das Kind“ fällt erst nach Verknüpfungen mehrerer kleiner Katastrophen „in den Brunnen“. Bis dahin kann die kompetente Besatzung auf eine Vielzahl von Methoden zurück greifen um alles wieder ins Lot zu bringen.
Selbst wenn das heißt, mal 150 oder mehr Kilometer ökologisch sinnvoll und geräuscharm zurück zu legen…