- Pilotenverursachte Oszillation
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Als pilotenverursachte Oszillation (engl. pilot induced oscillation, kurz PIO oder korrekter pilot aircraft coupling, kurz PAC) bezeichnet man in der Luftfahrt die Wechselwirkung von Steuervorgängen eines Piloten mit dem Schwingungsverhalten des Flugzeugs. Sie kann entstehen, wenn der Pilot eines Luftfahrzeugs eine starke Steuerbewegung ausführt und die Reaktion des Flugzeugs wiederum mit einer starken Reaktion in die Gegenrichtung auszugleichen versucht.
Es handelt sich also um eine Wechselwirkung der Steuerfrequenz des Piloten mit der Eigenfrequenz des Flugzeugs, vergleichbar mit der Resonanzkatastrophe der Schwingungslehre: Ein gefülltes Glas schwappt über, wenn man versucht, Änderungen des Flüssigkeitsniveaus während des Tragens zu stark und zu heftig auszugleichen.
Ablauf und Varianten
Die Physik eines Luftfahrzeugs macht diese Oszillation für Piloten schwieriger als bei Kraftfahrzeugen. So führt das Bestreben, ein Flugzeug durch Ziehen am Höhenruder steigen zu lassen, automatisch zu einer Verringerung der Fluggeschwindigkeit. Ein weiterer Faktor ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Instrumente im Vergleich zur Reaktionsgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs. Das Erhöhen der Triebwerks-Leistung wird kein sofortiges Ansteigen der Fluggeschwindigkeit bewirken. Zudem wird die Erhöhung der Steigungsrate nicht sofort am Variometer angezeigt.
Ein Pilot, der z. B. ein Sinken von 500 Fuß pro Minute anstrebt, kann dieses Sinken als zu schnell empfinden. Daher beginnt er, ihm durch Ziehen am Höhenruder entgegenzuwirken, bis das Variometer die gewünschte Sinkgeschwindigkeit anzeigt. Aufgrund der Verzögerung des Variometers sinkt das Flugzeug allerdings mit einer geringeren Geschwindigkeit. Durch Drücken am Höhenruder versucht der Pilot auszugleichen, womit der Ablauf erneut beginnt. Das Stabilisieren der Sinkgeschwindigkeit ist schwieriger als angenommen, da sich zudem auch die Fluggeschwindigkeit ändert.
Die gefährlichste pilotenverursachte Oszillation kann bei Landungen entstehen. Ein kurzes zu starkes Ziehen am Höhenruder kann dazu führen, dass das Flugzeug zu langsam wird und an Auftrieb verliert. Eine natürliche Reaktion in so einem Fall ist es, die Nase stärker nach unten zu drücken, was aber wiederum zu einem zu starken Sinken führt. Ein nachträgliches Ziehen wiederholt den Vorgang.
Beispiele
Möglicherweise stammt das erste Zeugnis eines PIO-Phänomens bereits von Orville Wrights erstem Motorflug im Jahre 1903. Wright berichtete später: Ich fand es sehr schwierig, das vordere Ruder zu korrigieren […], man konnte plötzlich 3 Meter in die Höhe schießen, und dann, wenn man es korrigiert hatte, plötzlich in Richtung Boden stürzen.
Pilotenverursachte Oszillation war 1992 schuld am Flugzeugabsturz eines Prototyps des F/A-22 Raptor bei einer Landung auf der Edwards Air Force Base in Kalifornien.[1] Im Februar 1989 stürzte ein Prototyp des Saab JAS-39 Gripen bei der Landung in Linköping (Schweden) ab. Auch hier war PIO, ausgelöst durch ein zu empfindliches und langsam reagierendes Steuersystem, die Ursache. In der Folge wurde das Steuersystem neu konzipiert. Dass der Flugzeug-Crashtest Controlled Impact Demonstration teilweise ein Fehlschlag wurde, wird ebenfalls PIO zugeschrieben, in Folge dessen die Maschine erheblich außerhalb der Toleranzwerte aufschlug.
Einzelnachweise
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