Spornradfahrwerk

Fahrwerk an einem Airbus A330

Fahrwerk an einer Boeing 747

Ein Flugzeugfahrwerk (engl. „landing gear“) ist die Gesamtheit der Räder mit Reifen, Felgen und meist darin eingebauten Bremsen. Hinzu kommt deren Aufhängung an gedämpften Federbeinen oder Federstreben. Ihre Rollrichtung ist in der Regel parallel zur Flugzeuglängsachse. Das Fahrwerk dient dem Flugzeug zur Fortbewegung am Boden – beim Rollen, beim Startlauf und bei der Landung.

Das Flugzeugfahrwerk kann feststehend sein oder bei schnellfliegenden Flugzeugen auch einfahrbar (Einziehfahrwerk, engl. „retractable gear“), um den aerodynamischen Widerstand zu verringern. Die Anzahl der für ein bestimmtes Flugzeug nötigen Räder hängt von dessen Gewicht ab, sowie von der Belastbarkeit der Landebahndecke. Dieser Wert wird mit der „Pavement Classification Number“ angegeben.

Beim Flugzeugfahrwerk wird unterschieden nach der Anordnung der Räder und nach deren Einbau, entweder fest oder einfahrbar.

Fahrwerkskonfiguration

Bei der Anordnung der Räder (in der Regel handelt es sich um eine Dreipunktabstützung) wird unterschieden zwischen dem historisch älteren Spornfahrwerk (bis in die dreißiger Jahre auch noch mit Schleifsporn) und dem neueren Bugradfahrwerk. Seltener ist eine Tandemanordnung der Räder unter dem Rumpf, wodurch seitliche Stützen erforderlich werden (Beispiel Falke oder Harrier ). Bei schweren Transportflugzeugen besteht das Hauptfahrwerk oft aus zwei bis vier Gruppen von Rädern, die in zwei Reihen am Rumpf angeordnet sind.

Spornradfahrwerk (engl. „conventional gear“)

Bugradfahrwerk (engl. „tricycle gear“)

Tandemfahrwerk (engl. „tandem gear“)

Spornradfahrwerk (Hecksporn- oder Heckradfahrwerk)

Schleifsporn

Iljuschin Il-1

Douglas DC-2

Antonow An-2

In den ersten Jahrzehnten der Luftfahrt bis gegen Ende des Zweiten Weltkriegs waren fast alle Flugzeuge Spornradflugzeuge (engl. taildragger oder tailwheel ). Sie hatten fast alle ein Fahrwerk mit Sporn. Daher rührt auch noch die heute übliche Bezeichnung „konventionelles Fahrwerk“ (engl. conventional gear).

Bei einem Spornfahrwerk befinden sich die zwei Hauptfahrwerksbeine vor dem Flugzeugschwerpunkt und ein Schleifsporn oder ein Spornrad im Heckbereich ergibt den dritten Auflagepunkt. Dieses Spornrad konnte durch Koppelung mit der Seitenruderbetätigung lenkbar gemacht werden. Gegenüber einem Bugradfahrwerk ist die Konstruktion etwas einfacher. Ein Nachteil dieser Fahrwerksform ist, dass der Rumpf im Stand hinten tiefer ist als vorne. Für den Piloten bedeutet das, dass die Sicht nach vorne während des Rollens stark eingeschränkt sein kann und ihn zum Rollen in Schlangenlinien zwingt. Zum Abheben muss er während des Startvorgangs erst das Heck des Flugzeuges anheben (durch leichtes Drücken des Steuerknüppels), bis der Flugzeugrumpf parallel zur Startbahn ist. In dieser neutralen Längsneigung erfolgt die weitere Beschleunigung bis zum Abheben. Wegen der Kreiselwirkung des Propellers kann während des Anhebens des Hecks eine mehr oder weniger starke Neigung zum Ausbrechen entstehen, bei Flugzeugen mit rechts bzw. im Uhrzeigersinn drehendem Propeller nach links. Bei einem tatsächlich beginnenden Ausbrechen zeigt sich der zweite Nachteil des Spornfahrwerks. Der hinter der Auflagelinie des Hauptfahrwerks liegende Schwerpunkt, der ja das Bestreben hat, sich weiter in der ursprünglichen Richtung fortzubewegen, erzeugt dadurch ein Moment, das die Ausbrechbewegung sogar unterstützt.

Landungen mit einem Spornradflugzeug bedürfen besonderer Übung für den heutigen Piloten, der meist seine ursprüngliche Ausbildung auf moderneren Flugzeugen mit Bugradfahrwerk gemacht hat. Bei zu starkem Bremsen besteht bei Spornradflugzeugen zudem die Gefahr des Kopfstandes (Fliegerdenkmal) oder sogar des Überschlags nach vorne.

Anzustreben ist bei Spornradflugzeugen die so genannte Dreipunktlandung, bei der alle drei Räder gleichzeitig aufsetzen. Der dazu nötige große Anstellwinkel des Flügels und damit der größere Widerstand verringern die Aufsetzgeschwindigkeit und verkürzen die Ausrollstrecke stark.

Bei Einbau von Strahltriebwerken unter dem Flügel von Tiefdeckern ist ein Spornradfahrwerk unbrauchbar, wie sich bei den ersten Versuchen mit der Me 262 gezeigt hat. Das Höhenruder ist nicht wirksam genug, um dem aufrichtenden Moment entgegen zu wirken, das der Triebwerksschub in Bezug auf den höher liegenden Schwerpunkt erzeugt. Es war so nicht möglich, beim Anrollen das Heck anzuheben. Der Trick, mit dem diesem Mangel begegnet wurde, bestand in einem kurzen Auf-die-Bremsen-Treten, wodurch der Rumpf in die gewünschte waagrechte Lage kam. Aufgrund dieser Erkenntnis erhielten bereits die weiteren Versuchsflugzeuge der Me 262, aber auch die der Konkurrenzentwicklung, der Heinkel He 280, ein Bugradfahrwerk.

Für Fluggäste von Verkehrsflugzeugen bedeutet ein Spornradfahrwerk, dass sie zum Ein- und Aussteigen im Flugzeug auf einer schrägen Ebene laufen müssen.

Bugradfahrwerk

Cockpit mit Bugrad

Das Bugradfahrwerk (engl. „tricycle gear“) gilt im Vergleich zum Spornradfahrwerk als die modernere Form, obwohl bereits die Brüder Wright sie bei ihren späteren Flugzeugen verwendeten. Sie ist in Deutschland erstmals am 8. Juni 1939 an einer Fw 58 nachzuweisen, die das Reichsluftfahrtministerium bei Focke-Wulf hatte umbauen lassen. Anschließend war das Flugzeug jeweils für einige Zeit allen deutschen Entwicklungsfirmen zur Erprobung zur Verfügung gestellt worden. Walter Blume bei Arado erkannte als Erster die Vorteile und wendete die neue Fahrwerksform sofort bei der Ar 232 an. Sie hat sich seit damals durchgesetzt und stellt die heute gebräuchliche Lösung sowohl im militärischen wie im zivilen Bereich dar.

Beim Bugradfahrwerk ergänzt das Bugrad (engl. „nose gear“) im vorderen Bereich des Flugzeugrumpfes das rechte und linke Hauptfahrwerk (engl. „main landing gear“). Der Flugzeugschwerpunkt liegt etwas vor dem Hauptfahrwerk. Dadurch entsteht im Falle eines leichten Ausbrechens ein Moment, das der Ausbrechrichtung entgegen und somit stabilisierend wirkt. Diese Wirkung wurde z.B. bei den nicht gelenkten, abwerfbaren Startwagen der ersten Arado Ar 234 Versuchsflugzeuge ausgenutzt.

Bei Verkehrsflugzeugen mit Bugrad ist der Rumpf zum Ein- und Aussteigen der Passagiere immer in der waagrechten Lage. Die Sicht für den Piloten ist gut, besonders während des Rollens, aber auch bei Start und Landung. Das Bugrad kann lenk- oder auch nur schwenkbar ausgeführt werden. Im letzteren Fall muss zum Vermeiden des gefürchteten Bugradflatterns (engl. Shimmy) eine eigene Dämpfeinrichtung eingebaut sein. Zum Lenken auf dem Boden wird die Radbremse des jeweiligen Hauptfahrwerks benutzt. Ein Überschlag nach vorne, wie beim Spornradfahrwerk, ist kaum mehr möglich.

Bugrad

Bugrad einer Boeing 737-300

Das Bugrad ist Teil der Fahrwerksanlage eines Flugzeugs. Es befindet sich im vorderen Teil der Maschine, dem Bug, daher stammt der Name.

Das Bugrad nimmt im Gegensatz zum Hauptfahrwerk während des Stehens und Rollens am Boden nur einen relativ geringen Teil des Flugzeuggewichts auf. Man spricht auch dann von einem Bugrad, wenn dort mehr als ein Rad angeordnet ist. Die relativ schwache Auslegung des Bugrades kann bei unsachgemäßen Landungen zum Bruch führen, so dass die Flugzeugnase die Landebahn berührt. Bei einmotorigen Propellerflugzeugen, die ihren Propeller meist vorne haben, kommt es dann zu dessen Zerstörung – oft auch des Motors.

Bei Kampfflugzeugen, die auf Flugzeugträgern starten und landen, muss das Bugrad sehr stabil sein, da es einmal die Kräfte des Startkatapults aufzunehmen hat und bei der Landung mit sehr hoher Sinkgeschwindigkeit starke Stoßbelastungen.

Bei Verkehrsflugzeugen, die an Flughäfen Parkpositionen mit Fluggastbrücken benutzen, wird die Schleppstange des Flugzeugschleppers, der das Flugzeug nach dem Beladen zurückschiebt, am Bugrad angekoppelt, bei neueren Schleppern sogar das gesamte Fahrwerk umschlossen und angehoben.

Hauptfahrwerk

Hauptfahrwerk des Airbus A380

Das Hauptfahrwerk ist Teil der Fahrwerksanlage eines Flugzeugs. Es befindet sich im Bereich des Schwerpunktes der Maschine und trägt die Hauptlast des Flugzeuges während des Rollens am Boden, daher stammt der Name.

Hauptfahrwerk einer Boeing 747

Das Hauptfahrwerk kann aus lediglich einem Rad bestehen (Einspurfahrwerk) oder auch aus einer Vielzahl von Rädern mit sehr komplizierter Mechanik. Einige Hauptfahrwerke (oder Teile davon) können gelenkt werden, um die Manövrierfähigkeit am Boden zu verbessern. Bei der Boeing 747 als Beispiel ist der hintere Teil des Hauptfahrwerks steuerbar, um engere Kurvenradien zu ermöglichen.

Manche Hauptfahrwerke können bereits im Fluge verschwenkt werden, um bei Seitenwindlandungen das seitliche Schieben der Maschine beim Aufsetzen ausgleichen zu können (z.B. Boeing B-52).

Tandemfahrwerk

Für besondere Anwendungen ist auch die Tandemkonfiguration (engl. „tandem gear“) verbreitet – etwa bei Segelflugzeugen, Senkrechtstartern, Höhenaufklärern oder einigen Bombern. Auch die erste Ausführung des in der DDR entwickelten Verkehrsflugzeugs 152 hatte ein solches Fahrwerk, bei dem immer seitliche Stützen erforderlich sind.

Die Boeing B-52 hat vier Hauptradpaare unter dem Rumpf, jeweils zwei nebeneinander

Hawker Siddeley Harrier

Lockheed U-2

Tandemräder

Das Fahrwerk großer Flugzeuge ist oft mit Tandemrädern ausgestattet. Diese dann oft noch doppelt oder dreifach je Fahrwerksbein.

Transportflugzeuge

Transportflugzeuge haben besondere Anforderungen an das Fahrwerk:

• sehr hohe Belastung (deshalb sehr viele Räder, keine langen oder grazilen Fahrwerksbeine)
• Militärtransporter müssen (je nach Anforderung und Einsatzzweck) auch auf unbefestigten Pisten starten und landen können
• möglichst niedrige Ladekante (eventuell zusätzlich hydraulisch absenkbar)
• sehr große Schwerpunktverschiebung während des Ladevorganges (Flugzeuge müssen bei der Verschiebung schwerer Ladungen innerhalb des Flugzeuges am Heck abgestütz werden, damit sie nicht hinten überkippen)

In der Regel kommen dafür ausgelegte Bugradfahrwerke zum Einsatz.

McDonnell Douglas C-17

Antonow An-22

Antonow An-225

Lockheed C-5

Andere Lösungen

Abhängig vom Einsatzzweck können auch andere Fahrwerklösungen eingesetzt werden. Häufiger ausgeführt wurden Flugzeugfahrwerke mit zwei Hauptfahrwerksbeinen hintereinander im Rumpf und mit Stützrädern an den Flügeln (beispielsweise beim Harrier). Segelflugzeuge besitzen oft nur ein Hauptfahrwerksrad und Scheuerleisten an den Flügelspitzen. Besondere Schwerlastfahrwerksauslegungen besitzen eine sehr große Zahl an Hauptfahrwerksrädern um den Bodendruck gering zu halten und sind teilweise in der Höhe am Boden einstellbar ausgeführt, um die Be- und Entladung zu vereinfachen. In seltenen Fällen wurde das Fahrwerk auch abwerfbar gestaltet, um die Leistungsdaten des Flugzeuges zu verbessern, so etwa bei der Messerschmitt Me 163.

Schwimmer

Wasserflugzeug mit Schwimmern

Siehe →Wasserflugzeug

Kufen

Kufen werden vereinzelt verwendet, z.B. bei der North American X-15, oder auch bei der Lockheed C-130 für den Polareinsatz.

Ketten

Fairchild C-82 mit Kettenfahrwerk

Vereinzelt wurde für den Einsatz von nicht tragfähigem Untergrund auch ein Kettenfahrwerk eingesetzt. Dies konnte sich jedoch aufgrund des hohen Gewichts und unlösbarer technischer Schwierigkeiten nicht durchsetzen.

Festes (feststehend) oder einziehbares Fahrwerk

Das feste Fahrwerk ist historisch älter. In er Anfangszeit des Flugzeugbaus war der prozentuale Anteil des Fahrwerks am Gesamtwiderstand des Flugzeugs mit seinen eckigen Formen, den vielen Streben und Verspannungen unerheblich. Erst mit der allgemeinen Verbesserung der aerodynamischen Form fiel er immer mehr ins Gewicht. Da das Fahrwerk während des Fluges nicht gebraucht wurde, lag der Gedanke nahe, es während dieser Phase ganz verschwinden zu lassen. Man sprach deshalb auch vom Verschwindfahrwerk. Heute ist das einziehbare Fahrwerk die Regel. Nur bei kleineren Flugzeugen, mit weniger hohen Geschwindigkeiten, werden noch die einfacheren festen Fahrwerke verwendet. Es gibt auch Formen, bei denen das Fahrwerk nur teilweise eingezogen wird.

Festes Fahrwerk

Ist das Fahrwerk so am Flugzeug angebracht, dass es, abgesehen von den durch das Einfedern bedingten Änderungen seiner Form, während des ganzen Fluges seine Form beibehält, spricht man von einem festen Fahrwerk. Die Räder einer jeden der beiden Hauptfahrwerkshälften sitzen an einer Federstrebe, welche sowohl die zum Abfedern der Roll- und Landestöße erforderlichen Bauteile der verschiedensten Art enthält, als auch eine Einrichtung zur wirksamen Dämpfung dieser Federbewegung. Diese Federbeine können nun freitragend, ohne seitliche Abstützung in ihrer starren Halterung befestigt sein. Man spricht dann von einem Einbeinfahrwerk (Beispiele: Bücker Bü 181, Klemm Kl 35 A und B). Diese Federbeine werden durch seitlich auf das Rad wirkende Kräfte auf Biegung stark beansprucht. Die andere Art ist das Dreibeinfahrwerk, bei dem das nun gelenkig befestigte Federbein durch zwei, meist in V-Form angeordnete, ebenfalls gelenkig befestigte Stützstreben geführt wird. Beim Einfedern bewegen sich alle drei Teile. Fahrwerke dieser Art verändern dabei ihre Spurweite (Beispiele dafür: Junkers Ju 52, Fieseler Fi 156). Um den Luftwiderstand zu verringern, sind meist die Hauptfahrwerksbeine und die Räder aerodynamisch verkleidet. Bei besonders langsamen Flugzeugen oder Hubschraubern wird jedoch auch darauf verzichtet.

Einziehfahrwerk

Ist das Flugzeugfahrwerk hingegen so gestaltet und eingebaut, dass es eingefahren werden kann, spricht man von einem einziehbaren Fahrwerk oder Einziehfahrwerk (engl. „retractable gear“). Das Ein- und Ausfahren kann manuell oder automatisch (meist hydraulisch), vor sich gehen. In letzterem Fall muss es ein Notausfahrsystem geben, das früher auch oft von Hand (Handpumpe oder Handkurbel) zu betätigen war. Das Fahrwerk wird ganz oder teilweise in den Rumpf, den Flügel, die Motorgondeln oder sonstige Verkleidungen eingezogen. Einziehfahrwerke fanden Mitte der 1930er Jahre in den Flugzeugbau Eingang (Beispiele: Heinkel He 70 „Blitz“, Airspeed AS 5 „Courier“), um dem Wunsch nach gesteigerten Fluggeschwindigkeiten Rechnung zu tragen. Da die Position aller Räder für den Piloten von seinem Sitz aus nicht erkennbar ist, muss ihm die Stellung eines jeden Fahrwerksteils, ein- oder ausgefahren, über Geräte angezeigt werden. Dabei gibt es elektrische sowie mechanische Anzeigen, welche die Stellung des Fahrgestelles erkennen lassen.

Das Einziehen des Fahrwerkes erfolgt fast unmittelbar nach dem Start, sobald eine positive Steigrate auf dem Steigmesser (Variometer, engl. „Vertical Speed Indicator“ – VSI) angezeigt wird, in der Regel spätestens über dem Ende der Landebahn. Bei einigen Flugzeugen erhöht sich im Moment des Einfahrens der Luftwiderstand, wenn die Klappen der Fahrwerksschächte dazu erst geöffnet werden müssen. Das kann bei niedrigen Geschwindigkeiten kritisch werden (z.B. beim Durchstarten mit einem ausgefallenen Triebwerk). In diesem Fall ist das Fahrwerk erst nach Erreichen der kritischen Geschwindigkeit einzufahren. Sofort nach dem Abheben werden die Räder durch Betätigung der Bremsen oder automatisch zum Stillstand gebracht um unerwünschte Auswirkungen der sich noch drehenden Räder in den Fahrwerksschächten zu vermeiden.

Eine B-52 beim Einziehen des Fahrwerks

Der Fahrwerkshebel als solcher (relativ wuchtig mit einem Rad am Ende) und vor allem seine Stellung ist in modernen Cockpits verwechselungssischer sofort zu erkennen. Für jedes Fahrwerksbein existiert eine Anzeigenleuchte, bei einem Flugzeug mit 5 Fahrwerksbeinen sind es somit fünf Leuchten, welche je nach Flugzeugtyp in den Farben rot, orange oder grün aufleuchten können. Die Semantik ist einfach:

• kein Licht: Fahrwerk eingefahren und verriegelt
• grünes Licht: Fahrwerk ausgefahren und verriegelt
• orangefarbenes Licht: Fahrwerk wird gerade ein/ausgefahren
• rotes Licht: Funktionsstörung

Das Ausfahren des Fahrwerks erfolgt im Sinkflug auf dem Gleitpfad und wird normalerweise in etwa 750 Meter (knapp 2000 Fuß) über der Landebahnhöhe begonnen. Aus Lufthansa-Kreisen ist hier der Spruch "Zweitausend über Hessen - Fahrwerk nicht vergessen!" in Anspielung auf den Hub im hessischen Frankfurt am Main bekannt. Vor allem bei winterlichen Verhältnissen ist man bestrebt, das Ausfahren des Fahrwerkes auf möglichst spät zu verschieben, um bei feuchter Witterung Eisansatz an der Mechanik und insbesondere an den Bremsen zu verhindern.

In modernen Flugzeugen wird durch das „Ground Proximity Warning System“ (GPWS) verhindert, dass die Maschine mit eingefahrenem Fahrwerk landet. Das System gibt Warnsignale ab, wenn die Motorleistung unter ein bestimmtes Maß verringert wird und die Maschine sich in Bodennähe im Sinkflug befindet.

Das Rennflugzeug Dayton-Wright RB war das erste Flugzeug mit Einziehfahrwerk. Es nahm 1920 für die USA am „James Gordon Bennett Aviation Cup“ teil, musste aber nach der ersten Runde wegen technischen Problemen ausscheiden.

Siehe auch

• Fahrwerk
• Radaufhängung
• Lenkung
• Bremse

Weblinks

• Masse und Leistungsbedarf von Fahrwerken