Fahrwerk (Flugzeug)

Fahrwerk an einem Airbus A330

Fahrwerk an einer Boeing 747

Das Fahrwerk (engl. „landing gear“ bzw. „Undercarriage“) eines Luftfahrzeuges stellt die Gesamtheit der Räder mit Flugzeugreifen, Felgen und meist darin eingebauten Bremsen dar. Hinzu kommt deren Aufhängung an gedämpften Federbeinen, Federstreben oder starren Konstruktionen. Das Fahrwerk trägt das Luftfahrzeug am Boden und ermöglicht eine Fortbewegung am Boden (das Rollen). Zudem ermöglicht es, die erforderliche Startgeschwindigkeit zum Abheben zu erreichen (der Startlauf). Bei der Landung werden die relativ hohen Stoßbelastungen vom Fahrwerk absorbiert (Stoßdämpfer) und so von der Flugzeugzelle ferngehalten. Auch ein Wiederhochspringen (Abprallen von der Landebahn) nach einem härteren Aufsetzen wird durch die Dämpfung des Federbeins verhindert. Radbremsen können zur Verkürzung der Ausrollstrecke bei der Landung, zum Lenken am Boden (Differentialbremsung) sowie zur Geschwindigkeitskontrolle und als Parkbremse am Boden benutzt werden.

Die Hauptaufgaben des Fahrwerks sind:

• Beweglichkeit des Flugzeugs am Boden ermöglichen
• Sicherstellung, dass während des Rollens, des Abhebens und des Aufsetzens kein anderes Teil des Flugzeugs den Boden berührt
• Absorbieren und Dämpfen der vertikalen kinetischen Energie beim Landen
• Dissipation der horizontalen kinetischen Energie beim Landen und im Falle eines Startabbruchs
• Aufnahme und Weiterleitung der kinetischen Energie beim Bremsen
• Federung von Bodenunebenheiten
• Widerstand gegen die seitliche Belastung bei Seitenwindstart und Seitenwindlandung

Das Fahrwerk kann feststehend (starr) sein oder auch einfahrbar (Einziehfahrwerk, engl. „retractable gear“), um den aerodynamischen Widerstand um bis zu 25% zu verringern. Hierbei wird das Fahrwerk in Motorgondeln, in die Tragflächen oder auch in den Flugzeugrumpf eingefahren. Beim Fahrwerk handelt es sich meist um eine Dreipunktabstützung. Die Anzahl der für ein bestimmtes Flugzeug nötigen Räder hängt von dessen Gewicht, Einsatzzweck sowie von der Belastbarkeit der Flughafenbetriebsoberflächen ab. Dieser Wert wird mit der „Pavement Classification Number“ angegeben.

Bei Flugzeugfahrwerken wird unterschieden nach der Anordnung der Räder, nach deren Einbauort sowie nach deren Bauart. Grundsätzlich wird zwischen zwei Fahrwerksarten unterschieden:

• Hauptfahrwerk (vor oder hinter dem Flugzeugschwerpunkt)
• Stützfahrwerk (Bug- oder Spornfahrwerk sowie auch Stützfahrwerke an den Tragflächen)

danach folgt die Anordnung der Fahrwerke

• Dreipunkt-Fahrwerk in Bug- oder Spornradausführung
• Tandemfahrwerk
• Spezialfahrwerke (z.B. Kettenfahrwerke oder Kufengestelle)

Fahrwerkskonfiguration

Bei der Anordnung der Räder (in der Regel handelt es sich um eine Dreipunktanordnung) 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.

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  Spornradfahrwerk (engl. „conventional gear“)

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  Bugradfahrwerk (engl. „tricycle gear“)

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  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 korkenzieherartigen Luftströmung hinter dem Propeller (engl.: slip stream), die auf das Seitenleitwerk trifft, kann insbesondere nach dem Anheben 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, insbesondere beim Ausrollen nach der Landung, 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 entgegenzuwirken, 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. Dabei ergänzt das Bugrad (engl. „nose gear“) im vorderen Bereich des Flugzeugrumpfes das rechte und linke Hauptfahrwerk (engl. „main landing gear“). 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 kann zusätzlich zum Bugrad die Radbremse des jeweiligen Hauptfahrwerks benutzt werden. Ein Überschlag nach vorne, wie beim Spornradfahrwerk, ist kaum mehr möglich. Der Flugzeugschwerpunkt liegt etwas vor dem Hauptfahrwerk. Dadurch entsteht im Falle eines leichten Ausbrechens ein Moment, das der Ausbrechrichtung entgegen und somit stabilisierend wirkt.

Reifenanordnung von Grossraumflugzeugen

Bei Verkehrsflugzeugen mit Bugrad ist der Rumpf zum Ein- und Aussteigen der Passagiere immer in der waagrechten Lage. Die Bezeichnung der Reifenanordnung von Verkehrsflugzeugen wurde durch die US-amerikanische FAA standardisiert. ^[1]

Diese Konfiguration 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.

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 bei modernen Konstruktionen (bsp. bei der F-18 Hornet und der Dassault Rafale) 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 (zum Beispiel Boeing B-52).

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 abgestützt werden, damit sie nicht hinten überkippen)

In der Regel kommen dafür ausgelegte Bugradfahrwerke zum Einsatz.

McDonnell Douglas C-17

Antonow An-225

Lockheed C-5

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 meist seitliche Stützen erforderlich sind.

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

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  Hawker P.1127

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  Lockheed U-2

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  ASK 21 (Abdeckung des Hauptrades demontiert)

Segelflugzeuge

Von wenigen Ausnahmen wie der Stemme S 10 abgesehen besitzen Segelflugzeuge keine nebeneinander liegenden Räder. Im unbewegten Zustand liegt also immer eine Tragfläche auf dem Boden auf, wobei an der Flügelspitze zum Schutz der Oberfläche Scheuerleisten oder kleine Rädchen angebracht sein können.

Die Hauptlast wird bei modernen Segelflugzeugen von einem – oft einziehbaren – Hauptrad im Bereich des Schwerpunktes getragen, bei den ersten Schulgleitern übernahm diese Rolle eine Kufe. Auch bei vielen etwas älteren Modellen wie der Schleicher ASK 13 wird das Hauptrad nach vorne hin durch eine Kufe unterstützt. Bei moderneren Typen wird stattdessen ein kleineres Bugrad vor dem Hauptrad verwendet. Auch am Heck hat sich inzwischen die Verwendung eines kleinen Rades anstelle des vormals üblichen Schleifspornes durchgesetzt. Da dieses Rad (wenn überhaupt) nur sehr eingeschränkt lenkbar ist, wird zum einfacheren Manövrieren am Boden ein Spornkuller montiert.

Andere Lösungen

Abhängig vom Einsatzzweck können auch andere Fahrwerklösungen eingesetzt werden. 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, zum Beispiel 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 der 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 (zum Beispiel 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
• bernsteinfarbenes 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

Einzelnachweise

1. ↑ Bezeichnung der Reifenanordnung durch die FAA (PDF; 555 kB)

Weblinks

 Commons: Fahrwerke von Flugzeugen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Masse und Leistungsbedarf von Fahrwerken (PDF-Datei; 384 kB)