Wirbelschleppen

Entstehung von Wirbelschleppen

Wirbelschleppen sind eine Begleiterscheinung des Auftriebs. Daher treten sie bei einem startenden Flugzeug erstmals am Rotationspunkt auf, wenn das Bugrad abhebt. Ihre Intensität wird wesentlich von der Geometrie, insbesondere der Tragflächen, und auch vom Anstellwinkel des Flugzeugs beeinflusst. Indirekt ist damit auch Größe und Masse eines Flugzeugs verbunden: Je größer die ersten beiden Werte, desto stärker werden auch die Wirbelschleppen. Wirbelschleppen bilden sich nach dem Aufsetzpunkt, wenn das landende Flugzeug auf der Landebahn aufgesetzt hat, nicht neu. Man kann zwei Entstehungsursachen für Wirbelschleppen unterscheiden, wobei die erste dominierend ist:

Damit ein Flugzeug Auftrieb erzeugen kann, muss Luft an den Tragflächen nach unten beschleunigt werden. Da diese Beschleunigung außerhalb des Flugzeugbereiches nicht erfolgt, entsteht ein Drehimpuls, und es bilden sich hinter dem Flugzeug zwei gegenläufig drehende Wirbel, deren Lebensdauer von Wind und Atmosphäre beeinflusst wird. Zwischen den beiden Wirbeln entsteht eine starke, vertikal abfallende Luftströmung, die für nachfolgende Flugzeuge gefährlich ist. Bei ausgefahrenen Klappen, also bei Start oder Landung, verstärkt sich in Abhängigkeit vom Gewicht des Flugzeuges die Intensität der hinter dem Flugzeug verbleibenden schlauchartigen Wirbel. In ungünstigen Fällen können die Wirbelschleppen so lange anhalten und eine solche Stärke erreichen, dass sie z. B. am Boden ganze Hausdächer abdecken. Speziell im Gebiet eines Flughafens kommen sich Flugzeuge zwangsläufig so nahe, dass schon in der Warteschleife, aber besonders im Landeanflug und beim Start auf die Abstände der Maschinen geachtet werden muss, um Turbulenzen und Steuerungsprobleme durch Wirbelschleppen für nachfolgende Maschinen zu vermeiden. Hier gilt eine Richtzeit von zwei bis drei Minuten. Diese Staffelung wirkt sich auf die Kapazität eines Flughafens aus.

Da an der Flügeloberseite bei der Erzeugung von Auftrieb Unterdruck herrscht, kommt es an den Flügelspitzen zu einem Druckausgleich, bei dem Luft von der Flügelunterseite zur -oberseite strömt. Die Luft kühlt sich im Zentrum der Verwirbelung am Flügelende adiabatisch ab, da sich hier ein Bereich besonders niedrigen Drucks befindet. Dabei erreicht die Luft oft Temperaturen unterhalb der Taupunkttemperatur, wodurch es zur Kondensation des in der Luft enthaltenen Wassers zu Wasserdampf/Nebel kommt und ein Wirbelzopf sichtbar wird. Für die Konstruktion von Flugzeugen sind die Fragen des Auftriebs entscheidend, wobei der durch Wirbelschleppen bedingte Auftriebsverlust mit zunehmender Tragflächenlänge abnimmt. Damit ist eine Erhöhung der Abrissgeschwindigkeit und des Treibstoffverbrauchs, aber auch eine Einschränkung der Manövrierfähigkeit verbunden. Gerade bei Kampfflugzeugen nimmt man aber zugunsten der Manövrierfähigkeit kürzere Flügel und verhältnismäßig starke Wirbelschleppen in Kauf. Von diesem Sonderfall abgesehen, wird generell eine hohe Streckung bevorzugt und/oder die Tragflächenenden werden mit Winglets versehen.

Verhalten bei Gefahr von Wirbelschleppen

Der Flugverkehrskontrollotse auf dem Turm gibt üblicherweise bei Gefahr von Turbulenzen und Wirbelschleppen eine Warnung aus. Dennoch steht letztendlich der Pilot in der Verantwortung, sicher zu landen und einen Unfall zu vermeiden. Aus diesem Grund haben sich unter anderen folgende Verfahren als sinnvoll erwiesen:

Landung hinter einem landenden großen Flugzeug auf derselben Landebahn:
Über dem Gleitweg des vorhergehenden Flugzeugs bleiben und nach dessen Aufsetzpunkt landen.

Landung hinter einem startenden großen Flugzeug auf derselben Landebahn:
Landung am Beginn der Startbahn und kurze Landung.

Abflug hinter einem startenden großen Flugzeug auf derselben Landebahn:
Abheben (rotieren), bevor der Rotationspunkt des vorangehenden Flugzeugs erreicht ist. Dann unbedingt über dessen Steigweg bleiben und Kursänderungen, die unter oder hinter dem Weg eines großen Flugzeugs entlangführen, vermeiden.