Mittwoch, 1. Juni 2016

EFIS - Elektronisches Multitalent - nichts für Puristen!

Wer kennt nicht die schönen bunten Displays in den modernen Flugzeugen von heute. Der Trend zeichnet sich ganz klar ab: Glascockpits, also EFIS (Electronic Flight Instrument System) werden meist schon ab Werk als Standard verbaut, auch wenn diese nicht immer günstig sind und je nach Ausführung schnell einige tausend Euro kosten. Was ist also der Nutzen von einem Bildschirm gegenüber einem herkömmlichen Uhrenladen wenn man nur von A nach B fliegen möchte, meist bei schönem Wetter mit Blick nach draußen?

Richtig genutzt kann ein EFIS eine enorme Bereicherung für den Piloten sein und bietet sogar ein Sicherheits-Gewinn wenn es gilt, Entscheidungen im Flug zu treffen. Ziel dieses Blogbeitrags ist von daher nicht das Für und Wider EFIS, sondern die Vorstellung einiger Features anhand des Dynon-Avionics „Skyview“.


Synthetic Vision und Geländedarstellung

Es stellt sich oft die Frage warum man als VFR Sichtflieger eine Horizontlinie mit 3D Darstellung der Umgebung und Geländeinformationen im PFD (Primary Flight Display) benötigt, fliegt man doch meist bei gutem Wetter mit Sichten von 10km oder mehr. Im Normalfall ja. Es gibt aber Situationen, wo trotz ausreichenden VMC keine natürliche Horizontlinie als Referenz zur Verfügung steht. Um von der Geländedarstellung zu profitieren bedarf es nicht zwangsläufig einer marginalen Wettersituation. Alleine ein Flug entlang eines Höhenzuges oder durch ein Alpental wird durch die Geländedarstellung um einiges entspannter. Hier hilft ein EFIS den Verlauf der Täler zu erkennen. Auch hilft die realistischen Geländedarstellung „um die Ecke“ zu schauen, was einem bei - egal welcher Sicht - niemals möglich sein wird, um so den idealen Durchbruch für den Weiterflug zu finden.

EFIS2

In Kombination mit einer Hindernisdarstellung und FLARM erkennt man Seilbahnen oder anderen Verkehr auf einen Blick, wohingegen ein vergleichbares Setting mit Einzelinstrumenten mit einer höheren Arbeitsbelastung einhergehen würden und so viel weniger Ressourcen in Form von Aufmerksamkeit für Luftraumbeobachtung zur Verfügung steht. Dennoch sollte man als Pilot sich immer bewusst sein, dass eine synthetische Darstellung der Umgebung immer nur so gut sein kann, wie die verwendeten Datenbanken und die Software. Es kann als zusätzliche Informationsquelle angenommen werden, nie jedoch als Ersatz für eine Sicht nach Draußen.



Windanzeige & Geschwindigkeitenwind

Wind spielt in der Fliegerei - egal ob im Kleinflugzeug oder Airliner - stets eine wichtige Rolle. Dieser kann einen bremsen oder die Flugzeit verkürzen. Für gewöhnlich wird man diesen anhand der GS eines Navis abschätzen können. In einem modernen EFIS wird der Windvektor genau mit Richtung und Stärke angezeigt und eine entsprechende TAS wird von dem EFIS ermittelt. Erneut eine kleine Arbeitserleichterung, die einem das Leben bei der Planung des Flugwegs und Flughöhe erleichtert. Auch bei Landungen kann die integrierte Anzeige der Seitenwindkomponente (XW) den Piloten rechtzeitig warnen und seine Aufmerksamkeit schärfen.


daDichtehöhe

Draußen ist es vielleicht noch etwas kühl und man selbst fühlt sich auf einem Gebirgsplatz auf 6500ft grade so wohl ohne Jacke herumzulaufen. Wie fühlt sich aber mein Flieger dabei? Einen guten Hinweis liefert hier die Dichtehöhe (Density Altitude). Ähnlich wie in Flugleistungstabellen berücksichtigt diese die Abweichungen von Temperatur und Luftdruck vom genormten Standard. Sicherlich kann man diese auch anhand einer Faustformel ermitteln – das EFIS übernimmt diese Aufgabe aber verzugsfrei und stellt diese dauerhaft unter der Höhenanzeige als Referenz zur Verfügung. Erneut eine Arbeitserleichterung, die hilft wertvolle Aufmerksamkeit und Ressourcen zu sparen.



EMS – Engine Monitoring System
Motoranzeige- oder Instrumente dienen primär zum Überwachen. Bei herkömmlichen Rundinstrumenten muss der Pilot diese Aufgabe übernehmen. In regelmäßigen Abständen sollte dieser die kleinen Zeigerinstrumente in seinem Scan-Pattern mit aufnehmen, um Unregelmäßigkeiten rechtzeitig zu erkennen. Ist der Pilot anderweitig beschäftigt oder situativ abgelenkt, so kann ihm im entscheidenden Moment etwas durch die Lappen gehen. Klassiker sind niedriger Kraftstoff-/ Öldruck in der Abflugphase oder ein Vergessen der Tankumschaltung mit Leerfliegen des Tanks. 

ems

Hier greift ein modernes EMS dem Piloten unter die Arme. Es ermöglicht nicht nur die Abfrage von zusätzlichen Parametern, die mit normalen Rundinstrumenten alleine vom Panel-Platz her meist nicht möglich wären, sondern warnt im entscheidenden Moment visuell und akustisch. Limits und Warnschwellen können dabei meist selbst eingestellt werden. Bei dem zuvor genannten Beispiel mit einem abgefallenen Kraftstoffdruck ertönt ca. 30 Sekunden vorher eine Warnung, bevor das Triebwerk den Dienst quittiert. Wertvolle Zeit zur Auswahl eines idealen Landefeldes oder Beheben eines Pilotenfehlers.



Kollisionswarner

Mit zunehmender Verkehrsdichte steigt auch die potentielle Gefahr von Zusammenstößen. Auf den Markt sind zahlreiche Kollisionswarner erhältlich. Die Bandbreite der Darstellung reicht von einfachen LED-Lämpchen bis hin zu Mini-Displays, anhand dieser vereinfachten Darstellung der Pilot den Verkehr draußen erkennen soll.
traffic
Ein modernes EFIS lässt sich mit diversen Kollisionswarnern koppeln und kann so den Verkehr auf Karte sowie dem PFD einblenden. Es entsteht ein einfach und schnell zu deutendes 3D Bild der aktuellen Verkehrslage – viel besser als es bei den herkömmlichen 2D Anzeigegeräten möglich ist.


FPM – Flight Path Marker

Ein fester Bestandteil von auch schon weniger teuren Festeinbau-EFIS ist ein Flight Path Marker (FPM). Diese kleine „Pille“ am Horizont - eher aus der professionellen Fliegerei bekannt - stellt verzugsfrei den aktuellen Flugweg dar, so daß schnell ersichtlich wird, ob die Maschine im Steig-, Sinkflug oder durch den Wind verblasen wird. Bei einer Landung zeigt einem dieser kleine Helfer den Aufsetzpunkt an, so daß man ideal seine Sinkrate mit dem Gas kontrollieren kann. Nicht wirklich kriegsentscheidend, aber ein sinnvolles „nice to have“.
fpm
Aber auch zum Abschätzen des Anstellwinkels und damit den Spielraum zum Stall kann mit Hilfe des FPM entnommen werden indem der Abstand zwischen dem Flugzeugsymbol und dem FPM betrachtet wird, dazu aber mehr im nächsten Abschnitt.


AoA – Angle of Attack
Für gewöhnlich haben ULs keine Überziehwarnung. Sei es aus Gründen, daß damals die Maschinen als so gutmütig erachtet wurden, die einen Strömungsabriss rechtzeitig durch Schütteln oder eine „schwammige“ Lenkung angezeigt haben. Heutige moderne ULs sind dagegen sensibler und darüber hinaus sehr agil mit schnelle Kurven- und Lastwechseln. Komplexe Landeklappensysteme die durch negative Wölbung „clean“ ein recht aggressives Abreissverhalten haben, bewirken in der Konsequenz, dass ein Vergessen der richtigen Klappenstellung und folglich zu wenig Fahrt nachhaltige Folgen für Start oder Landung haben kann. Erschwerend hinzu kommt noch, dass ULs bislang keine verbindliche Trudelerprobung durchlaufen. Das bedeutet, daß faktisch das Verhalten nach einem Abkippen nicht gesichert unter Beweis gestellt wurde.

Die geringe Masse eines ULs ermöglicht zwar schnelle Beschleunigungen, aber bewirkt umgekehrt auch einen schnelleren Fahrtabbau. Ein Problem mit denen gerade Umsteiger von Echo auf UL umlernen müssen. Landeklappen beeinflussen maßgeblich die Längsneigung – alleine die Pitch-Information reicht damit nicht unbedingt aus, um die Fahrt zu bestimmen. Fahrt- und Windgeräusche in modernen ULs werden auch immer besser gedämpft und unterscheiden sich sogar innerhalb des Musters erheblich, so daß diese ebenfalls ein schwer zu interpretierendes Indiz für ein Geschwindigkeitsspektrum sind. Und daß die Stallspeed in unmittelbarer Abhängigkeit zum Gewicht des Fliegers steht brauchen wir nicht weiter auszuführen. Bei Überladung der im Betriebshandbuch angegebenen Gewichte können die Farbmarkierungen am Fahrtmesser ebenfalls nicht mehr zuverlässig als Indiz für einen drohenden Stall herangezogen werden. Einzig den Anstellwinkel (AoA) zu messen und dem Piloten im Panel zur Anzeige zu bringen gibt zuverlässig Informationen über den Puffer zum überzogenen Flugzustand.


Dies kennt man für gewöhnlich nur aus der professionellen Großluftfahrt wo mit einem kleinen Fähnchen die aktuelle Strömung gemessen wird.
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Fragt man Militärpiloten, ist das Fliegen nach AoA die einzig zuverlässige Methode ein Flugzeug zu fliegen, denn der AoA ist unabhängig von Gewicht, Klappenstellung und Schräglage und berücksichtigt auch dynamische Lastwechsel.

In der zertifizierten Fliegerei erhält der AoA bislang nur durch sündhaft teuere EFIS Einzug. Doch gibt es seit jüngstem auch günstige Nachrüst-AoA-Systeme. Im Zuge der technischen Weiterentwicklung ist es heute möglich, den Anstellwinkel zuverlässig mittels Differenzdruckmessung an speziell dafür konzipierten Pitot-Rohren zu messen und somit nutzbar für die Kleinfliegerei zu machen.
pitot

Im EFIS wird der Anstellwinkel mit Hilfe einer farbigen Ampel angezeigt. Je höher der Anstellwinkel, desto weniger Balken bleiben im Display. Irgendwann bleiben nur noch gelbe Balken und die Anzeige meldet sich auch akustisch zu Wort. Bei Rot erfolgt ein durchgehender Stall-Warning-Ton und die Strömung reißt ab.

aoa2

Der entscheidende Vorteil dieser Anzeige gegenüber einer üblichen Stall-Warning ist der, dass man weit im Voraus durch immer schneller werdendes Piepen vor einer Annäherung an den Stall gewarnt wird. Herkömmliche Stall-Warnungen geben meist erst dann laut, wenn es in einer dynamischen Situation längst zu spät ist und sind zum Teil aufgrund der groben Mechanik recht schwer zu eichen. Ein Beispiel: In dem nachfolgenden Bild erscheint die vermeintlich „gesunde“ Geschwindigkeit von 94 km/h in einem anderen Licht. Schräglage in Verbindung mit der g-Belastung spielen hier eine entscheidende Rolle.

EFIS


Speziell in Situationen wo die Aufmerksamkeit nach Draußen gelenkt ist, kann einen der AoA vor Schlimmeren bewahren. Insbesondere in den Bergen und/ oder bei Umkehrkurven in Tälern wird rechtzeitig angekündigt, wann es der Aerodynamik zuviel wird und ein Pilot besser weniger Bank, den Steuerdruck nachlassen und mehr Fahrt aufnehmen sollte.

Hier mal ein Link zu einem Video, wie sich die AoA-Anzeige im Flug verhält

https://vimeo.com/161765516



Fehlerquellen

Wo Licht ist da ist auch Schatten. Elektronischen Anzeigen sind immer nur so gut, wie diese eingebaut und kalibriert wurden. In diesem Abschnitt nennen wir einige Faktoren, denen wir immer wieder begegnen.

Gelände- und Hindernisdaten: Daten können fehlerbehaftet oder veraltet sein. Hindernisse an einer ganz anderen Stelle zeigen oder gänzlich ignorieren. Ein Fliegen rein nach Instrumenten ohne Sicht auf die reale Welt ist nicht nur zurecht für UL verboten sondern kommt einem russischen Roulette gleich.

collision

Windanzeige: Die Windberechnung ist nichts anderes als das Winddreieck rückwärts gerechnet. Wohingegen die GS und auch der Track recht genau sind, kann die TAS fehlerbehaftet sein. Es scheint heutzutage Mode zu sein, die Fahrtmesseranzeigen zu höheren Werten zu „schönen“. Die daraus resultierende höhere TAS geht dann in die Windberechnung mit ein und man muss sich nicht selten wundern, wenn man immer Gegenwind angezeigt bekommt. Eine ähnliche Auswirkung hat auch ein falsches „Heading“, also die Kompassanzeige. Der Kompass muss daher exakt geeicht werden. Insbesondere der Einbauort des Kompassmoduls ist von besonderer Relevanz. Wird das Modul unter dem Steuergestänge oder in unmittelbarer Nähe elektronischer Störquellen installiert, können Ablagen von 30° und mehr entstehen. Gerade Tablets oder Mobiltelefone in der Nähe dieses Moduls sorgen für zusätzliche Meßfehler.

Dichtehöhe: Diese benötigt eine möglichst genaue Außentemperatur. Installiert man den Temperaturfühler mittig unter dem Rumpf, so wird dieser vom warmen Abgasstrom getroffen – nicht verwunderlich sind dann Werte jenseits von Gut und Böse.

EMS: Insbesondere die Triebwerksüberwachung ist von Sensoren abhängig. Temperaturfühler können z.B. einen Vorwiderstand benötigen oder eben auch keinen. So wurde schon mal auf der Anschlußplatine des Herstellers ein 1kOhm Widerstand installiert, der zu einer 10° verfälschten Anzeige der OilTemp geführt hat. Auch darf man sich von geschönten Durchflußwerten nicht blenden lassen. So ein Durchflußmesser misst Pulse in einer gewissen Zeit. Derjenige der die Installation tätigt legt den Kalibrierungswert fest, nach diesem das EMS den Verbrauch pro Stunde ermittelt.

Kollisionswarner: Diese sind eine wirkliche Bereicherung, zeigen sie einem den Verkehr an, der sich in unmittelbarer Nähe befindet. Allerdings unterliegen auch dieses Geräte Fehlern. Sei es durch den Funkschatten der eigenen Maschine oder ganz banal, dass der „Gegner“ sein Gerät nicht eingeschaltet oder erst gar nicht erst installiert hat. So kann es vorkommen, daß zunehmend Verkehr durch das Scan-Raster des Piloten schlüpft, wenn dieser sich zu sehr auf seinen Kollisionswarmer verlässt und die Luftraumbeobachtung vernachlässigt.

Angle of Attack: Auch dieses Instrument muss sehr sauber geeicht sein. Zum einen benötigt man das dazu passende und exakt ausgerichtete Staurohr. Zur Kalibrierung müssen diverse Stalls erflogen werden, damit das Gerät die Limits zuverlässig definieren kann. Bei Dynon-Avionics laufen immer wieder Support-Anfragen auf, die die Funktion Ihres Geräts nach erneuter geleiteter Kalibrierung nun zu ihrer Zufriedenheit herstellen konnten. Ein AoA ist auch kein Ersatz für mangelndes Flugvermögen. Man sollte schon wissen welche Fluglagen für den Flieger zumutbar sind.


Display-Ausfall: So ähnlich wie für den VFR-Piloten bei einem Motorausfall, stellt sich der Ausfall des Displays für den nach Instrumenten (IFR) fliegenden Piloten dar und ebenso muss er damit zurechtkommen. Nur fliegen wir aber kein IFR und sollten daher recht entspannt sein, wenn der Bildschirm schwarz bleibt. Viele sind es aber nicht und beginnen noch während des Fluges Ihre gesamte Aufmerksamkeit dem System zu widmen. Mit fatalen Folgen wenn dabei das Fliegen vergessen wird. Bei einer Motorstörung sollte man auch einen Plan B haben, ebenso wie bei dem Verlust seines Navigationssystems – es muss eben weitergehen.

Ein elektronisches Display kann nicht nur ausfallen, sondern es wird auch ausfallen und das im evtl ungünstigsten Moment. Entscheidend hier ist es sich nicht schon vorher in die komplette Abhängigkeit des EFIS gebracht zu haben. Das trifft übrigens auch für den Verlust der GPS-Navigation zu. Vielmehr sollte man die Werte des EFIS immer auf Plausibilität kritisch prüfen.


Integration des EFIS im Flugablauf
So schön diese vielen Anzeigen und Helferlein auch sind, so wichtig ist es, den Umgang zu lernen und diese sinnvoll für sich zu nutzen. Informationen sollten im VFR-Flug mit einem Wimpernschlag abrufbar und interpretierbar sein, ohne den Blick zu lange im Display zu verlieren. Wir stehen Dir gerne im Rahmen einer EFIS-Einweisung oder Sicherheitstrainings zur Seite. Wer viel mit EDV umgeht und ohnehin eine gewisse Affinität aufweist, sich mit moderner Technik zu befassen, der wird bei der Integration dieser Systeme in seinen Flugablauf viel Spaß und zusätzliche Freiräume entdecken können. Und vielleicht machen diese elektronischen Helferlein eines Tages den entscheidenden Unterschied.

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