Barometrische Höhenmessung in der Luftfahrt
Die Barometrische Höhenmessung in der Luftfahrt basiert auf der Höhenabschätzung durch Messen des Luftdrucks. Zur Bestimmung der absoluten Höhe ist das Verfahren ungenau. Es genügt aber der Forderung, die Flughöhe relativ zu anderen Luftfahrzeugen zu bestimmen und die Flugflächen festzulegen.
Zur Messung des Luftdrucks werden in der Luftfahrt verschiedene Kennwerte und Verfahren verwendet, welche sich teilweise von denen der Meteorologie unterscheiden.
Messprinzip
Höhenmesser sind Barometer, die eine dem Luftdruck unter Normalbedingungen entsprechende Höhe anzeigen.
Um lokale Luftdruckabweichungen, welche durch Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Atmosphäre ständig vorkommen, korrigieren zu können, muss die Nullmarke des barometrischen Höhenmesser vom Benutzer verändert werden können. Das Setzen dieser Nullmarke und auch die Basiseichung des Barometers erfolgt anhand einer Standardatmosphäre, welche durch eine technische Vorschrift weltweit festgelegt ist.
Der Höhenmesser braucht einen Abnahmepunkt für den statischen Luftdruck, den Statik-Port. Dieser kann an speziellen Punkten des Rumpfes liegen oder in ein Pitot-Rohr integriert sein. Bei Flugzeugen ohne Druckkabine kann ein Reserve-Abnahmepunkt in der Kabine liegen.
Analoge Anzeigegeräte
Analoge Anzeigegeräte (im Jargon „Uhren“ genannt) zeigen die Druck- und damit die geschätzte Höhenänderung mechanisch direkt über Zeiger und einer normierten Skala an. Abhängig von der verwendeten Maßeinheit ergibt eine Umdrehung des „Minuten“-Zeigers 1000 m oder 1000 Fuß, mit einer Skalierung von 20 m oder 20 Fuß je Skalenstrich. Die Anzeige der durchlaufenen 1000er-Schritte übernimmt ein zweiter „Stunden“-Zeiger oder eine Ziffernscheibe, vergleichbar der Datumsanzeige einer Armbanduhr. Für besonders hohe Flughöhen werden zusätzlich die 10000-Fuß-Schritte mittels eines am Außenrand der Skala angebrachten Zeigers angezeigt.
Im Bild rechts ist ein Höhenmesser mit drei Zeigern dargestellt. Das Fensterchen auf der 3-Uhr Position der Anzeige zeigt den eingestellten Luftdruckwert an, welcher QFE oder QNH usw. (siehe unten) entspricht und mit dem Knopf links unten eingestellt werden muss. Es wird „Kollsman Window“ genannt.
Die Sink- und Steigrate des Luftfahrzeuges, also die Höhenänderung pro Zeit, zeigen sogenannte Variometer an.
Digitale Anzeigegeräte
Digitale Anzeigegeräte zeigen die Druck- und damit die geschätzte Höhenänderung auf einem elektronischen Display an. Im gezeigten Beispiel rechts werden metrische Maßeinheiten verwendet (Höhenmesser=Höhe in Metern und Variometer=Steigen/Sinken in Metern pro Sekunde).
Im Bild ist ein kombinierter Höhenmesser mit Variometer, wie er von Ultraleicht- und Gleitschirmfliegern verwendet wird, dargestellt. Links ist der Höhenmesser im Einstellungsmodus QNH, der auf den Wert 1011 (hPa) gesetzt wurde, zu sehen. Rechts sieht man, im Höhenmessermodus, die aus dem QNH-Wert resultierende Höhe von 122 m.
Genauigkeit
Die Genauigkeit eines barometrischen Höhenmessers beträgt einige Dekameter (dam) und wird mit größerer Flughöhe geringer. Zur Abschätzung der absoluten Flughöhe (wahre Höhe, engl. true altitude) müssen die lokalen Luftdruckänderungen aufgrund von meteorologischen Veränderungen (Wetter) regelmäßig durch Nachstellen der Nullmarke berücksichtigt werden. Neben der Höhe hängt der Druck von der Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsverteilung ab.
Korrekturwerte werden von Flugwetterstationen am Boden ermittelt und den Luftfahrzeugführern im entsprechenden Bereich mitgeteilt. Je nach Verwendungszweck gibt es unterschiedlich normierte Luftdruckangaben, welche durch Q-Gruppen gekennzeichnet werden.
Merksatz hierzu: „Im Winter sind die Berge höher“. Begründung: in einer kalten Luftsäule ist die Dichte der Luft am Boden höher. Dadurch sinkt der Luftdruck in einer kalten Luftsäule schneller mit der Höhe als in einer warmen Säule. Die angezeigte Flughöhe wird durch den geringeren Luftdruck höher angezeigt als die wahre Höhe. In Pilotenkreisen heißt es auch: "Vom Hoch zum Tief gehts meistens schief". Begründung: Wird der am Startflughafen eingestellte Luftdruck beim Einflug in ein Tiefdruckgebiet beibehalten, zeigt der Höhenmesser dort durch den geringeren Luftdruck eine größere Höhe als die tatsächlich geflogene an. Insbesondere bei Flügen unter Instrument Meteorological Conditions (IMC) besteht dann die Gefahr eines Controlled flight into terrain (CFIT).
Q-Schlüssel
Die Q-Schlüssel wurden in der Morsezeit willkürlich definiert(in der engl. Umgangssprache selten gebraucht?), um den Verkehr zu beschleunigen.
Funkt z.B. ein Pilot zum Flugplatz „Erbitte QNH“, so bedeutet das: „Bitte sage mir, wie ich meinen Höhenmesser einstellen muss, damit er nach der Landung genau die Platzhöhe anzeigt.“ Die Antwort des Flugplatzes lautet dann z.B. „QNH 1010“, was bedeutet: „Wenn Du auf der Einstellskala Deines Höhenmessers 1010 hPa einstellst, so wird er nach der Landung genau die Platzhöhe anzeigen.“
In der Luftfahrt in Europa sind die Q-Schlüssel für die Höhenangaben (QNH, QNE, QFE) in Gebrauch.
QFE
QFE ist der gemessene Luftdruck am Boden (engl. Atmospheric pressure at airfield elevation, Merkhilfe: engl. Field Elevation). Die Maßeinheit ist Hektopascal hPa (in den USA inch Hg).
Wird am Höhenmesser das QFE eingestellt, so zeigt er in einem Flugzeug am Boden eine Höhe von 0 m oder 0 ft an.
Beim Kunstflug wird der Höhenmesser allgemein auf QFE gestellt, um jederzeit unmittelbar die Höhe über dem Boden angezeigt zu bekommen. Er findet auch Anwendung im Segelflug am Platz. Außerhalb der genannten Anwendungsfälle, für die charakteristisch ist, dass sie kurze Flüge in geringen Höhen von und zum selben Flugplatz nach VFR umfassen, ist die Höhenmessereinstellung auf QFE nur noch in wenigen Gegenden üblich.
QNH
QNH ist der virtuelle Druck auf Meeresspiegel-Höhe unter Annahme der Standardatmosphäre bei Messung des vorliegenden Drucks auf Höhe der Messstation. (Merkhilfe: engl. Nautical Height). Die Maßeinheit ist Hektopascal hPa (in den USA inch Hg).
Wird statt der Standardatmosphäre die tatsächliche aktuelle meteorologische Druckverteilung verwendet erhält man QFF.
Wird der Höhenmesser auf den QNH-Wert eingestellt, so wird am Boden die reale Höhe über dem Meeresspiegel angezeigt. Andere Höhen werden im Allgemeinen nicht korrekt angezeigt. Da diese Abweichung aber für alle Flugzeuge die gleiche ist, spielt das keine Rolle. (Deshalb darf auch nicht nach der GPS-Höhe geflogen werden. Nur falls die aktuelle Atmosphäre zufälligerweise mit der Standardatmosphäre übereinstimmt, sind auch alle angezeigten Höhen geometrisch korrekt.)
Das QNH eines Ortes ändert sich mit dem Wetter. Deshalb wird der Höhenmesser nur für Start und Landung auf QNH eingestellt, oberhalb einer bestimmten Flughöhe (der Übergangshöhe) wird die Anzeige auf Standarddruck umgestellt. Damit ist sichergestellt, dass im Reiseflug alle Flugzeuge die gleiche Höhenmessereinstellung haben, was für die Staffelung (FL = Flight Level) unabdingbar ist.
QNE
QNE ist die Höhe über der Standarddruckfläche von 1013,25 hPa = 760 Torr (mmHg) = 29,92 inHg. Die Maßeinheit ist meist Fuß (ft).
Der Begriff QNE wird in der Luftfahrt heute eher selten benutzt. Alle Flughöhen oberhalb der Übergangshöhe (transition altitude, TA) werden mit dieser Standarddruckeinstellung gemessen. Die QNE-Höhe entspricht der Druckhöhe (pressure altitude). Ebenso ist jede Flugfläche (flight level, FL) eine QNE-Höhe.
Das QNE eines Flugplatzes ist die Höhe, die der auf den Standarddruck von 1013,25 hPa eingestellte Höhenmesser eines auf dem Platz stehenden Luftfahrzeuges zeigt; diese Höhe weicht von der „wirklichen“ Höhe des Platzes ab, sie ist die aktuelle Druckhöhe des Platzes und ändert sich mit dem Wetter.
Das QNE – also die Druckhöhe des Platzes – kann man recht einfach aus dem QFE ermitteln. Es gilt folgende Formel:
- QNE = (1013 hPa – QNH) × 27 ft/hPa + (Höhe des Platzes laut Luftfahrthandbuch)
27 ft/hPa ist dabei ein Näherungswert für die barometrische Höhenstufe, die Höhendifferenz zweier Druckflächen in Meereshöhe, die eine Druckdifferenz von 1 hPa aufweisen.
QNE wird oft fälschlicherweise als Bezeichnung für die Höhenmessereinstellung auf Standarddruck missverstanden.
QFF
QFF bezeichnet den Luftdruck, umgerechnet auf Meereshöhe unter Berücksichtigung des Messortes und der aktuellen atmosphärischen Verhältnisse. Dieser Druck entspricht den Isobarenkurven in der Bodenwetterkarte. Für die Höhenmessung in Flugzeugen hat QFF keinerlei Bedeutung. Der QFF dient zum weltweiten Vergleich von Luftdrücken.
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 29.11. 2022