Vorhersage und Detektion von Wirbelschleppen im Reiseflug mit bordseitigen Mitteln

Übersicht Als natürliche Konsequenz ihrer Auftriebsgenerierung erzeugen Flugzeuge jeweils hinter der linken und rechten Tragflügelspitze zwei gegensinnig rotierende Randwirbel, welche als Gesamtheit auch Wirbelschleppe genannt werden. Aufgrund des innerhalb der Wirbelschleppe auftretenden Geschwindigkeitsprofils kann bei einem in die Wirbelschleppe einfliegenden Flugzeug eine zusätzliche ungünstige Auftriebsverteilung erzeugt werden, wodurch ein Einflug in die Wirbelschleppe eines anderen Flugzeuges eine grundsätzliche Gefahr im Luftverkehr darstellt. Aus diesem Grund wurden bereits in den 70-er Jahren Sicherheitsabstände zwischen landenden und startenden Flugzeugen eingeführt, während die Sicherheitsabstände im Reiseflug aufgrund von navigatorischen Sicherheitsbedenken zu der damaligen Zeit – und auch größtenteils noch heute – in Bezug auf die Wirbelschleppenproblematik weit ausreichend sind. Da der zivile Luftverkehr stetig zunimmt und somit auch neue Wege gefunden werden müssen, um die Kapazitäten in verschiedenen Lufträumen zu gewährleisten, sind Entwicklungen und Umsetzungen momentan im Gange, die Separationen zwischen den Flugzeugen auch im Reiseflug zu reduzieren. Solche Reduktionen wurden in den letzten Jahrzehnten stetig umgesetzt, sobald, bzw. kurz nachdem, verbesserte Navigationsverfahren verfügbar waren. Mit der heutigen erreichten Navigationsgenauigkeit ist daher davon auszugehen, bzw. ist geplant, dass die Separationen auch im Reiseflug zukünftig reduziert werden. Um die durch reduzierte Staffelungen und neuer operationaler Verfahren erreichte bestmöglich auszunutzen, gibt es bereits Bestrebungen, die Wirbelschleppen mit bordseitigen Mitteln vorherzusagen. Ebenfalls wurden in der Forschung auch bordseitige Sensoren betrachtet, welche Wirbelschleppen detektieren können. Diese Modellvorhersagen und die Sensormessungen sind in der Regel komplementär, weswegen eine Kombination aus beiden auch im Reiseflug ein Optimum darstellt. Diese Kombination und eine mögliche praktische Umsetzung sind im Fokus dieser Arbeit. Für ein solches System stellt diese Arbeit die erforderlichen Grundlagen zusammen und beschreibt ein mögliches Einsatzspektrum für zukünftig geplante operationale Verfahren. Das System an sich wird in seinem Aufbau beschrieben und das Basisprinzip anhand einer theoretischen Simulation und ausgewählten Szenarien in seinem Prinzip verifiziert. Zusätzlich wird eine Validierung für die möglichen zukünftigen operationalen Verfahren unter Einbezug von erwartenden Unsicherheiten und Genauigkeiten der dem System zugeführten Randbedingungen durchgeführt und die entsprechenden Genauigkeiten und Anwendbarkeit der Resultate werden beurteilt.