Absturz AF 447

[Kilo Mike Sierra]

Warum hebt eigentlich niemand, auch nicht die Flugunfalluntersucher der BEA, darauf ab, daß die größte Zahl der modernen Verkehrsflugzeuge heutzutage ohne jedes Anzeigegerät für den Anstellwinkel unterwegs ist?

So unwichtig kann das Gerät ja nicht gewesen sein, denn Concorde, Beechjet 400A, Space Shuttle Orbiter sowie alle sowjetischen Verkehrsflugzeuge waren damit ausgestattet.
Nein, der Anstellwinkel (AoA - Angle of Attack) ist alles andere als unwichtig, sondern stellt einen der grundlegendsten Flugparameter dar. Sein momentaner Wert entscheidet darüber, ob ein Flugzeug überhaupt Auftrieb erzeugen kann - völlig gleich, welche Geschwindigkeit dabei anliegt.
Warum man Piloten diese Information vorenthält, hat mir noch keiner plausibel erklären können*.

Natürlich wird der Anstellwinkel bei den Verkehrsflugzeugen durch Sensoren (Alpha Vanes) gemessen und auch weiterverarbeitet, z.B. für die Überziehwarnung und die Berechnung der auf dem Primary Flight Display angezeigten Limits für den Längsneigungswinkel und die Geschwindigkeit. Der Pilot bekommt den eigentlichen Basisparameter jedoch nicht zu sehen. Er könnte sich den Anstellwinkel natürlich selbst ausrechnen, wenn er die Differenz aus dem Winkel der Längsneigung und dem Flugbahn-Winkel bildet (stimmt aber auch nur bei Windstille!), wobei er sich die letztere Information erst per Knopfdruck auf sein Display aufschalten muß. In einer extrem angespannten Situation kann man das jedoch kaum erwarten.

Was heute keiner mehr zu wissen scheint, die Installation von sogar zwei Anstellwinkel-Anzeigern war für die A330/A340 vorgesehen.
- Typ: MORS 4678-700-80-10
- Meßbereich von -5 bis +25 Grad
- Einbauorte: Paneele 313VU und 314VU, Zone 210

Das folgende Foto des A340-Prototypen F-WWAI zeigt, daß für die beiden analogen Anzeigegeräte tatsächlich ein Teil des so überaus wertvollen Platzes auf dem Main Instrument Panel reserviert worden war.
Der AoA Indicator, hier mit einem Meßbereich von -5 bis +35 Grad, befindet sich links oben neben den beiden Displays.




...und so werden die A330 und A340 an die Kunden ausgeliefert.
Die Einbauorte der Anstellwinkel-Anzeigegeräte bleiben einfach leer.


A330 cockpit by Fabio Pignata, on Flickr


*) Anhand der Geschwindigkeit kann man jedenfalls nicht eindeutig ableiten, ob ein Flugzeug sich im überzogen Flugzustand befindet oder nicht - obwohl es auch heute noch Generationen von Piloten so gelehrt bekommen. Sie bekommen auch eingetrichtert, man solle einen überzogen Flugzustand (Stall) mit möglichst geringem Höhenverlust ausleiten oder den Final Turn nicht überschießen (und dann wird lieber sehr eng gekurvt). Mit schönen Diagrammen wird ihnen auch suggeriert, die Abkipp- oder Überziehgeschwindigkeit würde beispielsweise bei einer Kurve mit 60 Grad Schräglage um 41 Prozent ansteigen (was leider nur unter "Laborbedingungen" zutrifft).
All das ist lange überholtes und u.U. lebensgefährliches "Wissen".

[Kilo Mike Sierra]

"Der Spiegel" Nr. 28/9.7.12 S. 124 ff.
"... Piloten müssen wieder lernen, das Flugzeug mit der eigenen Hand steuern zu können. ... "
...

Gemeint ist damit das manuelle Manövrieren in großen Flughöhen (in der "Sargecke"), wo sonst immer der Autopilot fliegt.

...
Nach Ausfall der Geschwindigkeitsanzeige vom Computer an der Nase rumgeführt
...

Wenn Du damit 'mal nicht Recht hast.
Im Abschlußbericht findet sich ein Foto von der Verstellspindel des Höhenleitwerks ("Stabi"). Die steht auf Anschlag, d.h. voll gezogen. Da bei der A330 die Trimmung auch im manuellen Flug noch vom Flugsteuerungssystem ausgeführt wird (Autotrim), muß der mit falschen Geschwindigkeitsdaten verwirrte Computer schnell in Verdacht geraten.

[EA-Henning]

Ist es eventuell möglich, das man die Anzeige des Anstellwinkels im Fall dessen, das man diesen Anzeiger braucht, dieser im EFIS PFD oder SFD System- und Situtationsabhängig angezeigt wird? Da aber wohl bis zu einem gewissen Grad die Cockpitanzeigen ja konfigurierbar sind, kann es dann ja möglich sein, das dieses Verhalten, so es das gibt, abgestellt werden kann? Nur so ein Gedanke.

[Kilo Mike Sierra]

Die Anzeige des Anstellwinkels im PFD ist technisch ohne weiteres möglich, aber bei den mir näher bekannten Cockpits (A310...A340, 747) nicht vorgesehen, auch nicht optional.
Konzeptionell wäre diese Anzeige bei den Verkehrsflugzeugen auch nicht notwendig, weil man den kritischen Anstellwinkel in eine minimale Geschwindigkeit umrechnet, indem man per Computer den "Handbuchwert" der Überziehgeschwindigkeit unter Einbeziehung der aktuellen Flugmasse und des momentanen Lastvielfachen dynamisch korrigiert. Das funktioniert auch gut, aber nur so lange der Computer mit korrekten Eingabe- und Sensordaten arbeitet. Im Falle der A330 von Air France waren aber die angezeigten Augenblickswerte der Geschwindigkeitswerte falsch. Somit war auch die auf der Geschwindigkeitsskale korrekt angezeigte Minimalgeschwindigkeit wertlos. Wenn man nicht mehr sicher ablesen kann, wie schnell man fliegt, kann man auch nicht mehr wissen, ob man ober- oder unterhalb eines Geschwindigkeitslimits fliegt.

Die Piloten hatten zwei Hauptprobleme
- verwirrende und z.T. sogar widersprüchliche Anzeigen über den Flugzustand, die von zahlreichen Warnungen begleitet waren
- ein auch im manuellen Flug aktives elektronisches Flugsteuerungssystem (EFCS), dessen Computer mit falschen Geschwindigkeitswerten versorgt wurden und das massiv in die Steuerung eingreifen konnte

Beim zweiten Problem denke ich da vor allem an die sogenannte Speed Protection des Fly-by-Wire Flugsteuerungssystems. Wenn das Flugzeug gefährlich langsam/schnell wird, dann drückt/zieht das System die Nase des Flugzeuges nach unten/oben, um eine Geschwindigkeitszunahme/-abnahme zu bewirken. Das tut das System auch dann, wenn der Pilot bis zum Anschlag am Steuer zieht/drückt.
Das EFCS ist so programmiert, daß es das Überschreiten von flugbetrieblichen Limits unterbindet, notfalls auch gegen den Piloten. Das ist das Gute im Konzept der A320...A380-Familie und auch bei 777 und 787. Allerdings funktioniert das nur, solange die Eingangswerte der Computer korrekt sind.
Die Messung der Flugparameter ist normalerweise dreifach rendundant, so daß fehlerhafte Werte durch Vergleich erkannt werden können. Sind alle Werte falsch (z.B. die Geschwindigkeit), so wird das offenbar nicht erkannt, weil die Werte nur untereinander verglichen, aber nicht auf Plausibilität anhand anderer Flugparameter geprüft werden.
In so einem Fall geraten die eigentlich segensreichen Schutzfunktionen des Fly-by-Wire Systems ganz schnell zum Fluch. Wenn dann das EFCS glaubt, in die Nähe eines Limits zu kommen, dann greift es wie vorgesehen in die Steuerung ein und zwar mit hoher Wahrscheinlichkeit in gefährlich falscher Weise und dazu noch mit Priorität über die manuellen Steuereingaben der Piloten.
Die fehlende Plausibiltätsprüfung scheint mir der große Haken des Systems zu sein. Da nützt die ganze Redundanz leider gar nichts.


EFCS - Electronic Flight Control System (elektronisches Flugsteuerungssystem, oft auch als Fly-by-Wire System bezeichnet)
PFD - Primary Flight Display (eines der beiden Hauptflugführungsinstrumente, das künstlichen Horizont, Fahrtmesser, Höhenmesser, Variometer, Kompass u.a. auf einem Bildschirm vereint)

[EA-Henning]

Ich gehe mal davon aus, das man die Fluglage durchaus Mechanisch darstellen kann, sozusagen als Reserve-Instrument.
Andererseits denke ich, das dass Problem hier ganz anderer Natur ist - mal so als Laie angenommen.

Das Computersystem der Baureihe A330/340 ist ja schon etwas betagt und basiert auf x86 Prozessoeren, in unserem Fall auf CPU*s des Typs iNTEL 80386 DX. Ich meinte, 3 oder 4 Exemplare davon sind inplementiert. Aus Laiensicht betrachtet ist das ja Steinkohle, aber eben Erprobt*. Eventuell ist es technich in Grenzsituationen gar nicht möglich, noch die Fluglage zu berechnen und darzustellen. Oder mit vorhandenem Input noch Alternativ-Berechnungen zu berechnen. Ganz einfach eben deshalb, weil vielleicht mit derartigen Situationen nicht annahm.



* Computersysteme werden notwendigerweise zeitgleich zum Flugzeug konzipiert und stellen den Stand der Technik zum Zeitpunkt der Entwicklung dar. Der Eurofighter EF-2000 Typhon verwendet für den Hauptcomputer Prozessoren iNTEL 80386 DX, das Space Shuttle von Rockwell/Boeing wird sogar u.a. von iNTEL 8086 Prozessoren gesteuert.
Keine Angst, die laufen nicht unter Windows oder anderen PC-Betriebssystemen, sondern dafür wurden spezielle, genau auf ihre Anforderungen zugeschnittene Betriebssysteme entworfen, weshalb solche Systeme relativ schnell sind. Auch für die Graphic-Darstellung eines EFIS-Cockpits wurden vor den heutigen TFT-Bildschirmen gänzlich andere Methoden angewendet.

[Sigrid Klein]

Kompetent, exakt und präzise erklärt, auch ich kann es verstehen, danke , Thomas
Gruß Sigrid

[Kilo Mike Sierra]

Ich gehe mal davon aus, das man die Fluglage durchaus Mechanisch darstellen kann, sozusagen als Reserve-Instrument.
Andererseits denke ich, das dass Problem hier ganz anderer Natur ist - mal so als Laie angenommen.

Das Computersystem der Baureihe A330/340 ist ja schon etwas betagt und basiert auf x86 Prozessoeren, in unserem Fall auf CPU*s des Typs iNTEL 80386 DX. Ich meinte, 3 oder 4 Exemplare davon sind inplementiert. Aus Laiensicht betrachtet ist das ja Steinkohle, aber eben Erprobt*. Eventuell ist es technich in Grenzsituationen gar nicht möglich, noch die Fluglage zu berechnen und darzustellen. Oder mit vorhandenem Input noch Alternativ-Berechnungen zu berechnen. Ganz einfach eben deshalb, weil vielleicht mit derartigen Situationen nicht annahm.
...

Im konkreten Fall gab es keinerlei Probleme mit der Anzeige der Fluglage (Längsneigung, Querneigung, Steuerkurs). Diese Parameter kommen von den Trägheitsnavigationskomponenten der drei ADIRU, die völlig unbeeinflußt von der fehlerhaften Messung der Fluggeschwindigkeit waren.

ADIRU - Air Data Inertial Reference Unit (Luftdaten-Rechner und Trägheitsnavigationssystem, kombiniert in einem Gerät)

[Kilo Mike Sierra]

Hier ist der Link zum Abschlußbericht der französischen Flugunfalluntersuchungsbehörde (in französischer und englischer Sprache).


Wenn man liest oder anhand der Flugdaten-Diagramme sieht, was die Piloten da in ihrer Verzweiflung gemacht haben, kann man selbst auch nur verzweifeln.
Vor allem stellt sich die bohrende Frage, warum die Piloten trotz der häufigen und eigentlich unüberhörbaren Überziehwarnung, offenbar zu keinem Zeitpunkt einen überzogenen Flugzustand (Stall) in Erwägung gezogen haben. Das läßt sich aus ihren Kommentierungen der Situation und vor allem aus ihren Steuereingaben relativ sicher ableiten.

Ich sehe da nur eine naheliegende Erklärung. Sie haben die Warnung von Anfang an für eine falsche Warnung gehalten.
Wenn sie (wie so viele andere Piloten auch) gelernt haben, daß der Strömungsabriß etwas mit der Geschwindigkeit zu tun hat, und sie wissen, daß ihre Geschwindigkeitsmessung nicht mehr zuverlässig funktioniert, dann haben sie daraus möglicherweise die fatale Schlußfolgerung gezogen, daß die Stall-Warnung auch nicht zuverlässig ist.

Ich halte es für recht wahrscheinlich, daß die Insassen der F-GZCP Opfer eines fundamentalen Fehlers in der Piloten-Grundausbildung geworden sind. Als Kriterium für den Strömungsabrisses wird immer die Geschwindigkeit genannt, während der Anstellwinkel bestenfalls nur nebenbei erwähnt wird.

Aus meiner beruflichen Praxis weiß ich, daß es Verkehrspiloten in ausbildender Funktion(!) gibt, die glauben, die Stall-Warnung würde beim Unterschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit ausgelöst. Ihnen ist somit nicht bewußt, daß die Stall-Warnung auf der Messung des Anstellwinkels mittels dieser Alpha Vanes basiert und völlig unabhängig von der Geschwindigkeitsmessung ist.
Ich bin mir recht sicher, daß diese Piloten in der gleichen Situation wie die Air France Piloten, die Überziehwarnung aufgrund der ausgefallenen Fahrtmesser sofort als Fehlalarm verworfen hätten.

Mit der Legende von der Stall Speed als untere Begrenzung der flubetrieblichen Limits muß endlich aufgeräumt werden*.
Das untere Limit ist keine kunstvoll ermittelte Geschwindigkeit, sondern ein direkt und einfach zu messender Anstellwinkel - der kritische Anstellwinkel.
Jedem Piloten, vom Ultra-Light bis zum A380, muß klar sein, daß der Anstellwinkel das Kriterium der Wahrheit ist und über die Flugfähigkeit seines Flugzeuges entscheidet.
Ein Flugzeug kann bei jeder Geschwindigkeit, in jeder Fluglage und bei jedem Power-Setting überzogen werden.
(Die alte Fliegerweisheit, daß zu langsames Fliegen gefährlich ist, bleibt davon natürlich unberührt.)


*) Als behördliches Zulassungskriterium und als Grundlage zur Bestimmung flugbetrieblich sicherer Geschwindigkeiten (z.B. für den Anflug) ist die Stall Speed ein vernünftiges Kriterium.

[Flieger Bernd]

Danke Thomas, sehr gut geschrieben
der kritische Anstellwinkel macht den Srömungsabriß -
da ging bei mir ein kleines Schubfach auf im Hinterkopf ...
habe ich gelernt ... nicht erst bei Dr. (Aerodynamik) Seidler.

Ein "normales" Flugzeug solte ins Trudeln gehen.
Diese Kiste ist wohl durchgerauscht wie ein Klavier

[EA-Henning]

1. Koennte es sein, das im Cockpit nicht doch eine Person zu wenig drinsitzt?
2. Ist es möglich (ich glaube: ja) das es doch Menschen auch im Cockpit gibt, die so stark und "Cool" sind, Einwände des Kollegen als Banalität abzurteilen, also eine Art "Ich weiss es Besser" Syndrom. Die junge Unternehmensneue Kollege dagegen hällt den Mund ? Da es das ausserhalb der Luftfahrt überall gibt, ist es für mich vorstellbar.