Wind und Kurs: Geschwindigkeit über Grund, Seitenwind und Windkorrekturwinkel

Stellen Sie sich vor, Sie wollen einen Fluss durchschwimmen. Schwimmen Sie direkt auf das gegenüberliegende Ufer zu, trägt Sie die Strömung flussabwärts. Um genau gegenüber anzukommen, müssen Sie etwas gegen die Strömung schwimmen. Für ein Flugzeug, das bei Wind fliegt, ist es genauso.

Drei Geschwindigkeiten, ein Dreieck

In der Luftfahrt unterscheidet man drei Geschwindigkeiten:

• Fluggeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur Luft. Das ist die Geschwindigkeit, die die Tragfläche „sieht“.
• Wind: Die Bewegung der Luft relativ zum Boden.
• Geschwindigkeit über Grund: Die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zum Boden. Sie bestimmt die Ankunftszeit.

Das Winddreieck im Navigationskapitel des FAA-Handbuchs verbindet diese drei: Die Summe aus Fluggeschwindigkeitsvektor und Windvektor ergibt den Vektor der Geschwindigkeit über Grund. Die Richtung, in die die Nase des Flugzeugs zeigt (Steuerkurs), und der Weg, den es über Grund zurücklegt (Kurs über Grund), sind bei Wind nicht dasselbe.

Fluggeschw. · SteuerkursWindGeschw. über Grund · Kurs über GrundWCAWind von links vornDie Nase wird in den Wind gedreht; das Flugzeug bewegt sich wie ein Krebs schräg, aber auf Kurs.

Den Wind in zwei Teile zerlegen

Es vereinfacht die Sache, den Wind bezogen auf Ihren Kurs in zwei Komponenten zu zerlegen. Nennen wir den Winkel zwischen Wind und Kurs θ:

• Gegenwindkomponente = W · cos θ: Sie verringert die Geschwindigkeit über Grund (ist sie negativ, ist es Rückenwind, der die Geschwindigkeit über Grund erhöht).
• Seitenwindkomponente = W · sin θ: Sie drückt das Flugzeug seitlich vom Kurs weg.

Der Windkorrekturwinkel

Um den Seitenwind auszugleichen, wird die Nase etwas in den Wind gedreht. Dieser Winkel heißt Windkorrekturwinkel (Vorhaltewinkel, WCA):

sin(WCA) = Seitenwind / Fluggeschwindigkeit

Mit diesem Winkel bewegt sich das Flugzeug wie ein Krebs leicht schräg, aber auf seinem Kurs.

Ein Beispiel

Sie wollen mit 60 km/h Fluggeschwindigkeit auf Kurs 90° (nach Osten) fliegen. Der Wind weht mit 20 km/h aus 30°:

• Der Winkel zwischen Wind und Kurs beträgt 60°.
• Gegenwindkomponente: 20 · cos 60° = 10 km/h
• Seitenwindkomponente: 20 · sin 60° ≈ 17,3 km/h (von links)
• Windkorrekturwinkel: sin⁻¹(17,3 / 60) ≈ 16,8° nach links
• Zu haltender Steuerkurs: etwa 73°
• Geschwindigkeit über Grund: 60 · cos 16,8° − 10 ≈ 47 km/h

Korrigieren Sie nicht und halten die Nase auf 90°, driftet das Flugzeug um etwa 19° nach rechts ab: Pro Kilometer versetzt es etwa 350 m zur Seite.

Praktische Folgen für Modellflieger

Wenn Sie ein Modellflugzeug vom Boden aus beobachten, zeigt sich das Winddreieck in folgenden Situationen:

• Gegen den Wind scheint das Modell langsamer zu werden, mit dem Wind schneller. Die Fluggeschwindigkeit ist dieselbe; was sich ändert, ist die Geschwindigkeit über Grund. Sich beim Kurven in Windrichtung von der scheinbaren „Beschleunigung“ täuschen zu lassen und Gas wegzunehmen, ist gefährlich.
• Mit dem Wind entfernt sich das Modell schneller als erwartet. Lassen Sie das Modell nicht weit nach Lee abtreiben; der Rückweg wird langsam sein.
• Bei einer Seitenwindlandung nähert sich das Modell schräg zur Piste. Bleiben Sie mit einer leichten Korrektur der Nase auf der Pistenachse.
• Bei Wind, der stärker ist als Ihre Fluggeschwindigkeit, fliegt das Modell über Grund rückwärts. Das ist der Grund, warum man mit leichten Modellen an windigen Tagen nicht fliegt.

Selbst ausprobieren

Ändern Sie Kurs und Wind. In der 3D-Ansicht zeigt die grüne gestrichelte Linie den gewünschten Kurs, der blaue Pfeil den Steuerkurs, der orange Pfeil den Wind und der grüne Pfeil die Geschwindigkeit über Grund. Die rote gestrichelte Linie ist der Weg, dem Sie ohne Korrektur folgen würden.

Der nächste Schritt

Woher der Schub kommt, haben wir bisher auf den Beitrag über den Propeller beschränkt. Im nächsten Schritt betrachten wir das Antriebssystem eines Elektromodells: Akku, Regler (ESC), Motor und Flugzeit.