Masse und Schwerpunkt
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Ein typischer Viersitzer kann selten gleichzeitig vier Erwachsene, volle Tanks und Gepäck tragen. Ob dein Flug zulässig und sicher ist, prüfst du vor dem Start mit einer Masse-und-Schwerpunkt-Berechnung. Beides muss in den Grenzen des Flughandbuchs liegen: die Gesamtmasse und die Lage des Schwerpunkts.
Warum die Masse zählt
Je schwerer das Flugzeug, desto mehr Auftrieb muss der Flügel erzeugen. Bei gleicher Geschwindigkeit braucht er dafür einen größeren Anstellwinkel, der kritische Anstellwinkel ist also schon bei höherer Geschwindigkeit erreicht: Die Überziehgeschwindigkeit steigt. Dazu kommen eine längere Startstrecke, eine schlechtere Steigleistung und eine höhere Belastung der Struktur. Ist die höchstzulässige Startmasse überschritten, gelten auch die Leistungsangaben im Flughandbuch nicht mehr.
Warum der Schwerpunkt zählt
Im Flug dreht sich das Flugzeug um seinen Schwerpunkt. Das Höhenleitwerk wirkt dabei wie die Federn eines Pfeils: Je länger sein Hebelarm hinter dem Schwerpunkt, desto kräftiger richtet es das Flugzeug nach einer Störung wieder aus. Wandert der Schwerpunkt nach hinten, wird dieser Hebel kürzer. Die Längsstabilität sinkt, das Höhenruder reagiert sehr empfindlich, und aus einem Überziehen oder Trudeln kommst du unter Umständen nicht mehr heraus.
Liegt der Schwerpunkt zu weit vorn, muss das Höhenleitwerk mit viel Abtrieb gegenhalten. Diesen Abtrieb muss der Flügel zusätzlich tragen, die Überziehgeschwindigkeit steigt. Die Höhenruderkräfte werden groß, und beim Abheben und Abfangen reicht der Ruderausschlag womöglich nicht mehr.
| Merkmal | Schwerpunkt zu weit vorn | Schwerpunkt zu weit hinten |
|---|---|---|
| Längsstabilität | hoch, Flugzeug reagiert träge | gering bis instabil |
| Höhenruderkräfte | groß | klein, Gefahr des Übersteuerns |
| Überziehgeschwindigkeit | höher | etwas niedriger |
| Kritisch beim | Abheben und Abfangen | Ausleiten aus Überziehen und Trudeln |
Rechnen mit Momenten
Das Flughandbuch legt eine Bezugsebene fest. Von ihr aus ist für jede Ladestation (Vordersitze, Rücksitze, Tank, Gepäckraum) der Hebelarm angegeben. Masse × Hebelarm ergibt das Moment in kgm. Die Summe aller Momente geteilt durch die Gesamtmasse ist die Schwerpunktlage. Kraftstoff rechnest du vorher in Masse um: Liter × 0,72 kg/l bei AVGAS.
Lädst du nur etwas um, geht es schneller: Verschiebung Δx = umgeladene Masse × Verschiebeweg ÷ Gesamtmasse. Legst du im Beispiel die 20 kg Gepäck von 3,40 m auf den Rücksitz bei 2,90 m, wandert der Schwerpunkt um 20 × (−0,50) ÷ 1066,4 ≈ −0,01 m, also 1 cm nach vorn.
Das Wichtigste
- Moment = Masse × Hebelarm; die Hebelarme werden von der Bezugsebene aus gemessen, die das Flughandbuch festlegt.
- Schwerpunkt = Summe aller Momente ÷ Gesamtmasse.
- Schwerpunktverschiebung beim Umladen: Δx = umgeladene Masse × Verschiebeweg ÷ Gesamtmasse.
- AVGAS: Dichte ca. 0,72 kg/l (Planungswert); 1 US gal = 3,785 l.
- Hinterer Schwerpunkt: geringere Längsstabilität, kleinere Steuerkräfte, Ausleiten aus Überziehen und Trudeln erschwert oder unmöglich.
- Vorderer Schwerpunkt: höhere Überziehgeschwindigkeit, größere Höhenruderkräfte, Abheben und Abfangen erschwert.
- Masse und Schwerpunkt müssen für Start und Landung in den Grenzen liegen – der Kraftstoffverbrauch kann den Schwerpunkt verschieben.
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