Thomas Mantell, ein erfahrener Pilot der Kentucky National Guard, kam am 7.1.1948 nach einer UFO-Sichtung ums Leben. Manche Berichte sprechen von einem Abschuss durch das UFO; das ist allerdings ziemlich unwahrscheinlich – sie schießen, soweit bekannt, nicht. Es ist daher von einem Unfall auszugehen, den ein Sportpilot für uns rekonstruiert hat. Vielen Dank an Jan Lyczywek. Dazu gibt es noch einen Exkurs in die Flug-Physik und eine Erklärung, warum die beschriebenen UFOs garantiert keine irdischen Geheimflugzeuge sind. … 12.8.2010
 

Thomas MantellThomas Mantell

Mantells Unfall,
Rekonstruktion aus der Sicht eines Piloten

Der Fall Mantell ist insofern wichtig, weil hier erstmals ernsthaft diskutiert werden musste, dass ein UFO (was auch immer die Zeugen gesehen haben – da flog etwas Ungewöhnliches) eventuell auf ein Flugzeug geschossen hat, dass es sich bei UFOs möglicherweise um einen neuen Agressor handelte. Heute können wir das ausschließen; es war wohl ein Unfall.

Nachdem inzwischen viel mehr qualifizierte Informationen zum Fall bekannt sind als zur ursprünglichen Entstehungszeit des Artikels, habe ich selbigen überarbeitet.

Mantell war in einer »North American Mustang P51« unterwegs, zusammen mit drei anderen Piloten in baugleichen Maschinen. Sie waren auf einem Routine-Flug, als ihnen die Sichtung eines großen UFO gemeldet wurde, und nahmen die Verfolgung auf. Das Objekt wurde später als geheimer Stratosphaeren-Ballon erklärt, was aber nicht stimmen muss. Jedenfalls flog es sehr hoch. Während seine Kollegen bei 4500 Meter Höhe aufgaben, flog Mantell weiter – ohne Sauerstoff. Wie hoch er stieg, ist nicht eindeutig überliefert.

Link: virtuallystrange.net – »An Analysis of the Thomas Mantell UFO Case«¹

 

Der Unfall-Hergang

Die F-51

F-51

Die Spannweite von ca. 11 m ist vergleichbar mit der einer Piper PA-28 Cherokee aus den 1960ern. Die F-51 ist mit ca. 10 m deutlich länger (Piper: 7,3 m), und – wegen der riesigen Luftschraube – fast doppelt so hoch, ca. 4 m. Die Motorleistung ist gigantisch; über 1200 kW (Piper: 130 kW), die Höchstgeschwindigkeit, 700 km/h (Piper: 250 km/h), und das Leergewicht, 3500 kg (Piper: 800 kg) ebenfalls. Die maximale Flughöhe beträgt 12500 Meter, vergleichbar mit heutigen großen Verkehrsmaschinen. Private Kleinflugzeuge haben keine Sauerstoffanlagen, daher liegt ihre maximale Flughöhe bei ungefähr 4000 m (bezogen auf 'Normal-Null' / Meeresspiegel und daraus folgender Luftdichte).

Wenn wir uns diese Daten ansehen, so wird klar, dass die F-51 nichts für Hoppyflieger ist, Mantell also ganz bestimmt kein Anfänger war, der entsprechende Fehler macht. Allerdings war er auf dieser Maschine noch nicht so lange im Einsatz – gut möglich, dass er Leistung und Steigfähigkeit unterschätzt hat.

PA-28Die F-51 ist etwa so groß wie diese Piper PA-28, aber 4-mal so schwer bei 10-facher Motorleistung

Technische Defekte, Treibstoffmangel und »friendly fire« (versehentlicher Treffer von eigener Seite) schließen wir hier einmal aus, darauf deutet nichts hin. Die F-51 waren robust, zuverlässig und ziemlich neu.

 

Mantell hatte keine Anstalten gemacht auszusteigen

Dies deutet darauf hin, dass er sich nicht in Gefahr wähnte. Gehen wir davon aus, dass er als ehemaliger Kampfpilot hierfür einen sehr guten »Riecher« hatte, und er hier keinen Fehler gemacht hat. So bleibt als Lösung, dass er sehr schnell ohnmächtig wurde, dass die Höhenkrankheit apprupt einsetzte. Wie konnte das passieren, wenn er doch ein erfahrener Pilot war? Die Vorgänger-Maschinen der USAF waren wesentlich langsamer (ca. 500 km/h) und hatten eine deutlich geringere Steigfähigkeit als eine unbeladene F-51. So kann gut sein, dass sich Mantell noch im Bereich seiner persönlichen Leistungsfähigkeit glaubte (s. Sauerstoff), als die Maschine schon über die damit verbundene Höhengrenze stieg. Wollen wir nun kurz die Höhenkrankheit betrachten.

Sauerstoff

Mit der Höhe nimmt nicht der (prozentuale) Sauerstoffgehalt der Luft ab, sondern der Luftdruck (in einer beinahe linearen Kurve, vgl. trekkingchile.com¹), der für die Sauerstoff-Aufnahme ins Blut entscheidend ist. Bei 3500 m Höhe beträgt der Luftdruck nur noch 2/3, bei 5000 m nur noch die Hälfte des Wertes in Meereshöhe. Der Flugmotor bekommt entsprechend mehr Luft, z.B. über den Kompressor, der Passagier eine Druckkabine (die den Wert auf ein Äquivalent von min. 2500 m hält – entspricht dem Großglocknerpass) oder eben Sauerstoff aus der Maske. In der zivilen Luftfahrt ist ab 3000-4000 Metern Flughohe Sauerstoff oder Druckkabine Pflicht (abhängig von der Flugdauer); das ist ein für alle Piloten sicherer Wert. Je nach Gewöhnung und Konstitution »vertragen« Menschen weit mehr, deshalb war das Überschreiten der militärischen Norm (4500 m) durch Mantell noch keine Fahrlässigkeit.

Die Sauerstoff-Aufnahme ist von zwei Faktoren abhängig: vom Luftruck und von der Sauerstoffkonzentration. Bei normaler Sauerstoffkonzentration von etwa 20 Prozent sind 60 Prozent des Normaldrucks tolerierbar (entspricht etwa 4000 Meter) Höhe, in reiner Sauerstoffatmosphäre reichen 25 bis 30 Prozent. Mit der Sauerstoff-Anreicherung erhöht sich allerdings die Feuergefahr beträchtlich. In der Raumfahrt gab es entsprechende Unfälle (Apollo 1), so dass man bei Sojus, Mir und ISS wieder auf Normaldruck und -konzentration umgestiegen ist.

Jan berichtete, dass bei ihm die ersten Symptome der »Höhenkrankheit« bei 4500 m anfangen. Diese bestehen aus leichter Müdigkeit und Konzentrationsschwäche, leider in Verbindung mit Euphorie bzw. eingeschränkter Selbstkritik – das kennen wir auch von Drogen (vgl. Alkohol-Unfälle). Beachtet man diese Symptome nicht – als erstes lässt die Fähigkeit des Kopfrechnens nach (man kontrolliert das, indem man sich einfache Rechenaufgaben stellt), fühlt man sich erst einmal noch recht fit, doch plötzlich setzen Wahnvorstellungen und/oder Bewusstlosigkeit ein – je größer die Steiggeschwindigkeit, um so weniger Zeit bleibt zwischen ersten Anzeichen und Ende der Flugtauglichkeit.

Mantell hatte also die Gipfelflughöhe für Flüge ohne Sauerstoffanlage (allerdings keineswegs die des Fliegers) überschritten, dabei die eigene Kondition über- und die Steiggeschwindigkeit seiner F-51 unterschätzt. Die Trimmung war auf Steigflug gestellt, die Motorleistung auf (beinahe) Maximum, und zwar bis zum Aufschlag. Dies bestätigte die Untersuchung der Wrackteile.

 

Unkontrollierter Flug

Was passiert mit einem auf »Steigen« und »Vollgas« gestellten Flugzeug mit einem ohnmächtigen Piloten?

Ein leichtes, gutmütiges Flugzeug wie die PA-28 steigt in so einem Fall weiter, bis die Motorleistung zum weiteren Steigen nicht mehr ausreicht und geht nach ein paar lustigen Figuren in einen stabilen Geradeausflug über. Wenn der Pilot Glück hat, wacht er wieder auf und fliegt nach Hause. Ansonsten fliegt die Maschine ihren Sprit leer und segelt in leichtem Sinkflug weiter – spätestens dann wacht der Pilot auf, falls kein Berg im Weg steht. Auch dann wird sich ein Landeplatz finden.

Ein Flieger wie die F-51, der überwiegend aus Motor besteht, wird anders reagieren, schon aufgrund der Gewichtsverteilung (Schwerpunkt weit vorne). Er steigt ebenfalls weiter, so weit die Motorleistung reicht – das kann sehr hoch sein – und kommt dann praktisch zum Stillstand. Was passiert anschließend?

WrackteilDas Leitwerk von Mantells F-51

Es sieht so aus, als sei genau das passiert: Nach Erreichen des Totpunktes ist Mantells F-51 in einen schnellen Spiralsturz übergegangen. Mantell war weiter bewusstlos; die aerodynamisch mögliche Höchstgeschwindigkeit (Erläuterung siehe unten) wurde überschritten. Typischerweise wirft der Flieger in dieser Situation das Leitwerk ab und zerlegt sich anschließend in viele kleine Teile. Genau das war bei Mantells Unfall zu beobachten; entsprechend weiträumig waren die Reste am Boden verteilt.

Ein ähnliches Bild, nämlich die Disintegration in großer Höhe mit entsprechend weiträumiger Verteilung der Überreste am Boden, hätte sich auch nach einem Abschuss ergeben. Also kein Fehler, dass auch in diese Richtung ermittelt wurde.

Gegen einen Abschuss spricht allerdings schon Ruppelts Zeugenaussage, die Maschine sei mit laut heulendem Motor »im Sturzflug« (genauer: im Spiralsturz) abgestiegen und hätte sich dabei plötzlich zerlegt. Wie und vor allem warum das passiert, wollen wir anschließend beleuchten.

 

etwas Flugphysik

Wie fliegt ein Flugzeug? Diese Frage ist ganz einfach zu beantworten: Durch Kräfte, die die Tragflächen nach oben drücken. Diese Kräfte resultieren daraus, dass sich die Luft unter und über den Tragflächen verschieden schnell bewegt. Die Kräfte sind in erster Linie abhängig von der Luftdichte (d.h. der Anzahl bzw. Masse der Moleküle pro Volumen der umgebenden Luft) und der Geschwindigkeit der Luftströmung um die Tragflächen. Damit wird auch klar, auf welche Faktoren der Pilot achten muss. Jedenfalls in erster Näherung.

Kindern wird der vermeintlichen Anschaulichkeit halber gerne erzählt, ein Flugzeug schwimme quasi auf oder in der Luft. Dies ist natürlich Unfug – aber es gibt genau den Denkfehler wieder, der jahrhundertelang verhinderte, das Fliegen der Fliegen (und auch der Vögel) zu begreifen.

Was allerdings stimmt, ist dass ein Flugzeug keinen Straßenkontakt hat wie ein Landfahrzeug und deshalb wesentlich indirekter zu steuern ist – das Lenkverhalten ist durchaus mit dem eines Bootes zu vergleichen.


Es gibt durchaus Fluggeräte, die in de Luft »schwimmen«: Mit Heißluft oder leichten Gasen befüllte Ballons, aber auch Luftkissenfahrzeuge, die auf einem Polster komprimierter Luft schweben, oder Hubschrauber in Bodennähe (man spricht vom »Bodeneffekt«) »schwimmen« auf dichteren Luftschichten. Mit »Fliegen« in dem Sinne, wie das Vögel oder Fliegen machen, hat das allerdings nichts zu tun.

Aus diesem Grund »fährt« ein »Luftschiff« und auch ein Hovercraft – mit einem »o«.

»Hoover« mit »oo« sind Staubsauger, also praktisch das genaue Gegenteil.

Vögel »schwimmen« nicht in der Luft

Ab wann man tatsächlich wusste, dass heiße Luft leichter ist als kalte, ist nicht bekannt; aber dass heiße Luft bzw. Rauch eines Feuers aufsteigt, wussten schon unsere frühesten Vorfahren. Ebenso war bekannt, dass Vögel und Fluginsekten schwerer sind als Luft. Die Hilfserklärung, diese flögen deshalb, weil Gott das so wolle, reichte den Wissenschaftlern und Erfindern irgendwann nicht mehr. So bastelten sie – noch ohne die physikalischen Grundlagen der Strömungslehre zu kennen – ab Anfang des 19. Jahrhunderts an mehr oder weniger tauglichen Gleitfliegern (z.B. 1811 der »Schneider von Ulm«). Die ersten brauchbaren Fluggeräte entstanden um 1900 mit der Klärung des theoretischen Unterbaus u.a. durch Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz und die Gebrüder Wright.

Auftrieb

Richtig gelesen: Die Wrights fanden, obwohl sie keine Wissenschaftler waren, Fehler in der Theorie der Strömungslehre und korrigierten diese über Windkanalversuche. Zudem entwickelten sie Methoden, um Luftschrauben und deren Wirkungsgrad zu berechnen – zu ihrem Erstaunen gab es seinerzeit noch nicht einmal Formeln für Schiffsschrauben!

Wichtig zum Verständnis ist die Tatsache, dass es sich beim Auftrieb einer Tragfläche um ein lokales Ereignis handelt – egal welches physikalische Modell man nun betrachtet. Nach der Strömungsmechanik (I) entsteht dadurch, dass die Luft auf der Oberseite einen weiteren Weg zurücklegt als an der Unterseite, ein lokaler Unterdruck an der Oberseite, der das Flugzeug anhebt. Betrachtet man den Fall mittels Kraftvektoren (II), wird durch Umlenken der Umgebungsluft aus einem Teil des Luftwiderstandes Auftriebskraft.

Entgegen anderslautender Ansichten darf man in der Physik beliebig vereinfachen, so lange man daraus keine falschen Schlüsse ableitet. So ist auch die Skizze (links) zu verstehen.

Beim ersten Augenschein überrascht der Auftrieb, der aus relativ wenig Luftwiderstandskraft gewonnen wird; doch das relativiert sich schnell, wenn man dazu das Eigengewicht des Fliegers berücksichtigt.

Betrachten wir (I), verstärkt sich der Auftrieb auch entscheidend dadurch, dass die Luft die Oberseite der Tragfläche stark gebremst umfließt. Allerdings wird durch jedes Detail, das wir genauer betrachten wollen, eben auch das Modell komplizierter und entzieht sich irgendwann der einfachen Anschauung. Wir belassen es also bei der vereinfachten Version. Wer Internet hat – und das dürfte bei den Lesern dieser Online-Artikel der Fall sein –, kann ja weitere Details nachlesen.

A-300

Steuerung

Die »Lenkung« des Flugzeugs besteht aus den Höhenrudern (in der Abbildung blau), den Querrudern (grün) und dem Seitenruder (rot). Klassisch werden die Ruder über Kabel bewegt, die mit dem Steuerhorn oder -knüppel und Pedalen verbunden sind. Bei schwereren Flugzeugen wird die Mechanik durch Servo-Einrichtungen unterstützt oder durch Elektromechanik ersetzt.

Durch seine Größe ist speziell das Seitenruder dazu geeignet, unerwünschte Flugzustände abzufangen; es bleibt am längsten wirksam. Im regulären Flugbetrieb dagegen kann man es durch zu heftige Ausschläge sogar zerstören – es wird also sehr feinfühlig verwendet.

Höhenruder
Die Höhenruder bewegen sich mit dem Ziehen oder Drücken am Steuerhorn oder -knüppel synchron auf- oder abwärts. Das Flugzeug kippt um seine Querachse und beginnt Steig- oder Sinkflug. Entsprechend wird die Motorleistung nachgeregelt.
 
Kurvenflug
Seiten- und Querruder
Das Seitenruder wird mit Pedalen gesteuert; es dient der Lenkung am Boden und im Langsamflug sowie dem Ausgleich von Drehmoment um die Hochachse (zur Korrektur der Kurvenlage, bei Seitenwind, wenn ein Triebwerk ausfällt etc.). Die Querruder bewegen sich bei Drehen des Steuerhorns oder seitlichem Ziehen am Steuerknüppel gegenläufig. Das Flugzeug lenkt im Reisebetrieb also ähnlich wie ein Motorrad durch »in-die-Kurve-legen«. Logisch gibt es hier keine Kreiselkräfte, die die Kurve einleiten, sondern durch das Kippen des Flugzeugs um die Längsachse kippt auch der Auftriebsvektor, und dessen (horizontale) Querkomponente zieht das Flugzeug in die Kurve.
 
»Flaps«
An den Tragflächenkanten innerhalb der Querruder sitzen die Landeklappen, die entgegen ihres Namens auch beim Start (und im Langsamflug) für zusätzlichen Auftrieb sorgen. Darüber hinaus sind noch weitere Auftriebs- und Bremshilfen üblich, z.B. Vorflügel und Spoiler, sowie etliche Vorrichtungen zum Trimmen – doch das muss uns hier nicht weiter interessieren.

Strömungsabriss – »Stall«

Mit »Stall« ist nicht die Behausung von Nutztieren gemeint (das spricht man auch anders aus), sondern das englisch-fachchinesische Wort für den im allgemeinen peinlichen Fall, dass die Luft die Tragfläche nicht mehr laminar umströmt und letztere damit von jetzt auf sofort jegliche Auftriebs-Funktion verliert. Im regulären Flugbetrieb vermeidet man dies nach Möglichkeit – ausgenommen bei der Landung (allerdings ist die »full-stall«-Landung nur eine von vielen Möglichkeiten, den Flieger sicher zu Boden zu bringen). Einen Stall kann man etwa damit vergleichen, wenn bei einem Straßenfahrzeug die Räder blockieren (bei einer Blockierbremsung wird die Lenkung wirkungslos) oder durchrutschen (Ausbrechen eines heckgetriebenen Fahrzeugs in der Kurve, wenn man zu viel Gas gibt). Beim Flugzeug ist das Leitwerk vom Tragwerk getrennt, so dass man bei Strömungsproblemen an den Tragflächen noch die Möglichkeit hat, über Höhen- und Seitenruder den instabilen Flugzustand (»Stall« ohne nennenswerten Auftrieb) in einen anderen, hoffentlich stabilen, zu überführen. Zur Not sind Zwischenzustände wie Spiralsturz oder Trudeln hinnehmbar, da man sie meist besser abfangen kann als den totalen Strömungsabriss. Und wenn nicht, braucht man sich immerhin um die Landegebühren und deren Finanzierung keine Sorgen mehr zu machen.

Schallmauer

Wenn die Geschwindigkeit eines Flugzeugs die Schallgeschwindigkeit erreicht, ändern sich Aerodynamik und Flugphysik schlagartig und weitreichend. Ein Flugzeug, das dafür nicht gebaut ist, überlebt das in der Regel nicht.

 

Achterbahn

a-max – Beschleunigung, »g« und Lastvielfaches

LastvielfachesBeim Thema »Spiralsturz« hatten wir schon davon gesprochen, dass man ein Flugzeug (wie jedes andere mechanische Teil auch) durch Überlastung zerlegen kann. Nehmen wir als Beispiel eine Achterbahn – sie fährt sehr steil abwärts und wieder bergauf. Dabei treten hohe Beschleunigungswerte auf, die den Fahrgast erst praktisch schwerelos machen und dann das Mehrfache seines tatsächlichen Gewichts spüren lassen. Man spricht hier von »g« als Maßeinheit (1 g = 9,81 m/s² entspricht der mittleren Gravitation auf der Erde), in der Fliegerei speziell spricht man vom »Lastvielfachen«, auch »g-force« (ohne Einheit verwendet; bedeutet das Vielfache von »g«).

Die Grenze für das Lastvielfache ist je nach Flugzeugtyp stark unterschiedlich. Wird sie überschritten, bricht das überlastete Bauteil – es zerlegt sich also nicht die ganze Maschine in kleine Teile wie im Fall Mantell.

Die Grenze der Belastbarkeit diesbezüglich bezeichnet man als »Kritisches Lastvielfaches«. Sie nicht zu überschreiten, ist eine der lebenserhaltenden Künste in der Fliegerei …
 
Auch beim Fliegen scharfer Kurven wirkt ein Lastvielfaches: Bei einer Schräglage von 60 Grad (was noch keineswegs Kunstflug ist) bewirken die Fliehkräfte ein Lastvielfaches von 2.

Die Formel ist ganz einfach: LV = 1 / cos φ

Wenn man jetzt den wesentlich engeren vertikalen Kurvenradius bedenkt, der beim Abfangen zur Geltung kommt, kann man sich ungefähr vorstellen, was für Kräfte hier wirken.

Einzelbauteile können unabhängig vom Gesamtsystem überlastet werden, etwa eine bei großer Fahrt zu hastig ausgelenkte Ruderklappe. In diesem Fall reißt das betreffente Teil sich vom Rest der Maschine los und verabschiedet sich. Wenn man Glück hat, kann man noch notlanden.

Lastvielfache treten immer dann auf, wenn aus einer gleichförmigen Flugbahn abgewichen wird, also bei Richtungs- und Höhenänderungen, bei Geschindigkeitsänderungen (auch durch externe Einwirkungen, z.B. Turbulenzen, weshalb man vermeidet, am Limit zu fliegen) – und eben ganz besonders kritisch beim Abfangen aus grenzwertigen Flugsituationen (Stall, Trudeln, Spiralsturz, Sturzflug usw.).

Es ist also doch erheblich einfacher, einen Kraftwagen zu steuern.

 

v-max – Höchstgeschwindigkeit und Luftdruck

Aerodynamische Höchstgeschwindigkeit

Anders als bei Landfahrzeugen kommt bei Flugzeugen ein Wert zum Tragen, der keinesfalls erreicht werden darf: die absolute aerodynamische Höchstgeschwindigkeit relativ zur umströmenden Luft. Wird diese überschritten, droht nicht nur ein Strafmandat, sondern die Maschine zerlegt sich aufgrund von Reibungskräften und daraus resultierenden Resonanz-Phaenomenen. Das will man als Pilot natürlich vermeiden.

Das Dumme dabei ist, dass man die effektive Differenzgeschwindigkeit zur umgebenden Luft (true air speed, TAS) nicht direkt messen kann. Per GPS kann man seit einiger Zeit zwar die Geschwindigkeit über den Boden bestimmen; das hilft aber wenig, weil man dabei keinen Anhaltspunkt über Windgeschwindigkeit und -richtung hat. Es bleibt also die alte Methode, den Staudruck (grob gesagt: die Kraftwirkung des Gegenwindes) zu messen. Dummerweise erhält man dadurch nicht die reale Geschwindigkeit durch die Luft, sondern muss diese errechnen und dabei Wetter (Luftfeuchtigkeit, Temperatur, meteorologischer Luftdruck) und Flughöhe berücksichtigen: Je niedriger die Luftdichte außen, um so geringer ist die Geschwindigkeit, die das Messinstrument anzeigt. Das kann schon bei kleinen »Rasenmähern« 20 Prozent ausmachen.

Andererseits ist die durch den Staudruck angezeigte Geschwindigkeit (indicated air speed, IAS) ein sehr brauchbarer Anhaltspunkt für die minimale Geschwindigkeit, mit der das Flugzeug noch fliegt respektive landen kann.

 

Geschwindigkeitsmessung und Luftdruck

Der Luftdruck wird nach wissenschaftlichen Einheiten in »Pascal« (Pa bzw. hPa für »Hektopascal«) gemessen; die alten in Europa gebräuchlichen Einheiten sind »Bar« bzw. »mm Hg«.

Luftdruck und Flughöhe

Der mittlere Luftdruck auf Meereshöhe beträgt 1 Bar (1000 mBar) oder 750 mm Hg, was 1013,2 hPa entspricht (runden wir hier einfach auf 1010 hPa, das ist für unsere Zwecke genau genug). Barometer sind, wie der Name schon vermuten lässt, in Bar skaliert.

 

Luftdruck und Wetter

Jedenfalls in Mitteleuropa sind Schwankungen von +- 30 hPa schon extreme Werte – also von ca. 980 bis 1040 hPa. Wesentlich extremer ändert sich der tatsächliche Luftdruck mit der geografischen Höhe. Daher ist es möglich, über den Luftdruck die (Flug-) Höhe hinreichend genau (also auf ca. +- 200 m) zu bestimmen. Wer Funk hat, justiert seinen Höhenmesser vor dem Landeanflug auf den wetterbedingten Luftdruck des Zielflughafens nach.

 

Luftdruck und Höhe

Ausgehend vom mittleren Luftdruck (1010 hPa in Meereshöhe) beträgt der Druck in 500 m Höhe nur noch 950 hPa, in 1000 m 890 hPa, in 2000 m 790 hPa und in 4000 m (s.o., Gipfel-Flughöhe ohne Sauerstoff) 620 hPa. Auch wenn die Physik besagt, dass der Luftdruck exponentiell abnehmen muss, bewegt er sich doch im »bewohnbaren Bereich« der Atmosphäre noch annähernd linear. Nur wer in höheren Regionen fliegt, muss genauer rechnen. Oder wer in den Bergen fliegt und somit wenig Reserve-Bodenabstand hat. Hinzu kommt, dass die Luftdichte (und damit der gemessene Luftdruck) temperaturabhängig ist. »Im Winter sind die Berge höher«, sagt der gut gelaunte Flieger zu dem Thema. Der Passagier hingegen träumt von einem SBB-Abteil …

Natürlich sind noch andere Faktoren einzuberechnen, z.B. die Luftfeuchtigkeit. Luft, die mit Wasserdampf/-dunst angereichert ist, ist natürlich schwerer als trockene. Der druck ändert sich entsprechend. Für die nachfolgenden Betrachtungen wollen wir davon ausgehen, dass wetterbedingte Druckunterschiede, Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen nur in vernachlässigbarem Rahmen stattfinden – wir wollen hier nicht zu sehr ins Detail gehen. Statt des Luftdrucks betrachten wir die Luftdichte (Masse pro Volumen; in kg/m³), also die Größe, die zur Bestimmung der Fluggeschwindigkeit tatsächlich gemessen wird. In den Höhen, in denen geflogen wird, ist die Höhenabnahme des Luftdrucks gleich der der Luftdichte. Wem das zu viel Physik ist, der mag die beiden Begriffe einfach näherungsweise als gleichwertig betrachten (siehe oben: in der Physik dürfen wir beliebig vereinfachen, so lange wir keine falschen Schlüsse aus der Vereinfachung ziehen).

IAS und TASHier eine IAS/TAS-Kombi-Anzeige. Die TAS-Skala wird vom Piloten entsprechend der Flughöhe eingestellt; hier 5000 ft / 1500 m. (Abb.: Wikipedia)

 

IAS – Geschwindigkeitsmessung über den Staudruck

»IAS« steht für »indicated air speed«, also die angezeigte, auf die Luftdichte in Meereshöhe umgerechnete Geschwindigkeit durch die Luft. Die Frage, ob das nicht unpraktisch sei, beantwortet sich mit der Tatsache, dass dieses Instrument auch in Zeiten von GPS noch eines der wichtigsten ist.

Die relevanten Kräfte in der Aerodynamik – Luftwiderstand, Auftrieb, Ruderkräfte usw. hängen von der Dichte ab. Deshalb ist auch die größtmögliche Flughöhe die wirtschaftlichste.

 

TAS – die tatsächliche Geschwindigkeit durch die Luft

»TAS« steht für »true air speed« und muss aus IAS, Höhe sowie gegebenenfalls (sofern sie einen bestimmten Wert überschreiten und somit relevant werden) wetterbedingte Luftdruck- und Temperaturschwankungen errechnet werden.

Wir kennen das vom Segeln: Ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit fängt ein Segel zu flattern an. Unternimmt man nichts dagegen, reißt es. Flugzeuge waren lange aus verspanntem Segeltuch gebaut, deshalb hat sich auch hier der Begriff »Flattern« gehalten. Es handelt sich streng genommen um Eigenresonanzen, die letzendlich dazu führen, dass sich das betroffene Bauteil (das kann der komplette Rumpf sein) schlagartig in kleine Stücke zerlegt.

Die aus diesen Faktoren resultierende Höchstgeschwindigkeit kann man zwar bis zu einem gewissen Grad berechnen, darüber hinaus muss man sie, teils in Prüfständen (wie beim TÜV für die Vorderachse) ausprobieren. Von der so gewonnen kritischen Geschwindigkeit zieht man noch etwas ab, um verschleißbedingten Effekten vorzubeugen, und diese gibt man dann den Piloten als »max.-TAS« mit auf den Weg.

Die kritische Geschwindigkeit hängt von der tatsächlichen Geschwindigkeit durch die Luft ab, welche der Flughöhe entsprechend berechnet werden muss. Diese Geschwindigkeit darf unter keinen Umständen erreicht werden; meist bleibt man zur Sicherheit 15-20 Prozent darunter: Das berüchtigte »Flattern« tritt ganz plötzlich, ohne jede Vorwarnung auf.

 

IAS, TAS und Luftdichte

Zur Bestimmung der Flughöhe und somit als Berechnungsgrundlage für die TAS wird der Luftdruck gemessen. Der eigentlich relevante Wert ist die Luftdichte. Beide Werte verhalten sich in den von der Fliegerei benutzten Höhen beinahe linear und parallel. Somit sind die Größen Luftdruck und Luftdichte in akzeptabler Näherung austauschbar.

Der Korrekturfaktor ist gleich der Wurzel aus dem Verhältnis zwischen Orts-Luftdichte ρ und Normal-Luftdichte ρ(0) in Meereshöhe.

Formeln: v(TAS) = v(IAS) * √(ρ / ρ(0))       bzw. umgekehrt       v(IAS) = v(TAS) * √(ρ(0) / ρ)

Bei einer Flughöhe von knapp 6 km beträgt die Luftdichte den halben Wert der Normaldichte, also ist hier die TAS 1,4-mal (√2) höher als die IAS. Ein Flugzeug, dessen V(max) bei 220 Knoten (nautische Meilen pro Stunde; 1 kt = ca. 1,8 km/h) liegt, darf dort also keinesfalls schneller als 150 Knoten IAS geflogen werden.

Somit dürfte Mantell die fehlerhafte Einschätzung von Steigfähigkeit und Flughöhe in doppelter Hinsicht zum Verhängnis geworden sein.

 

UFOs und Flugphysik

Dieses Thema ist mit wenigen Sätzen abgehandelt:

Wenn wir die vorgegangenen Abschnitte betrachten, sind die Flugbewegungen, die UFOs den einschlägigen Berichten nach vollziehen, nicht durch aerodynamischen Flug zu erklären (was allerdings nicht ausreicht als Gegenbeweis der Existenz).

Diese Flugbewegungen sind nach unserem technischen Stand nicht möglich, und schon gar nicht nach dem technischen Stand der 1940er Jahre.

Die Hypothese, UFOs seien »Reichsflugscheiben«, gar auf Kreiselkräften basierend, ist somit komplett aberwitzig.

Wer so fliegt, muss schon die uns bekannten physikalischen gesetze aushebeln, zumindest aber die Gravitation beeinflussen können. Natürlich wäre interessant, wie das geht, aber wir können andererseits sehr froh sein, dass unsere Militärs über solches Wissen nicht verfügen.

Damit bleibt natürlich die Frage offen, wer oder was da rumfliegt …

 

Berichte aus der Praxis, Fazit

IAS und TAS

Die aerodynamischen Kräfte, Auftrieb, Widerstand, alle Ruderkräfte usw. hängen vom Staudruck ab, und damit ist IAS die flugtechnisch interessante Größe. Zum Beispiel ist das bei der Abhebegeschwindigkeit wichtig. Nehmen wir mal an, ein bestimmtes Flugzeug kann beim Start abheben, wenn es auf Meereshöhe bei Normal-Luftdichte (1,225 kg/m³) eine Geschwindigkeit von 120 km/h erreicht hat (das hat der Flugzeughersteller ausprobiert).

Wenn die Bahn lang genug ist, ist das also super für den Piloten: er braucht nur die IAS-Werte zu kennen, die für sein Flugzeug wichtig sind: Die Mindestgeschwindigkeit (Stall Speed), Geschwindigkeit zum Abheben, maximale Geschwindigkeit zum Ausfahren des Fahrwerks / der Landeklappen, Manövergeschwindigkeit, höchste zugelassene Geschwindigkeit (Ausnahme siehe unten!) usw. – Umrechnen muss man nur für die Navigation, kommt man doch in z.B. 11000 m Höhe doppelt so schnell vorwärts (TAS) wie der Fahrtmesser (IAS) anzeigt! Cool, oder?

Und wo ist der Haken? Nun, wir haben gesagt, alle aerodynamischen Kräfte hängen vom Staudruck und damit von der Indicated Air Speed (IAS) ab. Es gibt aber ein Phänomen, das hängt von der True Air Speed (TAS) ab: FLATTERN. Flattern ist eine hochfrequente Schwingung einzelner Teile des Flugzeuges, die aus dem Zusammenspiel von Elastizität der Flugzeugteile, ihrer Massenträgheit und den aerodynamischen Rückstellkräften entsteht. Es lässt sich extrem schlecht vorrausberechnen, eigentlich nur mit numerischer Simulation (im Falle eines Fliegers der 40er Jahre: Keine Chance). Deshalb wird jedes neue Flugzeug einer ausführlichen Flattererprobung unterzogen, und früher gab es immer wieder böse Überraschungen und viele tote Testpiloten. Was macht Flattern so gefährlich?

Ich habe mehrere Modellflugzeuge bereits durch Flattern zerlegt; eines warf das Leitwerk ab, ein anderes fing irgendwo an zu flattern und zerfiel im selben Moment in linken Flügel, rechten Flügel, Rumpf, linkes Querruder, rechtes Querruder, Höhenruder, Seitenruder, also sieben Einzelteile. Beides waren sehr robuste Kunstflugmodelle, mit denen man die härtesten Figuren fliegen konnte.

Also, Flattern ist fies, und es hängt von der TAS ab. Nun, auf Meereshöhe ist das egal (da ist TAS = IAS). Am Fahrtmesser ist ein roter Strich bei der höchstzulässigen IAS angebracht, und auf Meereshöhe können wir also guten Gewissens an den roten Strich gehen. Nehmen wir an, man hat ausprobiert, dass ein bestimmtes Flugzeug bei 500 km/h TAS flattert (entspricht auf Normal-Null 500 km/h IAS), also malt man den rote Strich vielleicht bei 400 km/h IAS (ich kenne die Sicherheitsfaktoren nicht genau, aber sie sind reichlich). Dann können wir also in Meereshöhe 400 km/h IAS fliegen, und nichts passiert. Nun steigen wir auf 5500 m und fliegen schön schnell geradeaus. Weil wir keine Hazardeure sind, fliegen wir nicht ganz Vollgas, sondern nur mit 350 km/h IAS, die Fahrtmessernadel also weit weg von dem roten Strich. Aber halt, wie schnell sind wir den wirklich??? Halbe Luftdichte, also TAS = IAS * 1,4142. Die TAS beträgt jetzt schon 495 km/h, fast die 500 km/h TAS, bei denen ohne Vorwarnung das Flattern kommt! Glück gehabt …    –   Jan

 

Wrackteile

Ob das Flugzeug sich durch Flattern oder durch zu hohes Lastvielfaches zerlegt hat, sieht man sehr schön an den Wrackteilen.

Bei Flattern sind sie winzig klein, die Flächen zeigen meist Torsionsbrüche, Lager sind oft ausgeschlagen oder ausgerissen. Meist kann man sogar noch das Ruder identifizieren, das mit dem Flattern angefangen hat. Der Rumpf wirft häufig das komplette Leitwerk ab; Anbauteile (Außentanks, schwere Antennen) fehlen. Die Wrackteile sind weit und gleichmäßig verstreut (deckt sich mit Ruppelts Beschreibung).

Bei Überlastung hingegen sind die Wrackteile recht groß, insbesondere der Rumpf bleibt praktisch ganz, zerschellt erst am Boden. Man findet typischerweise als Wrack die linke Fläche, die rechte Fläche und irgendwo dazwischen einen Krater. Dort kann man dann Rumpf, Leitwerk und den Piloten ausgraben. Die Flächen zeigen Druckfalten auf der Oberseite, der Obergurt des Holms knickt nach unten weg, der Untergurt reißt. In beiden Fällen ist die Leiche des Piloten übrigens ein sehr trauriger Anblick, den man den Angehörigen lieber erspart.    –   Jan

 

Mantell

Mantell ist irgendeinem tatsächlichen oder eingebildeten Objekt nachgejagt. Dabei hat er absichtlich oder im Eifer des Gefechts die ohne Sauerstoff maximal erlaubte Höhe überschritten. Nun gibt es zwei Möglichkeiten:

Variante II.1 erscheint am plausibelsten und deckt sich mit den Zeugenaussahen am besten, siehe oben.

 

Verschwörungstheorie

Wer trotz dieser zahlreichen und nicht unwahrscheinlichen Möglichkeiten, dass sich die Mustang selbst zerlegt hat, unbedingt eine Verschwörungstheorie braucht, bitte sehr …

Die Tatsache, dass die Angaben der USAF so uneinheitlich waren, und dass alles versucht wurde, um nähere Untersuchungen des Wracks und der Leiche zu verhindern, deutet mitnichten auf UFOs (jedenfalls nicht auf einen Abschuss durch ein solches).

Ich hoffe, euch damit geholfen zu haben; gerne dürft ihr das veröffentlichen. Es bräche einer UFO-Jäger-Seite kein Zacken aus der Krone, wenn auch mal UFO-kritische Ansichten veröffentlicht würden …    –   Jan

 

Glück gehabt …

Die Krone ist noch komplett, es fehlt kein Zacken …

Wir fragen nicht, was wir hinterfrahen dürfen – wir hinterfragen alles.

Nicht zuletzt ist es doch beruhigend, dass UFOs nicht rumballern. Bei deren so weit überlegener Technik wäre das sogar eine ziemlich ungemütliche Vorstellung.

 

jk – vielen dank an jan lyczywek

 

Glossar

 

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