Bodeneffekt bei Start und Landung

Was der Bodeneffekt ist

Kurz vor dem Aufsetzen scheint das Flugzeug nicht tiefer zu wollen und schwebt immer weiter. Dieses Gefühl kennen Piloten seit den Anfängen der Fliegerei. Es ist der Bodeneffekt (englisch ground effect). Kommt ein Flugzeug bis auf wenige Fuß an den Boden oder das Wasser heran, schränkt die Oberfläche die senkrechte Strömung um den Flügel ein. Dadurch ändern sich Aufwind, Abwind und die Randwirbel an den Flügelspitzen.

Der EASA-Lehrplan für die PPL(A) führt den Bodeneffekt unter „Grundlagen des Fliegens“ auf, mit dem Schwerpunkt „Wirkung auf die Start- und Landeeigenschaften eines Flugzeugs“. Die Erklärungen und Zahlen unten stammen aus dem FAA-Handbuch PHAK (Kapitel 5). Es erklärt die Physik des Effekts.

Warum der induzierte Widerstand sinkt

Der induzierte Widerstand entsteht zwangsläufig, wenn ein Flügel Auftrieb erzeugt. Er ist das Ergebnis der Arbeit, die der Flügel leistet, um das Flugzeug zu tragen: Der Flügel beschleunigt dazu eine Luftmasse nach unten. Je mehr Abwind, desto kräftiger drückt er die Luft nach unten. Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen Flügelsehne und Anströmung. Bei großem Anstellwinkel ist der induzierte Widerstand hoch. Weil das niedrigen Geschwindigkeiten entspricht, überwiegt er im Langsamflug.

Im Bodeneffekt werden die Randwirbel schwächer. Das verändert die Auftriebsverteilung entlang der Spannweite und verringert den induzierten Anstellwinkel und den induzierten Widerstand. Der Flügel braucht deshalb einen kleineren Anstellwinkel, um denselben Auftriebsbeiwert zu erzeugen. Der Auftriebsbeiwert (CL) ist eine dimensionslose Kennzahl, die den Auftrieb mit dem Staudruck der Strömung verknüpft. Bleibt der Anstellwinkel gleich, steigt der Auftriebsbeiwert. Bei niedriger Geschwindigkeit, wo der induzierte Widerstand überwiegt, sinkt außerdem der Schubbedarf deutlich.

Groß ist der Effekt nur sehr nah am Boden. Bei konstantem Auftriebsbeiwert sinkt der induzierte Widerstand in einer Flügelhöhe von einer Spannweite nur um 1,4 %, bei einem Viertel der Spannweite um 23,5 % und bei einem Zehntel der Spannweite um 47,6 %:

Flügelhöhe über dem Boden	Verringerung des induzierten Widerstands
eine Spannweite	1,4 %
ein Viertel der Spannweite	23,5 %
ein Zehntel der Spannweite	47,6 %

Eine große Verringerung gibt es also nur, wenn der Flügel ganz nah am Boden ist. Deshalb merkst du den Bodeneffekt vor allem beim Abheben und kurz vor dem Aufsetzen.

Beim Start

Wegen des geringeren Widerstands kann das Flugzeug im Bodeneffekt weit unter der empfohlenen Geschwindigkeit flugfähig wirken. Dazu kommt ein Anzeigefehler: Meist steigt im Bodeneffekt der Druck an der statischen Quelle, und Geschwindigkeit und Höhe werden zu niedrig angezeigt. Das Flugzeug kann deshalb mit einer geringeren angezeigten Geschwindigkeit in der Luft sein, als sonst nötig ist.

Steigt es mit zu wenig Geschwindigkeit aus dem Bodeneffekt, kann der größere induzierte Widerstand zu einer knappen Steigleistung führen. Das FAA-Handbuch nennt vier Folgen beim Verlassen des Bodeneffekts:

• Du brauchst einen größeren Anstellwinkel für denselben Auftriebsbeiwert.
• Der induzierte Widerstand und der Schubbedarf steigen.
• Die Stabilität nimmt ab, und das Nickmoment ändert sich in Richtung Nase hoch.
• Der statische Druck an der Quelle sinkt, die angezeigte Geschwindigkeit steigt.

Unter extremen Bedingungen, etwa bei hohem Abfluggewicht, großer Dichtehöhe und hoher Temperatur, kann das Flugzeug abheben und dann außerhalb des Bodeneffekts nicht weiterfliegen. Es sinkt zurück auf die Piste. Das Handbuch warnt davor, ein Flugzeug mit zu wenig Geschwindigkeit in die Luft zu zwingen: Die vom Hersteller empfohlene Abhebegeschwindigkeit ist nötig, damit die erste Steigphase ausreichend gut gelingt.

Bei der Landung

Bringst du das Flugzeug mit gleichem Anstellwinkel in den Bodeneffekt, steigt der Auftriebsbeiwert, und der Schubbedarf sinkt. Das Flugzeug schwebt. Weil der Widerstand klein ist und die Verzögerung bei zurückgenommener Leistung fehlt, wird jede überschüssige Geschwindigkeit beim Abfangen zu einer erheblichen Schwebestrecke.

Am stärksten wirkt der Bodeneffekt in Höhen unterhalb der Spannweite. Im Endanflug muss die Leistung zurückgenommen werden, um den zusätzlichen Auftrieb auszugleichen. Sonst neigt das Flugzeug dazu, über den gewünschten Gleitpfad zu steigen.