Fahrwerk (Flugzeug)

mini|Fahrwerk an einem Airbus A330 mini|Hauptfahrwerk an einer Boeing 747

Das Fahrwerk ( bzw. „Undercarriage“) eines Flugzeuges stellt die Gesamtheit der Räder mit Flugzeugreifen, Felgen und meist darin eingebauten Bremsen dar. Hinzu kommt deren Aufhängung an gedämpften Federbeinen, Federstreben oder starren Konstruktionen. Das Fahrwerk trägt das Luftfahrzeug am Boden und ermöglicht eine Fortbewegung am Boden (das Rollen). Zudem ermöglicht es, die erforderliche Startgeschwindigkeit zum Abheben zu erreichen (der Startlauf). Bei der Landung werden die relativ hohen Stoßbelastungen durch das Fahrwerk absorbiert (Stoßdämpfer) und so von der Flugzeugzelle ferngehalten. Auch ein Wiederhochspringen (Abprallen von der Landebahn) nach einem härteren Aufsetzen wird durch die Dämpfung der Federbeine abgemildert. Radbremsen können zur Verkürzung der Ausrollstrecke bei der Landung und beim Startabbruch, zum Lenken am Boden (Differentialbremsung) sowie zur Geschwindigkeitskontrolle und als Parkbremse am Boden benutzt werden. Das Fahrwerk kann feststehend (starr) sein oder auch einfahrbar (Einziehfahrwerk, ).

Beim Fahrwerk handelt es sich meist um eine Dreipunktabstützung.

Das Fahrwerk ist ein relativ schwerer Teil des Flugzeuges, es kann bis zu 7 % des maximalen Startgewichts ausmachen, in der Regel aber nur 4–5 %.

Bei Flugzeugfahrwerken wird unterschieden nach der Anordnung der Räder, nach deren Einbauort sowie nach deren Bauart. Grundsätzlich wird zwischen zwei Fahrwerksarten unterschieden: Hauptfahrwerk (vor oder hinter dem Flugzeugschwerpunkt) Stützfahrwerk (Bug- oder Spornfahrwerk sowie auch Stützfahrwerke an den Tragflächen)

danach folgt die Anordnung der Fahrwerke Dreipunkt-Fahrwerk in Bug- oder Spornradausführung Tandemfahrwerk Spezialfahrwerke (z. B. Kettenfahrwerke oder Kufengestelle)

Aufgaben des Fahrwerks Die Hauptaufgaben des Fahrwerks sind: Beweglichkeit des Flugzeugs am Boden ermöglichen Sicherstellung, dass während des Rollens, des Abhebens und des Aufsetzens kein anderes Teil des Flugzeugs den Boden berührt Absorbieren und Dämpfen der vertikalen kinetischen Energie beim Landen Aufnahme und Weiterleitung der horizontalen kinetischen Energie beim Landen und im Falle eines Startabbruchs Federung von Bodenunebenheiten Widerstand gegen die seitliche Belastung bei Seitenwindstart und Seitenwindlandung.

Fahrwerkskonfiguration Bei der Anordnung der Räder (in der Regel handelt es sich um eine Dreipunktanordnung) wird unterschieden zwischen dem historisch älteren Spornfahrwerk (bis in die 1930er Jahre auch noch mit Schleifsporn) und dem neueren Bugradfahrwerk. Seltener ist eine Tandemanordnung der Räder unter dem Rumpf, wodurch seitliche Stützen erforderlich werden (Beispiele: Motorsegler Falke, Verkehrsflugzeug Baade 152, Bomber B-52 oder Kampfflugzeug Harrier).

Bei schweren Transportflugzeugen besteht das Hauptfahrwerk oft aus zwei bis vier Gruppen von Rädern, die in zwei Reihen am Rumpf angeordnet sind.

Die Anzahl der für ein bestimmtes Flugzeug nötigen Räder hängt von dessen Gewicht, Einsatzzweck sowie von der Belastbarkeit der Flughafenbetriebsoberflächen ab. Dieser Wert wird mit der „Pavement Classification Number“ angegeben.

Spornradfahrwerk (Hecksporn- oder Heckradfahrwerk)

mini|Schleifsporn mini|Douglas DC-2 mit Spornradfahrwerk mini|Antonow An-2 mit Spornradfahrwerk In den ersten Jahrzehnten der Luftfahrt bis gegen Ende des Zweiten Weltkriegs waren fast alle Flugzeuge Spornradflugzeuge (engl. taildragger oder tailwheel). Sie hatten fast alle ein Fahrwerk mit Sporn. Daher rührt auch die im englischen noch heute übliche Bezeichnung conventional gear („konventionelles Fahrwerk“).

Bei einem Spornfahrwerk befinden sich die zwei Hauptfahrwerksbeine vor dem Flugzeugschwerpunkt und ein Schleifsporn oder ein Spornrad im Heckbereich ergibt den dritten Auflagepunkt. Dieses Spornrad konnte durch Koppelung mit der Seitenruderbetätigung lenkbar gemacht werden. Gegenüber einem Bugradfahrwerk ist die Konstruktion etwas einfacher. Ein Nachteil dieser Fahrwerksform ist, dass das Heck im Stand hinten tiefer ist als der Bug. Für den Piloten bedeutet das, dass die Sicht nach vorne während des Rollens stark eingeschränkt sein kann und ihn zum Rollen in Schlangenlinien zwingt. Zum Abheben muss er während des Startvorgangs erst das Heck des Flugzeuges anheben (durch leichtes Drücken des Steuerknüppels), bis der Flugzeugrumpf parallel zur Startbahn ist. In dieser neutralen Längsneigung erfolgt die weitere Beschleunigung bis zum Abheben. Wegen der korkenzieherartigen Luftströmung hinter dem Propeller (engl.: slip stream), die auf das Seitenleitwerk trifft, kann insbesondere nach dem Anheben des Hecks eine mehr oder weniger starke Neigung zum Ausbrechen entstehen, bei Flugzeugen mit rechts bzw. im Uhrzeigersinn drehendem Propeller nach links. Bei einem tatsächlich beginnenden Ausbrechen, insbesondere beim Ausrollen nach der Landung, zeigt sich der zweite Nachteil des Spornfahrwerks. Der hinter der Auflagelinie des Hauptfahrwerks liegende Schwerpunkt, der ja das Bestreben hat, sich weiter in der ursprünglichen Richtung fortzubewegen, erzeugt dadurch ein Moment, das die Ausbrechbewegung sogar unterstützt.

Landungen mit einem Spornradflugzeug bedürfen besonderer Übung für den heutigen Piloten, der meist seine ursprüngliche Ausbildung auf moderneren Flugzeugen mit Bugradfahrwerk gemacht hat. Bei zu starkem Bremsen besteht bei Spornradflugzeugen zudem die Gefahr des Kopfstandes (Fliegerdenkmal) oder sogar des Überschlags nach vorne.

Anzustreben ist bei Spornradflugzeugen eine Dreipunktlandung, bei der alle drei Räder gleichzeitig aufsetzen. Der dazu nötige große Anstellwinkel der Tragfläche und damit der größere Widerstand verringern die Aufsetzgeschwindigkeit und verkürzen die Ausrollstrecke stark.

Bei Einbau von Strahltriebwerken unter der Tragfläche von Tiefdeckern ist ein Spornradfahrwerk unbrauchbar, wie sich bei den ersten Versuchen mit der Messerschmitt Me 262 gezeigt hat. Das Höhenruder ist nicht wirksam genug, um dem aufrichtenden Moment entgegenzuwirken, das der Triebwerksschub in Bezug auf den höher liegenden Schwerpunkt erzeugt. Es war so nicht möglich, beim Anrollen das Heck anzuheben. Der Trick, mit dem diesem Mangel begegnet wurde, bestand in einem kurzen Auf-die-Bremsen-Treten, wodurch der Rumpf in die gewünschte waagrechte Lage kam. Aufgrund dieser Erkenntnis erhielten bereits die weiteren Versuchsflugzeuge der Me 262, aber auch die der Konkurrenzentwicklung, der Heinkel He 280, ein Bugradfahrwerk.

Für Fluggäste von Verkehrsflugzeugen bedeutet ein Spornradfahrwerk, dass sie zum Ein- und Aussteigen im Flugzeug auf einer schrägen Ebene laufen müssen, z. B. in der Junkers Ju 52/3m oder Douglas DC-3.

Bugradfahrwerk mini|Cockpit mit Bugrad Das Bugradfahrwerk (engl. „tricycle gear“) gilt im Vergleich zum Spornradfahrwerk als die modernere Form, obwohl bereits die Brüder Wright sie bei ihren späteren Flugzeugen verwendeten. Dabei ergänzt das Bugfahrwerk (engl. „nose gear“) im vorderen Bereich des Flugzeugrumpfes das Hauptfahrwerk (engl. „main landing gear“). Die Sicht für den Piloten ist gut, besonders während des Rollens, aber auch bei Start und Landung. Das Bugrad (engl. „nose wheel“) kann lenk- oder auch nur schwenkbar ausgeführt werden. Im letzteren Fall muss zum Vermeiden des gefürchteten Bugradflatterns (engl. Shimmy) eine eigene Dämpfeinrichtung eingebaut sein. Zum Lenken auf dem Boden kann zusätzlich zum Bugrad die Radbremse des jeweiligen Hauptfahrwerks benutzt werden. Ein Überschlag nach vorne, wie beim Spornradfahrwerk, ist kaum mehr möglich. Der Flugzeugschwerpunkt liegt etwas vor dem Hauptfahrwerk. Dadurch entsteht im Falle eines leichten Ausbrechens ein Moment, das der Ausbrechrichtung entgegen und somit stabilisierend wirkt.

Bei Verkehrsflugzeugen mit Bugradfahrwerk ist der Rumpf zum Ein- und Aussteigen der Passagiere immer in einer nahezu waagerechten Lage. Die Bezeichnung der Reifenanordnung von Verkehrsflugzeugen wurde durch die US-amerikanische FAA standardisiert.Bezeichnung der Reifenanordnung durch die FAA (PDF; 555 kB)

Diese Konfiguration ist in Deutschland erstmals am 8. Juni 1939 an einer Focke-Wulf Fw 58 nachzuweisen, die das Reichsluftfahrtministerium bei Focke-Wulf hatte umbauen lassen. Anschließend war das Flugzeug jeweils für einige Zeit allen deutschen Entwicklungsfirmen zur Erprobung zur Verfügung gestellt worden. Walter Blume bei Arado erkannte als Erster die Vorteile und wendete die neue Fahrwerksform sofort bei der Arado Ar 232 an. In der Schweiz hatte ein Studienbüro der ETH Zürich bei Farner in Grenchen den Umbau eines Sportflugzeuges Klemm Kl 25 von Sporn- auf Bugfahrwerk in Auftrag gegeben. Das Flugzeug mit dem Kennzeichen HB-ERU wurde vom 13. bis 27. Mai 1943 erprobt und bestätigte die erwarteten Vorteile des Bugfahrwerks.Kuno Gross: Studienbüro für Spezialflugzeuge - Pilatus SB-2 Pelican: Das Schweizer Bergflugzeug, ISBN 978-3-7494-3640-8, S. 41 In Großbritannien hatte man sich im Sommer 1939 nach der Flugerprobung des zweiten Prototyps für die Serienfertigung von 600 Grundschulflugzeugen GAL Cygnet mit Bugrad bereit gemacht, doch wurden wegen des Kriegsausbruchs nur 10 Flugzeuge fertig gestellt.General Aircraft GAL.42 Cygnet II, Fliegerweb.com Diese wurden ihrerseits speziell als Trainer für Piloten der Douglas A-20 Boston verwendet, einem Bomber mit Bugrad, der im Frühjahr 1938 erstmals geflogen war und der von Frankreich im März 1939 in hundert Exemplaren bestellt wurde.Air Force History Branch: Aircraft of The Royal Australian Air Force, Big Sky Publishing, 2021, ISBN 978-1-922488-04-6, S. 148

Die Bugrad-Konfiguration hat sich seither durchgesetzt und stellt die heute gebräuchliche Lösung sowohl im militärischen wie im zivilen Bereich dar.

Bugrad mini|hochkant|Bugfahrwerk einer Boeing 737-800mini|Seitlich versetztes Bugrad einer Fairchild-Republic A-10mini|Hawker Siddeley Trident 3B, gut zu erkennen ist das außermittige Bugfahrwerk

Das Bugrad ist Teil der Fahrwerksanlage eines Flugzeugs. Es befindet sich im vorderen Teil der Maschine, dem Bug, daher stammt der Name.

Das Bugrad trägt im Gegensatz zum Hauptfahrwerk während des Stehens und Rollens am Boden nur einen relativ geringen Teil des Flugzeuggewichts. Die relativ schwache Auslegung des Bugrades kann bei unsachgemäßen Landungen zum Bruch führen, sodass die Flugzeugnase die Landebahn berührt. Bei einmotorigen Propellerflugzeugen, die ihren Propeller meist vorne haben, kommt es dann zu dessen Zerstörung – oft auch des Motors.

Bei Verkehrsflugzeugen, die an Flughäfen Parkpositionen mit Fluggastbrücken oder nur in einer Richtung nutzbare Vorfeldpositionen benutzen, wird die Schleppstange des Flugzeugschleppers, der das Flugzeug nach dem Beladen zurückschiebt, am Bugrad angekoppelt, bei neueren Schleppern wird sogar das gesamte Bugfahrwerk umschlossen und angehoben.

Kampfflugzeuge, die auf Flugzeugträgern starten und landen, brauchen ein sehr stabiles Bugrad: es muss bei modernen Konstruktionen (bsp. bei der F-18 Hornet und der Dassault Rafale) die Kräfte des Startkatapults aufnehmen und bei der Landung mit sehr hoher Sinkgeschwindigkeit starke Stoßbelastungen aushalten und abfedern.

Nur bei wenigen Flugzeugtypen ist auch das Bugrad mit Bremsen versehen, so z. B. bei Varianten der Boeing 727 und der Fokker F28.

Im Allgemeinen ist das Bugfahrwerk mittig zum Flugzeugrumpf positioniert. Eine Ausnahme ist das Bugrad des Erdkampfflugzeugs Fairchild-Republic A-10: es ist seitlich deutlich nach rechts versetzt, weil links leicht außermittig im Bug die Bordkanone GAU-8/A Avenger inklusive Munitionszufuhr installiert ist. Auch das Bugrad des Verkehrsflugzeugs Hawker Siddeley Trident ist versetzt, es fährt seitlich ein.

Hauptfahrwerk mini|Hauptfahrwerk des Airbus A380