Navigation

[NAV01] Allgemeine Grundlagen der Navigation

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[NAV02] Grundlagen der Navigationsverfahren

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Dieses Modul aus der Kategorie: Navigation behandelt die Grundlagen der Navigationsverfahren.

Grundlagen der Sichtnavigation

Grundlagen

Unter Sichtnavigation versteht man das Navigieren in räumlicher Umgebung unter Sichtwetterbedingungen an visuellen Referenzen mit kartographierten Vergleichsmaterial. Um überhaupt nach Sicht zu navigieren, müssen ein paar Voraussetzungen erfüllt sein. Diese lassen sich zusammenfassen in die Sichtflugmindestbedingungen.

Dazu zählen: - Sichten - Hauptwolkenuntergrenze - Abstand zu den Wolken - Wettererscheinungen

Diese variieren von Luftraum zu Luftraum.

Des Weiteren ist bei der Sichtnavigation darauf zu achten, dass man nicht nur nach draußen schaut um sich zu orientieren, sondern auch, um den Luftraum zu beobachten. Sollte ein Flugzeug auftauchen, muss nach den Ausweichregeln verfahren werden.

Sichtflugpunkte

Sichtflugpunkte sind geographische Stellen in der Landschaft, die sich stark von dem umliegenden Territorium abgrenzen. Dazu zählen Straßen, Flüsse, Seen, Berge, Landschaftszüge, Wälder, Fabriken und viele mehr. Dabei unterscheidet man zwei Hauptgruppen. Einmal die wirklichen Punkte die nur an einer Stelle existieren und Strecken die einen Verlauf aufweisen.

        © openflightmaps.org

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Navigation

Bei der Navigation nach Sicht ist es erstmal wichtig, dass die in den Grundlagen genannten Punkte erfüllt sind. Für die praktische Ausführung werden dann zwei Methoden unterschieden. Zum einen gibt es das Navigieren entlang des direkten Kurses. Hier versucht man entlang des direkten Vektors anhand von einzelnen Punkten oder Strecken, die man auch teilweise offset nutzt, also neben diesen navigiert. Dabei ist die erste Methode zwar schnell, aber nicht so sicher, da man nicht ständig auf einen sicheren Punkt oder eine Strecke fixiert ist. Eine weitere Methode wäre das Navigieren entlang einer Strecke. Hier fliegt man rechts, wie im Straßenverkehr, entlang dieser Strecke und bestimmt seine Position anhand von einzelnen Merkmalen an der Strecke. Das Verlieren der Strecke ist somit sehr unwahrscheinlich und damit ist diese Methode auch sicherer. Allerdings ist diese Methode, je nach Beschaffenheit der Strecke, auch länger und ineffizienter. Somit muss man von Strecke zu Strecke abwägen, wann es Sinn macht, welche Methode zu nutzen. Dabei darf die Sicherheit nie beeinträchtigt werden. Ein Problem, welches das Navigieren generell beeinträchtigt, ist der Wind. Durch extreme Seitenwinde kann ein Flugzeug abgetrieben werden und beim Navigieren zu einem Punkt entsteht eine Kurve, auch als Hundekurve bezeichnet, die den Weg deutlich länger macht. Um sich davor zu schützen, kann man einen zweiten geographischen Punkt zur Hilfe ziehen, der hinter dem ersten liegt, um einer geraden Linie zu folgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin aus dem Fenster zu schauen, wie die Bewegung über dem Grund ist und seinen Vorhaltewinkel anzupassen.

PTD-NAV01-6.png

© openflightmaps.org

Wenn wir dann zur Streckenplanung kommen wird diese nach vier Punkten durchgeführt:

  1. Strecke planen
  2. Route berechnen
  3. Platzinformationen
  4. Fluginformationen

Weiter sollte die Vorbereitung mindestens folgende Informationen enthalten:

Rufzeichen
Startflughafen,
Zielflughafen,
Ausweichflughafen
Name
ICAO-Code
Frequenz
Rufzeichen
Platzrundenrichtung
Platzrundenhöhe
Pistenbeschaffenheit
Pistenlänge/Ausrichtung
FIS Frequenz/Gebiet/Bemerkung
Route
Routeninformation Auffanglinie
Entfernung DCT
TRUE
True Heading TC
Variation TH
Deviation CH
Wetter:
Startflughafen,
Zielflughafen,
Ausweichflughafen
QNH
Windrichtung
Windstärke
Sichtweite
Wolken
Trend
Flughöhe
Geschwindigkeit IAS, TAS, GS
Flugzeit
GAFOR Durchschnittliche Windrichtung
Durchschnittliche Wingeschwindigkeit
Temperatur
Treibstoffverbrauch
Extra Treibstoff
Treibstoff

Auffanglinie

Die Auffanglinie ist eine Sicherheitsfunktion beim Fliegen, die unerlässlich ist. Sie schützt den Pilot vor Fehlern und deren Folgen. Deshalb gehört sie in jede Flugplanung dazu. Sie stellt extrem markante Punkte oder Strecken abseits der Strecke dar, die einen Piloten darauf aufmerksam machen, dass er sich verflogen hat und geben einen neuen Start zur Orientierung. Beispielsweise wenn ich zu einem Flughafen an der Ostsee aus Richtung Süden fliege und an der Küste bin weiß ich das ich den Flughafen hätte schon längst sehen müssen und kann dann an der Küste weiterfliegen um mich neu zu orientieren. Die Ostsee ist dabei unübersehbar und die Küstenformationen markant.

Verhalten in besonderen Fällen

Jeden Piloten kann es passieren, dass eine unerwartete Situation auftritt, auf die er nicht vorbereitet ist. Dafür hat die Luftfahrt zum Glück genug Backups, damit es zu keinen Unfällen kommt.

Orientierungsverlust Falls man während der Navigation die Orientierung verliert ist es wichtig, erstmal die Ruhe zu bewahren. Im nächsten Schritt fliegt man idealerweise zu seiner Auffanglinie. Falls diese nicht auffindbar ist versucht man eine Radarlotsen zu erreichen. Dabei ist es ganz egal welcher, Hauptsache er ist in der Nähe. Es ist auch nicht schlimm dies zu tun, auch kein Anfängerfehler, das ist Professionalität, da der Orientierungsverlust eine Dringlichkeitsmeldung ist. In der Realität steht neben den normalen Frequenzen auch die Notfallfrequenz 121.500 zur Verfügung.

Schlechtes Wetter Für das Fliegen auf Sicht müssen die Sichtflugmindestbedingungen erfüllt sein. Bei schlechtem Wetter kann es passieren, dass dies nicht mehr gegeben ist und der Rückweg auch von einer Wolkenfront versperrt wird. In einer solchen Situation ist unverzüglich eine Sicherheitsaußenlandung durchzuführen, sofern das möglich ist. Ansonsten kann weitere Hilfe auch wieder durch Radarlotsen in Anspruch genommen werden.

Grundlagen der Koppelnavigation

Definition

Koppelnavigation bezeichnet ein Navigationsverfahren unter Sichtflugbedingungen, welches mit Kurs α und Geschwindigkeit v eine ungefähre Position errechnet. Dabei ist zu beachten, dass man wirklich VMC ist, da es sich um ein reines VFR Verfahren handelt. Weiter muss das Flugzeug mit entsprechend genauen Instrumenten ausgestattet sein, um auf der Strecke keine zu hohen Abweichungen zu erzeugen. Die Strecke sollte schon in der Flugplanung festgelegt und ausgerechnet werden. Außerdem sollte hier ein besonderes Augenmerk auf die Auffanglinie gelegt werden, um die nötige Sicherheit zu garantieren.

Anwendung

Von der Flugplanung kennen wir den Kurs den wir auf der Strecke fliegen wollen, sowie die Geschwindigkeit über Grund an dieser Stelle. Nun müssen wir folgende Überlegung anstellen: Wenn ich eine bestimmte Zeit eine bestimmte Geschwindigkeit fliege, lege ich einen bestimmten Weg zurück oder anders herum, wenn ich weiß wie lange die gesamte Strecke ist, kann ich die Zeit errechnen, die für diese Strecke benötigt wird. Die Berechnung erfolgt nach dem Weg-Zeit-Gesetz. Dabei gilt: v=s/t. Die Formel kann dann beliebig umgestellt werden. Ein Problem, was sich bei dieser Methode auftut, ist der Wind der nur teilweise mit einberechnet werden kann, sowie die Ungenauigkeiten der Instrumente. Somit kann es zu leichten Abweichungen des Endpunktes kommen und das endgültige Navigieren zu einem Sichtflugpunkt bleibt unerlässlich.PTD-NAV01-7.png

Als Erstes wird der Vektor TC mit dem Winkel zwischen Dep und Arr gezeichnet, wobei beide Punkte nicht auf der Geraden markiert werden. Nun wird der Punkt Arr festgelegt und von diesem Winkel des Windes ein weiterer Vektor gezeichnet. Dieser ist solang wie die Windgeschwindigkeit ist. Dabei kann man das Größenverhältnis zwischen kt und cm auf dem Blatt frei wählen, es muss nur im gesamten Schema konstant bleiben. (Beispiel: 10kt = 1cm) Aus der Windgeschwindigkeit ergibt sich dann auf dem Vektor des Windes der Punkt W. Von diesem wird nun mit einem Zirkel, der auf die Länge der Geschwindigkeit eingestellt ist, der Punkt Dep auf dem Vektor TC abgetragen. Alle weiteren Werte können danach einfach mit einem Geodreieck abgelesen werden.

Anwendungsbereiche

Hauptsächlich wird diese Methode genutzt, wenn die Sichtnavigation in dem Moment nicht möglich ist. Dies kann z.B. direkt nach dem Start sein, wo man einen hohen Anstellwinkel hat und so die Sicht nach draußen eingeschränkt ist. Die Methode wird außerdem gebraucht, falls keine Sichtflugpunkte vorhanden sind. Ein Klassiker ist da eine Meeresüberquerung.

Grundlagen der Funknavigation

Auch als VFR-Pilot ist es gut die Grundlagen der Funknavigation zu beherrschen, dies kann in gewissen Situationen das Navigieren erleichtern. Es ist allerdings wichtig zu verstehen, dass man als Pilot beim Fliegen nach Sichtflugregeln (VFR) auch bei verwendung von Hilfsmitteln, wie der Funknavigation, nicht von der Pflicht befreit ist nach Sicht zu fliegen.

NDB

Der NDB, oder Non-directional Beacon, ist ein sehr altes Navigationsmittel, welches auf dem Frequenzband 190 bis 1750 kHz sendet. Die grundlegende Funktionsweise ist, dass der NDB ein Signal in alle Richtungen aussendet, um von einem Flieger erfasst zu werden. Dies passiert mit den sogenannten ADF (Automatic Direction finder), welcher aus zwei Antennen besteht und damit die Richtung, aus welcher das Signal kommt, erfasst und dem Piloten mit Hilfe eines RBIs oder RMIs anzeigt.

Ein RBI (Radio Bearing Indicator) ist das ältere Instrument, bei welchem man den Steuerkurs selber einstellen muss.PTD-NAV01-18.png

© faa.gov

Ein RMI (Radio Magnetic Indicator) zeigt ebenfalls den Steuerkurs an, und man kann dadurch den Kurs, aus welchem das Signal kommt feststellen. Der RMI ist zeigt auch meistens Informationen zu einem VOR an (in diesem Bild die gelbe Nadel) und bei einem Glass Cockpit auch GPS-Wegpunkte.

PTD-NAV01-17.png

© faa.gov

VOR

Ein VHF (very high frequency) Omnidirectional Radio Range, kurz VOR (dt. Drehfunkfeuer) ist ein flugnavigatorisches Funkfeuer. Ein Flugzeug kann damit die Richtung zur bzw. von der Station (Radial) bestimmen. VORs senden im Frequenzband 108,00 bis 117,95 MHz, wobei bestimmte Frequenzen des Bandes für ILS-Sender freigehalten werden.

Funktionsweise

Durch ein Impulssignal und ein separates, umlaufendes Signal kann vom Luftfahrzeug durch Laufzeitmessung die Richtung zur Station (zum VOR) bestimmt werden. Je nachdem, wie lange der zeitliche Abstand zwischen dem jeweiligen Empfang der beiden Signale ist, wird dadurch das Radial festgelegt, auf dem sich das Luftfahrzeug befindet.

Ein gemessenes Umlaufsignal nach der Hälfte der Zeit zwischen den Rund-Impulssignalen ergibt damit das Radial 180 (R180), also südlich (180°) des Funkfeuers. VORs sind üblicherweise missweisend (also magnetisch Nord) ausgerichtet.

Ein allein stehendes VOR übermittelt somit lediglich Richtungsangaben, keine Entfernungen! Für eine Positionsbestimmung ist ein zweites Funkfeuer (Kreuzpeilung) oder ein mit dem VOR gekoppeltes DME erforderlich.

PTD-NAV01-19.gif

© by Wikipedia user Orion 8, CC-BY-SA 3.0

Grundsätzlich fliegt man ein Radial wie einen Localizer in einem Anscheidewinkel an, um sich an ihm auszurichten. In der Regel benutzen Piloten dafür sogar die selben Instrumente. Meist kommt der Course Deviation Indicator (CDI) oder ein Horizontal Situation Indicator (HSI) zum Einsatz, der entweder separat als Instrument oder (in Glascockpits) in das Navigationsdisplay (ND) integriert vorhanden ist.

Radiale zeigen immer von der Station (VOR) weg, d.h. für einen Kurs zur Station muss der Pilot den Gegenkurs des Radials einschlagen (z.B. HDG 360° auf dem R180 des VORs).


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© Wessmann.clp, 09.08.2005

HIER gibt es eine Hompage zur Veranschaulichung und zum üben von NDB/VOR Navigation.

DME

ILS

Grundlagen der Satellitennavigation

GNSS

Global Navigation Satellite System.
Satellitengestützte Navigation, ein modernes Verfahren, dass alle Flugphasen unterstützt, welches erst im letzten Jahrhundert entdeckt wurde. GNSS ist das erste Verfahren das alle Flugphasen, vom Start bis zur Landung abdeckt. Es ist ein Verfahren welches aus vier Kernsatellitenkonstellationen besteht.

Name Land Jahr Anzahl der Satelliten
NAVSTAR GPS USA 1995 24
GLONASS Russland 2011 24
GALLILEO Europa 2020 30
COMPASS China 2020 Bis zu 35

Alle Systeme funktionieren unabhängig voneinander.

Grundsätzliche Funktionsweise

Satellit sendet ein Taktsignal und Datenpaket.
- Empfänger, in unserem Fall das Flugzeug, liest dieses aus und berechnet, zu dem sichtbaren Satellit, seine Position im Raum.
- Der Empfänger besteht aus einer Antenne und Prozessor, der alle vier notwendigen Dimensionen ausrechnet.
Für Zeit, Höhe, Länge und Breite benötigt er das Signal von mindestens vier Satelliten. Die Genauigkeit ist dabei Abhängig von der Genauigkeit der Messung und der relativen Position (Geometrie) der sendenden Satelliten. Grundsätzlich lässt sich so die Position eines Flugzeuges bestimmen, jedoch genügt dies nicht der Luftfahrt zur Überwachung des Systems.
Es ist notwendig eines der Überwachungssysteme an Bord zu haben:
- ABAS aircraft-based augmentation system
- GBAS ground-based augmentation system
- SBAS satellite-based augmentation system

Grenzen des GNSS

Die Welt ist im Umbau von herkömmlichen NAVAIDs zu modernen, günstigeren GNSS Methoden. Dabei müssen Staaten bestimmte Punkte beachten um die Sicherheit nicht zu gefährden:
- Der Staat muss sicherstellen das immer genug Satelliten zu Verfügung stehen oder NAVAIDs als Backup haben. Es bietet sich an die Performance von GNSS durch GBAS und SBAS zu unterstützen in kritischen Regionen
- Interferenzen müssen ausgeschlossen werden
- Zum sicheren navigieren mit GNSS muss eine Datenintegrität gewährleistet werden

Anwendung in der General Aviation

In kleineren Maschinen, die Satellitennavigation unterstützen kommen hauptsächlich zwei Trägersysteme zum Einsatz, das G1000 und GTN750. Beide Systeme können sowohl für VFR als auch IFR genutzt werden. Dies ist für VFR Flieger aber keine Entbindung von jeglichen anderen Verpflichtungen, das Fliegen nach Sicht.

G1000

[NAV03] Detailliertere Betrachtung der Funk- und Satellitennavigation

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[NAV04] Sichtnavigation und Koppelnavigation

Das Modul Sichtnavigation und Koppelnavigation beschäftigt sich vor allem mit der praktischen Durchführung eines Fluges nach diesen Regeln. Dabei wird, auch im kurzen theoretischen Teil, intensiv auf die effiziente und sichere Anwendung beider Methoden eingegangen.

Duale Nutzung von Sicht- und Koppelnavigation

Neben der einzelnen Absicherung der einzelnen Methoden bietet die Kombination aus beiden eine smarte Lösung im Gesamtprodukt. Wenn man beispielsweise an einem Fluss entlang fliegt, kann man über die Anordnung von geographischen Merkmalen herausfinden, in welche Richtung man dem Verlauf des Flusses folgt. Einfacher und schneller ist da natürlich der Blick auf den Kurskreisel. Somit kommt die duale Nutzung bevorzugt in zwei Situationen zum Einsatz:

Abflug

Nach dem Start steigt man in der Platzrunde auf die veröffentlichte Platzrundenhöhe und nach dem Verlassen der Platzrunde weiter auf die geplante Reiseflughöhe. Dabei ist aufgrund des Anstellwinkels die Sicht nach draußen eingeschränkt. Hier bietet es sich an, besonders für die erste, steilste Steigphase, den Streckenflug über einen Kurs aufzunehmen. Danach kann man sich über die geographischen Gegebenheiten orientieren und den Reiseflug einleiten.

Streckenflug

Im Streckenflug kann die duale Nutzung beim direkten Fliegen helfen, die zur Orientierung fehlenden geographischen Objekte zu überbrücken.
Beim direkten Fliegen kann man dabei neben dem Anpeilen von geographischen Objekten auch den Kurs zu Hilfe nehmen, um den kürzesten Weg mit erhöhter Sicherheit zu nutzen.
Falls kurzzeitig, wie bei einer Wasserüberquerung, keine Orientierungspunkte vorhanden sind, kann man ebenfalls einem bestimmten Kurs folgen, um den nächsten Sichtflugpunkt zu erreichen.
Zur geographischen Orientierung zählen Beispiele wie im Eingangstext beschrieben. Hier geht es vorzugsweise darum, die Sichtnavigation zu erleichtern und zu sichern.
Abschließend lässt sich zur dualen Nutzung während des Reisefluges sagen, dass beide Methoden zusammen die Effizienz und Sicherheit erhöhen, da sie gegenseitige Schwächen ausgleichen.

Streckenverfolgung

Während eines Fluges nach Sichtflugregeln ist eine ständige und sichere Bestimmung der Position unerlässlich. Daher nutzt man die Methode der Streckenverfolgung. Dies bedeutet, dass man ständig seinen aktuellen Standort, der über Sicht- oder Koppelnavigation ermittelt wurde, auf der Karte markiert, zum Beispiel mit dem Finger oder anderweitig. So kann sichergestellt werden, dass der aktuelle Standort zu jeder Zeit abrufbar ist.

Vorwort praktischer Flug

Im praktischen Flug wird eine Strecke absolviert, die sich in mehreren Teilen mit der unterschiedlichen Nutzung der Methoden befasst.
Zu Beachten ist:

Hinweis:
Bitte haltet die Richtlinien für das Sichtflugtraining ein. Es wird euch kein Trainer während eines Trainings darauf hinweisen oder zurechtweisen. Bei der Prüfung wird euch allerdings ein Prüfer zuschauen!

Streckeninfo

Diese ist vor dem Start anzuschauen und bereitzustellen.
Strecke Alpha
Strecke Bravo
Strecke Charlie
Strecke Delta

Empfohlene Addons

Um die Navigation nach Sichtmerkmalen zu erleichtern, empfehlen wir euch nach Möglichkeit eine für den von euch genutzten Simulator geeignete Szenerie zu installieren, welche nützliche Objekte (z.B. Funkmasten, Kraftwerke, Windräder, Photovoltaikanlagen) aus der Sichtflugkarte am korrekten Ort in der Landschaft platziert.

Die folgenden kostenlosen Szenerien (Liste unvollständig) eignen sich für die Sichtfliegerei:

[NAV05] Funk- und Satellitennavigation

Das Modul Funk- und Satellitennavigation beschäftigt sich vor allem mit der praktischen Durchführung eines Fluges nach diesen Methoden. Dabei wird, auch im kurzen theoretischen Teil, darauf eingegangen, wie man die Navigationsmittel grundlegend nutzt. 

Nutzung von Funk- und Satellitennavigation unter Sichtflugregeln (VFR)

Grundlegende Kenntnisse über die Nutzung von Funk- und Satellitennavigation haben auch für einen "reinen VFRler" einige Vorteile. Zum Beispiel ermöglicht es, gerade bei längeren Strecken, eine direktere und genauere Navigation. Ebenfalls gibt es gebiete, in welchen es nur sehr schwer bis fast unmöglich ist, rein nach Sicht zu navigieren (unbewohntes Gebiet, große Seen etc.), gerade hier bietet die Funk- und Satellitennavigation eine einfachere, und vor allem sicherere Alternative zur Koppelnavigation.

Ausserdem kann man mit Hilfe von NDBs, VORs, DMEs und GNSS-Wegpunkten im falle eines Orientierungsverlustes seine Position bestimmen. 

Zu beachten ist, dass das fliegen nach Funk- oder Satellitennavigation unter VFR dem Piloten nie der Pflicht des Fliegens nach Sicht entbindet.

Vorwort Praktischer Flug

Zur Vorbereitung zum Flug gibt es HIER eine Homepage zum üben von NDB/VOR Navigation.

Streckeninfo

Diese ist vor dem Start anzuschauen und bereitzustellen.

Leipzig-Altenburg (EDAC)

Schwerin-Parchim (EDOP)

Siegerland (EDGS)

Schwäbisch Hall (EDTY)

[NAV06] IFR Navigation

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