Die Fluggeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges .

Bei der Messung und Angabe einer Fluggeschwindigkeit (siehe Fahrtmesser ) mussen zwei wichtige Bezugssysteme unterschieden werden:

Geschwindigkeit relativ zur Luft (Fahrt, Airspeed)

Durch Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zur Luft entsteht die Luftstromung an Steuer- und Tragflachen. Sie entscheidet daher uber das aerodynamische Verhalten des Luftfahrzeugs (Auftriebserzeugung und Manovrierfahigkeit). Sie wird an der Außenseite des Luftfahrzeugs gemessen und auf dem Fahrtmesser im Cockpit angezeigt. Die Airspeed ist die aerodynamisch wichtige Geschwindigkeit. Ihre Messung unterliegt einigen Storeinflussen, je nach Korrekturgrad werden mehrere ?Arten“ der Airspeed unterschieden.

Geschwindigkeit relativ zum Boden (Groundspeed)

Die Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zum Boden entscheidet daruber, wann einzelne Wegpunkte der Flugstrecke und letztlich das Flugziel erreicht werden. Von der Airspeed unterscheidet sie sich vor allem um den Windeinfluss. Sie kann aus der Airspeed errechnet oder auch uber ein Navigationssystem ermittelt werden. Die Groundspeed ist die navigatorisch wichtige Geschwindigkeit. Sie kann bei starkem Ruckenwind erheblich hoher und bei starkem Gegenwind erheblich niedriger liegen als die Airspeed.

Gemessen wird die Geschwindigkeit mit dem Pitotrohr , im deutschen Sprachgebiet eigentlich Prandtlsonde oder Prandtl’sches Staurohr genannt. Es misst direkt den Druckunterschied zwischen dem statischen Druck der Luft, die das Flugzeug umstromt, und dem Gesamtdruck aus statischem Druck und dynamischem Druck bzw. Staudruck . Aus diesem Druckunterschied wird die angezeigte Fluggeschwindigkeit (IAS) abgeleitet.

Prinzipiell ist die Messung mit dem Pitotrohr in genau gleichem Maße von der (nach oben abnehmenden) Luftdichte abhangig wie auch der Auftrieb an den Tragflachen, so dass der Einfluss der Luftdichte automatisch berucksichtigt wird. Damit bietet das Messverfahren eine gute Grundlage fur die Beurteilung der Flugleistung.

In den Anfangen der Fliegerei wurde bei langsamen Flugzeugen versucht, ein Flugelrad zur Messung der Geschwindigkeit zu verwenden.

Die Messung durch das Pitotrohr enthalt noch eine Reihe von Storeinflussen. Daher werden mehrere Korrekturstufen vorgenommen. Manche dieser Storeinflusse treten erst bei großen Geschwindigkeiten oder großen Flughohen nennenswert in Erscheinung, konnen in der Hobbyfliegerei deshalb vernachlassigt werden, sind fur die Verkehrsfliegerei jedoch wichtig.

Die Zwischenergebnisse der jeweiligen Korrekturstufen tragen jeweils eine eigene Bezeichnung:

Die Unkorrigierte Eigengeschwindigkeit (auch Gerategeschwindigkeit oder Angezeigte Fluggeschwindigkeit ; engl. indicated airspeed , IAS ) ist die Geschwindigkeit eines Flugzeugs relativ zur umgebenden Luftmasse, die sich direkt aus der gemessenen Druckdifferenz ergibt.

Die IAS hat nur fur Kleinflugzeuge Bedeutung, da bei großeren Flugzeugen direkt die CAS angezeigt wird.

Die IAS ist proportional zur Quadratwurzel aus dem Quotienten von dynamischem Druck (Gesamtdruck minus statischer Druck) und Luftdichte . In großer Hohe ist also die IAS bei gleicher Geschwindigkeit relativ zur Luft kleiner. Da alle auf das Flugzeug wirkenden Luftkrafte ( Auftrieb und Widerstand ) ebenfalls von der Luftdichte abhangig sind, haben die charakteristischen Geschwindigkeiten ( Uberziehgeschwindigkeit V ₀ , Manovergeschwindigkeit V _A ) konstante IAS-Werte, unabhangig von Flughohe und Luftdruck . Die zulassige Hochstgeschwindigkeit V _NE dagegen sinkt mit der Hohe, da sie meist vom Flattern bedingt ist, welches mit abnehmender Dampfung durch die Luft starker wird.

Bei der Berichtigten Fluggeschwindigkeit (engl. calibrated airspeed , CAS ) sind die sogenannten statischen Fehler korrigiert, jedoch noch nicht die dynamischen Fehler .

Die Luftverdrangung durch den Flugzeugrumpf erzeugt eine Druckwelle, ahnlich der Bugwelle eines Schiffes. Diese Druckwelle fuhrt zu einer Verfalschung des Messergebnisses, die vom Flugzeugmuster und vom Einbauort des Pitotrohres abhangt. Man spricht hier auch vom Instrumenten- und Einbaufehler (engl. static source error ).

Sofern die Messskala nicht fur das spezielle Flugzeugmuster kalibriert wurde, wird der angezeigte Wert anhand einer Tabelle oder einer im technischen Handbuch eines Flugzeugmusters angegebenen Rechenformel korrigiert. Bei Kleinflugzeugen und ihren geringen Geschwindigkeiten bleibt der Fehler ublicherweise so unbedeutend, dass er vernachlassigt werden kann.

Die Aquivalente Fluggeschwindigkeit (engl. equivalent airspeed , EAS ) korrigiert zusatzlich den Fehler aufgrund der Kompressibilitat der Luft.

Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt ein weiterer Staurohr-Messfehler erheblich zu: Die Kompression der Luft.
Dadurch, dass die Luft vor dem Staurohr komprimiert wird, sieht das Staurohr eine hohere Luftdichte, als sie tatsachlich ist. Da der Fehler mit der Geschwindigkeit zunachst nur langsam zunimmt, variieren die Angaben, ab welcher Geschwindigkeit der Fehler berucksichtigt werden muss, erheblich, im Bereich von 100 bis uber 250 Knoten.

Fur Start und Landung spielt diese Korrektur eine eher geringe Rolle, da die Geschwindigkeiten dabei geringer sind.

Bei mittleren bis hoheren Geschwindigkeiten ist diese Geschwindigkeit aber von wesentlicher Bedeutung, da von ihr die Luftkrafte am Flugzeug abhangen (wichtig fur eine stabile Fluglage ). Man konnte sagen: Die EAS ist die Geschwindigkeit, die das Flugzeug ?fuhlt“.

Allerdings: Nahert sich die Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit, tritt stattdessen die Machzahl in den Vordergrund (siehe Abschnitt unten ).

Die Aquivalente Geschwindigkeit ist eine fiktive Geschwindigkeit, die uber die aerodynamischen Verhaltnisse Auskunft gibt. Bei gleicher Aquivalenter Geschwindigkeit erzeugt ein Luftfahrzeug stets denselben Auftrieb, unabhangig von der Dichte der umgebenden Luft. In Meereshohe in der Standardatmosphare entspricht die Aquivalente Geschwindigkeit der Wahren Geschwindigkeit . Je dunner die Luft ist, umso hoher muss die Wahre Geschwindigkeit (TAS) sein, um die gleiche Aquivalente Geschwindigkeit, also die gleiche aerodynamische Wirkung zu erreichen. Die Aquivalente Geschwindigkeit lasst aber nicht nur Aussagen uber den Auftrieb zu, sondern genauso auch uber andere Krafte und Großen, beispielsweise Krafte, die auf die Lande- und Steuerklappen wirken, oder wie viel Reibungshitze erzeugt wird und ahnliches.

Fur Kleinflugzeuge stimmt die EAS wegen der geringen Geschwindigkeiten und Flughohen noch in ausreichender Naherung mit CAS oder sogar IAS uberein und muss nicht eigens ermittelt werden.

Die Wahre Fluggeschwindigkeit (engl. true airspeed , TAS ) ist die tatsachliche Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zur umgebenden Luft. In der Standardatmosphare in Meereshohe und unterhalb 100 Knoten sind TAS und IAS fast gleich. Nimmt die Luftdichte ab (mit steigender Flughohe oder Temperatur) oder die Fahrt zu (steigende Kompression), so ist die IAS niedriger als die TAS .

Die Berechnung der TAS erfolgt aus der EAS, indem auch noch die Luftdichte in die Berechnung einbezogen wird. Sie lasst sich aus Luftdruck und Temperatur abschatzen und sagt aus, wie viel ?Angriffsmasse“ einer Tragflache zur Verfugung steht und wie viel Masse gegen die Sensoren im Pitot-System stromt. Die Dichte der Luft darf dabei nicht mit ihrem Druck verwechselt werden: Warmere Luft hat bei gleichem Druck eine geringere Dichte als kaltere.

Fur Verkehrsflugzeuge, die von Startbahn bis Gipfelhohe einen großen Bereich unterschiedlicher Luftdichten und Geschwindigkeiten uberstreichen, ist diese Korrektur sehr komplex zu berechnen, da zusatzlich berucksichtigt werden muss, dass durch die Kompression der Luft diese sich auch erwarmt. Die gemessenen Temperaturen mussen entsprechend korrigiert werden.

Praktisch wird die TAS aus der CAS errechnet, so dass zwei Rechenschritte zusammengefasst werden (CAS → EAS → TAS). Fur hohe Geschwindigkeiten ist die Berechnung recht aufwandig. Sofern die Berechnung der TAS nicht durch eine computerunterstutzte Anzeige erfolgt, kann man sie in einer iterativen Berechnung mit Hilfe eines Flight Calculators vornehmen (Rechenscheibe ahnlich einem Rechenschieber, mit zusatzlichen Hilfsskalen und Tabellen).

Fur Kleinflugzeuge und ihren Einsatzbereich konnen wiederum vereinfachte Formeln herangezogen werden bzw. vereinfachte Anzeigeinstrumente eingesetzt werden, bei denen zum Beispiel die TAS ermittelt wird, indem der Skalenring verdreht wird und dabei die sogenannte Druckhohe mit der Außentemperatur zur Deckung gebracht wird (siehe Abbildung von einem Fahrtmesser ganz oben). Fur große Flughohen und hohe Geschwindigkeiten dagegen waren solche Instrumente vollig ungeeignet.

Fur Piloten von Kleinflugzeugen gilt in erster Naherung folgende Faustformel :

In Kleinflugzeugen ist die TAS um ca. 2 Prozent pro 1000 ft AMSL Flughohe hoher als die CAS bzw. IAS.

Beispielsweise ist in einer Flughohe von 5000 ft bei einer IAS-Anzeige von 100 kt und einer ahnlichen CAS die TAS 5 * 2 % = 10 % hoher, also 110 kt TAS.

Im Prinzip gilt die folgende Abhangigkeit:

${\displaystyle V_{\mathrm {TAS} }=V_{\mathrm {EAS} }\cdot {\sqrt {\frac {\rho _{\mathrm {INA} }}{\rho _{\mathrm {real} }}}}}$

mit:

${\displaystyle \rho _{\mathrm {INA} }=1{,}225\,{\frac {\mathrm {kg} }{\mathrm {m^{3}} }}}$	: Luftdichte der ICAO-Standardatmosphare
${\displaystyle \rho _{\mathrm {real} }}$	: Luftdichte in gegenwartiger Hohe

Allerdings hilft diese Formel in der Praxis nur bedingt weiter, da die Luftdichte nicht direkt gemessen werden kann, sondern aus Luftdruck und Temperatur abgeschatzt werden muss.

Die Mach-Zahl ist das Verhaltnis der TAS zur Schallgeschwindigkeit bei gegenwartiger Lufttemperatur.

Bei hohen Geschwindigkeiten wird statt der TAS haufig die Mach-Zahl angegeben. Das hat seinen Grund darin, dass insbesondere in den Bereichen Flugzeugnase und auf der Oberseite der Tragflachen (insbesondere an der Tragflachenvorderkante und dem Ubergang von der Tragflache in den Rumpf) Stromungsgeschwindigkeiten auftreten, die deutlich uber der Fluggeschwindigkeit liegen. Folglich treten also schon deutlich unterhalb der Schallgeschwindigkeit am Flugzeug Stromungsgeschwindigkeiten im Uberschallbereich auf. Da die Belastungen im Bereich der Schallgeschwindigkeit fast sprunghaft zunehmen, ist die Hochstgeschwindigkeit keine absolute Große, sondern ein Verhaltnis zur Schallgeschwindigkeit. Da die Schallgeschwindigkeit mit sinkenden Temperaturen abnimmt, nimmt auch die Hochstgeschwindigkeit (TAS) mit der Temperatur ab, so dass die Mach-Zahl angibt, wie stark man sich der Hochstgeschwindigkeit annahert. Auch die Mach-Zahl ist also ungeeignet fur die Flugplanung, sondern dient der aerodynamischen Steuerung. Insbesondere ist bei schnell fliegenden Flugzeugen ab etwa Mach 0,75 die Hochstgeschwindigkeit nicht durch die Aquivalente Fluggeschwindigkeit bestimmt, sondern stattdessen durch die Mach-Zahl.

Die Geschwindigkeit uber Grund (engl. ground speed , GS ) bezeichnet die um den Windeinfluss (also die Bewegung der durchflogenen Luftmasse selbst) korrigierte Wahre Fluggeschwindigkeit . Sie stellt die Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges relativ zur Erdoberflache dar. Die Kenntnis der ground speed ist zur Flugplanung wichtig. Nur sie sagt aus, wann einzelne Wegpunkte oder das Flugziel erreicht werden. Vor allem bei Gegen- oder Ruckenwind kann sich die Geschwindigkeit uber Grund ganz erheblich von der im Cockpit angezeigten Airspeed unterscheiden; bei Ruckenwind entspricht die Groundspeed der Summe aus Airspeed und Windgeschwindigkeit. Deshalb werden Jetstreams in Stromungsrichtung zur Flugzeitverkurzung genutzt.

Unter besonderen Umstanden kann eine zu niedrige Groundspeed verbunden mit einer zu hohen Anzeige im Cockpit zu Unfallen, wie dem Flugunfall der Star Dust uber den Anden , fuhren.

Man kann die Geschwindigkeit uber Grund durch Berucksichtigung des Windes mittels Winddreieck auf Grundlage der Meldungen der Flugwetterwarten berechnen, heutzutage aber auch durch moderne Bordsysteme messen (z. B. Tragheitsnavigationssystem , Dopplereffekt , Flugnavigationsfunkdienst ).

Unterstutzend kommen auch Navigationsverfahren wie beispielsweise GPS in Frage. Allerdings ist die alleinige Navigation nach GPS in der zivilen Luftfahrt nicht zulassig, da es unter militarischer Verantwortung und Kontrolle betrieben wird und von keiner anerkannten Organisation der Zivilluftfahrt. Außerdem ist es bei erhohter Sonnenaktivitat storanfallig. Wegen seiner einfachen Nutz- und Verfugbarkeit spielt es jedoch in der nichtgewerblichen Luftfahrt eine wichtige erganzende Rolle.

Ublicherweise werden in der Luftfahrt alle Fluggeschwindigkeiten in Knoten angegeben (1 Knoten = 1 kn = 1 sm/h = 1,852 km/h ^[1] , denn 1 Seemeile sm = 1,852 km). Ausnahmen bilden Russland und die Staaten der GUS . In Segel- und Ultraleichtflugzeugen wird in Deutschland die Fluggeschwindigkeit, abweichend vom internationalen Standard, in km/h gemessen.

In der internationalen zivilen Luftfahrt wird haufig als Einheit ein K (fur Knoten) mit der Art der Geschwindigkeit (IAS/TAS) kombiniert: KIAS ( knots indicated airspeed ) oder KTAS ( knots true airspeed ).

Fur großere Flughohen und Geschwindigkeiten ist die Mach-Zahl (das Verhaltnis zur Schallgeschwindigkeit) von zusatzlichem Nutzen.

Die verschiedenen Geschwindigkeiten werden in nachfolgender Tabelle verglichen. Man beachte, wie trotz abnehmender IAS die Geschwindigkeit uber Grund letztendlich mit zunehmender Hohe steigt.

Flughohe	IAS	TAS	Wind	GS	Mach	Anmerkung
1000 ft (ca. 300 m)	150 kt (278 km/h)	153 kt (283 km/h)	kein Wind	153 kt (283 km/h)		durchschnittliches Verkehrsflugzeug kurz nach dem Start
FL 100 (ca. 3 km)	250 kt (463 km/h)	300 kt (556 km/h)		300 kt (556 km/h)
FL200 (ca. 6 km)	310 kt (574 km/h)	434 kt (803 km/h)		434 kt (803 km/h)
FL360 (ca. 11 km)	280 kt (518 km/h)	480 kt (889 km/h)	20 kt Ruckenwind	500 kt (926 km/h)	0,82	Reiseflug, hohere IAS durch Mach-Zahl begrenzt
			20 kt Gegenwind	460 kt (852 km/h)

Bei kleinen Motorflugzeugen liegt die typische Reisegeschwindigkeit bei ca. 110 kt (200 km/h). Diese kann jedoch je nach Typ und Motorisierung stark variieren. Bei Verkehrsflugzeugen mit Turboprop -Antrieb liegt sie bei bis zu 350 kt (650 km/h). Bei Verkehrsflugzeugen mit Strahlantrieb liegt sie bei rund 80 % bis 85 % der Schallgeschwindigkeit, was ? je nach Temperatur zwischen FL100 und FL360 ? etwa 490 bis 540 kt (ca. 900 bis 1000 km/h) entspricht. Begrenzt wird die Geschwindigkeit durch die Flugzeugstruktur, durch Vorschriften, z. B. unterhalb FL100 (10.000  ft / 3.048 m Flughohe hochstens 250 kt) und spatestens auf Reiseflughohe durch die Mach-Zahl (Annaherung an die ? Schallmauer “). Die Eigengeschwindigkeit eines Segelflugzeugs liegt ca. zwischen 30 und 150 kn (? 50 ? ? 270 km/h). Die IAS/CAS/TAS eines Ballons ist hingegen meistens nahezu Null, da er der Luftstromung (abgesehen von Tragheitseffekten) folgt.

Fur die Fluggeschwindigkeit im Horizontalflug gilt folgende Naherungsformel :

${\displaystyle v_{h}={\sqrt[{3}]{\frac {75\cdot N\cdot 2\cdot g\cdot \eta _{L}}{C_{w}\cdot \rho \cdot A}}}}$

wobei:

• ${\displaystyle v_{h}}$: Horizontalgeschwindigkeit in m/s
• ${\displaystyle N}$: Motorleistung in PS
• ${\displaystyle \eta _{L}}$: Wirkungsgrad Luftschraube
• ${\displaystyle C_{w}}$: Luftwiderstandsbeiwert Flugzeug
• ${\displaystyle g}$: Erdbeschleunigung 9,81 m/s²
• ${\displaystyle \rho }$: Luftdichte in kg/m³
• ${\displaystyle A}$: Flugelflache in m²

Z. B. Welche Reisegeschwindigkeit hat ein Kleinmotorflugzeug mit N = 100 PS; η _L = 0,8; ρ = 1,2 kg/m³; C _w = 0,06; A = 15 m² in niedriger Flughohe?

${\displaystyle v_{h}={\sqrt[{3}]{\frac {75\cdot 100\cdot 2\cdot 9{,}81\cdot 0{,}8}{0{,}06\cdot 1{,}2\cdot 15}}}=48\,\mathrm {m/s} =173\,\mathrm {km/h} }$

• K. J. Lush: Standardization of Take-Off Performance Measurements for Airplanes, Technical Note R-12. AFFTC, Edwards AFB, California.
• John D. Anderson Jr.: Introduction to Flight, 3rd ed. McGraw-Hill Book, New York 1989.
• Russel M. Herrington: Flight Test Engineering Handbook. AF Technical Report 6273, AFFTC, Edwards AFB, California 1966
• Russell E. Erb: A Low Cost Method for Generating Takeoff Ground Roll Charts from Flight Test Data. Society of Flight Test Engineers (SFTE) 27th Annual Symposium, Fort Worth TX, 196
• Privat Pilot Manual. Jeppesen Sanderson, Englewood CO 1997, 2001, ISBN 0-88487-238-6
• Peter Dogan: Instrument Flight Training Manual. Aviation Book, Santa Clarita CA 1991, 1999, ISBN 0-916413-12-8 .
• Rod Machado: Instrument Pilot’s Survival Manual. Aviation Speakers Bureau, Seal Beach CA 1991, 1998, ISBN 0-9631229-0-8 .
• Wolfgang Kuhr: Der Privatflugzeugfuhrer. Bd. 3, Technik II. Schiffmann Verlag, Bergisch Gladbach 1981, 1999, ISBN 3-921270-09-X .
• Karl-Albin Kruse: Das große Buch der Fliegerei und Raumfahrt. Sudwest-Verlag, Munchen 1973, ISBN 3-517-00420-0 .
• Klaus Hunecke: Die Technik des modernen Verkehrsflugzeuges. Motorbuchverlag, Stuttgart 1998, ISBN 3-613-01895-0 .

1. ↑ DIN EN ISO 80000 -3:2013 Großen und Einheiten ? Teil 3: Raum und Zeit , Abschnitt 3-8.b