Flugzeuge und Erdbeben

[Volume]

Eine Frage aus aktuellem Anlass:

Schreibt irgendein Flugzeughersteller in seinen Handbüchern vor, was man tun muss wenn ein Flugzeug während es geparkt war von einem Erdbeben betroffen wurde? Muss man dann einen "Hard Landing Check" machen, oder einen "Severe Turbulence Check"? Würden die Reifen eher rutschen als das unzulässige Lasten auf das Flugzeug einwirken? Können durch Erdstöße mehr g´s auf ein Flugzeug wirken, als im Betrieb (z.B. in schweren Turbulenzen) ?

 

Gruß

Ralf

[PeterH]

Hallo Ralf,

 

das ist zunächst mal ein Skalenproblem: Wir hören in den Medien z.B. von der "Richterskala". Das ist ein gewisses Mass für die im Bebenherd (=Hypozentrum; dies auf die Erdoberfläche projiziert =Epizentrum) freigesetzte ENERGIE. Über mögliche Zerstörungen sagt das wegen der nicht berücksichtigten Distanz zum Hypozentrum wenig aus, da interessiert eben die lokale BESCHLEUNIGUNG des Bodens. Das wird z.B. in Mercalli-Graden (heute MSK-Skala oder EMS-Skala) angegeben. Mercalli hat grob etwas mit der lokalen Beschleunigung zu tun, Verlauf ist (ähnlich wie Richter) logarithmisch, es geht von 1 bis 12 Grad.

 

Grober Anhaltswert: Bei Mercalli 10 ("Vernichtend") treten Ortsbeschleunigungen zwichen 1.0 und 2.5 ms^-2 auf (0.1G..0.25G), Mercalli 11 ("Katastrophe") kennzeichnet eine Beschleunigung zwischen 2.5..5.0 ms^-2 (0.25G..0.5G), Mercalli 12 ("Grosse Katastrophe) ist alles über 5 ms^-2, also mehr als 0.5G.

 

Ich würde mal spekulieren, dass beim aktuellen Japan-Beben (9.0 Richter in etwa 100km Distanz) je nach Bodenbeschaffenheit lokal vielleicht mal Mercalli 11 auftrat, also 0.25G, vielleicht auch 0.5G, aber ganz sicher überall weniger als 1.5G. Für uns fliegerisch Herumtollende :D also überraschend wenig.

 

Nebenbei: Wir hatten hier beim "grossen" Roermont-Beben damals knapp 6 Grad Richter, das Japan-Beben mit 9.0 Richter hat also rund 1000mal höhere Energie freigesetzt.

 

Erstmal ganz grob, aber das Thema ist ziemlich kompliziert und würde eigentlich ein paar Vorlesungsstunden erfordern.

 

Viele Grüsse

Peter

 

P.S. Ziegelbauten werden bei Mercalli 10 zerstört.

[IFixPlanes]

...

Ich würde mal spekulieren, dass beim aktuellen Japan-Beben (9.0 Richter in etwa 100km Distanz) je nach Bodenbeschaffenheit lokal vielleicht mal Mercalli 11 auftrat, also 0.25G, vielleicht auch 0.5G, aber ganz sicher überall weniger als 1.5G. Für uns fliegerisch Herumtollende :D also überraschend wenig.

...

In der Fliegerei wirken die Beschleunigungskräfte aber mit hohen Werten hauptsächlich entlang der Längsachse (z.B. Bremsen) oder der Hochachse (z.B. Landung) auf.

Bei einer Beschleunigung entlang der Querachse kann ein Flugzeug nicht so hohe Werte vertragen.

 

Hier mal ein Auszug aus dem A320 AMM:

INSPECTION AFTER FLIGHT WITH HIGH LATERAL LOADS

...

If the magnitude of the lateral acceleration in flight is equal to or more than 0.41g:

- the aircraft is not permitted to return to service,

- do the inspection given in Para. 4. of this procedure,

- send the DFDR report (or equivalent) for the section of the flight during which the event occurred to AIRBUS for analysis,

- get instructions from AIRBUS for preparation of the aircraft for detailed information,

- AIRBUS will make an analysis of the event to find if the aircraft can return to service.

...

Tritt diese Querbeschleunigung auf wenn der Flieger am Boden steht, halte ich es noch für schlimmer.

 

(Die rote Hervorhebung von mir.)

[PeterH]

Ingo, das habe ich mir so nicht vorgestellt - ich fliege ein UL mit max. Lastvielfachen von +4/-2 G und wir bekommen jetzt noch einen Flieger mit +6/-6G. Klar, das gilt wohl implizit für Beschleunigungen entlang der Hochachse, aber dass die maximalen G's entlang der Querachse demgegenüber soviel geringer sind, war mir unbekannt. Noch ein Grund mehr, sauber koordiniert zu fliegen ;)

 

Viele Grüsse

Peter

[IFixPlanes]

Ingo, das habe ich mir so nicht vorgestellt - ich fliege ein UL mit max. Lastvielfachen von +4/-2 G und wir bekommen jetzt noch einen Flieger mit +6/-6G. ...

Hi Peter,

bitte das von mir zitierte nicht falsch verstehen. Beim Überschreiten dieser Werte ist erst mal nur eine Kontrolle fällig.

Sowas muss nicht automatisch zu einem Schaden am Flugzeug führen.

 

Wow, ± 6 g sind beeindruckend. :eek: Dachte nicht, das ein UL so stabil gebaut ist.

 

Beim A320 in "clean config" muss erst (oder besser: schon) bei einer vertikalen Beschleunigung von mehr als +2,5 / -1,0 g eine Kontrolle durchgeführt werden.

[Gast]

Moin,

Ich kenne mich mit Erdbeben und den auftretenden Kräften nicht aus,aber was Ingo schon angedeutet hat,daß es Kräfte gibt die ein Flieger nicht so gut verträgt kann man hier gut sehen.Man konnte leider nicht nachvollziehen welche Bewegungen der Flieger gemacht hat.

Bild No1 muß man in voller Auflösung anschauen.Ich hätte,wenn gewünscht,Detail Aufnahmen der gerissenen Spante.

 

http://www.airliners.net/search/photo.search?regsearch=LY-DOT

 

Nice evening

Alex

[Burkhard]

Ein Bekannter von mir arbeitet im GFZ Potsdam (Geoforschungszentrum)

Er sagte mir heute, dass sich Japan nach diesem apokalyptischen Beben um mehr als 2m und die Erdachse um 10- 15cm verschoben hat.

Laut seinen Sensoren, wurde meine Heimatstadt Hannover am Freitag um ca. 4mm angehoben.

Meine Frage daher an die Profis, inwieweit hat das Auswirkungen auf die Aviatik in Bezug auf Kartographie, Landesysteme etc?

[ArminZ]

Es gibt in Skandinavien (wahrscheinlich auch anderswo) Gegenden wo die Küste um bis zu 8mm pro Jahr ansteigt. Man rechne: es dauert mehr als 30 Jahre bis sich die Differenz aud einen Fuss (1ft) summiert hat, was auf normalen Fuftfahrtkarten die kleinste Höheneinheit ist.

Da hat wohl die dauernde Änderung des Erdmagnetfeldes eine grössere direkte Auswirkung auf Luftfahrtkarten.

[ArminZ]

Apropos Erdbeben/Beschleunigung/Kräfte:

Bei stehendem Flugzeug wirken alle angreifenden Kräfte*** via Fahrwerk auf das Flugzeug ein. Schwer zu glauben dass da grössere Kräfte auftreten als bei normalen Landungen.

*** (Windkräfte in diesem Fall vernachlässigt)

[Volume]

Schwer zu glauben dass da grössere Kräfte auftreten als bei normalen Landungen.

Deswegen die ursprüngliche Frage. Das Fahrwerk z.B. ist als hydropneumatisches System auf bestimmte Einfedergeschwindigkeiten ausgelegt, also z.B. 10 ft/s bei einer normalen Landung. Bewegt sich nun die Erde vertikal mit 20 ft/s, dann wirken auf das Fahrwerk weit mehr als die doppelten Kräfte, grob gesagt müssten es die vierfachen sein (Hydrodynamik) aber im Fahrwerk befinden sich ja auch noch Dosierventile (metering pins) und Drosselventile die das ganze sehr nichtlinear machen. Von daher sind sehr schnelle aber geringe Erdbewegungen durchaus viel schlimmer, als sehr große aber langsame.

Bei den horizontalen Erdbewegungen ist im wesentlichen der Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung entscheidend, und u.U. auch diesmal der Weg. Wenn die Reifen erst einmal rutschen, ist es kein Problem. Auch rollende Reifen können keine beliebigen Seitenkräfte übertragen, aber bei kurzen Wegen im Stillstand bleibt das Gummi ja vermutlich in der Asphaltrauhigkeit festgekrallt.

Dazu kommen noch die Resonanzeffekte.

 

Ich habe zwar sehr viel Ahnung davon, was Flugzeuge aushalten müssen und was sie tatsächlich aushalten, aber ich bin absoluter Laie bezüglich Weg, Beschleunigung, frequenz, Bewegungsrichtung etc. von Erdstößen.

 

Danke schonmal für die ersten aufschlußreichen Informationen

Ralf

[easaman]

Eine Frage aus aktuellem Anlass:

Schreibt irgendein Flugzeughersteller in seinen Handbüchern vor, was man tun muss wenn ein Flugzeug während es geparkt war von einem Erdbeben betroffen wurde? Muss man dann einen "Hard Landing Check" machen, oder einen "Severe Turbulence Check"? Würden die Reifen eher rutschen als das unzulässige Lasten auf das Flugzeug einwirken? Können durch Erdstöße mehr g´s auf ein Flugzeug wirken, als im Betrieb (z.B. in schweren Turbulenzen) ?

 

Gruß

Ralf

Ich würde da eine Hard Landing or High Drag/Side Load Landing Conditional Inspection machen!

Gibt es bei Boeing im ATA 05, die Inspektion!

Gruß Otmar

[IFixPlanes]

Eine durch ein Erbeben verursachte Beschleunigung in der Hochachse des Flugzeugs ist überhaupt kein Problem.

Auch für eine Bewegung in der Längsachse steckt das Fahrwerk locker weg. Diese Belastung tritt ja auch beim Bremsen auf.

Wie ich oben schon schrieb, kann eine Querbeschleunigung das Problem sein...

[polar]

Eine durch ein Erbeben verursachte Beschleunigung in der Hochachse des Flugzeugs ist überhaupt kein Problem.

Auch für eine Bewegung in der Längsachse steckt das Fahrwerk locker weg. Diese Belastung tritt ja auch beim Bremsen auf.

Wie ich oben schon schrieb, kann eine Querbeschleunigung das Problem sein...

 

Naja, das mit dem Bremsen ist meiner Meinung nach aber kein vollständig gültiges Argument, da beim Bremsen die Beschleunigung immer in die selbe Richtung wirkt. Da alles im Flieger gewichtsoptimiert ist müsste auch das Fahrwerk in Längsrichtung eben auch hauptsächlich auf den "Brems-Lastfall" ausgelegt sein. Bei einem Erdbeben könnte die Beschleunigung aber auch entgegen dem "Brems-lastfall" wirken. Die Struktur müsste in der Richtung viel weniger aushalten (sonst ist es überdimensioniert ;)). Da das aber kein Auslegelastfall ist wirds dafür evtl nicht mal irgendwelche Regeln bezüglich Checks/Limits geben.

 

 

Interessante Frage von Ralf, ich denke aber ist nicht einfach zu beantworten.

 

Gruss

 

Philippe

[PeterH]

Ganz kurz: Das UL mit +6/-6G ist eine Zodiac 602, Ganzmetall-Tiefdecker. Über den Flieger könnte man ausgiebig diskutieren, ist hier aber nicht das Thema.

 

Ralf hat in seinem Beitrag nochwas ganz richtig angesprochen: Die Beschleunigung ist nicht das einzige Problem: Es kommt eben auch auf die Frequenz und die Amplitude der Schwingungen an. Das steckt in den "komischen" Skalen ein wenig mit drin, da gibt es passende Nomogramme, die man nutzen kann, wenn man all die Variablen gemessen hat. Und eben das ist von Aussen ziemlich schwierig. Die lokale Bodenbeschaffenheit spielt eine grosse Rolle. Fels-Untergrund ist wenig problematisch, Sand oder Kies ist schlimm.

 

Gängige Erdbebenfrequenzen liegen um 10 bis 0.1 Hz, Anhaltspunkt: 0.5 Hz.

Die Amplituden variieren bei "nennenswerten" Beben zwischen 1mm und ganzen Metern (eben je nach Bodenbeschaffenheit).

 

Die Richtungen zum Schlechten sind:

Steigende Beschleunigung; höhere Amplitude; je nach Resonanzbedingungen "passende" Frequenz.

 

Japan-Beben am Flughafen Sendai (aber wirklich nur aus der Anschauung geschätzt): 0.25G, 0.1 bis maximal 1 Meter, 0.5 Hz.

 

Viele Grüsse

Peter

 

P.S. Basis zu meiner Schätzung: TV-Berichte, Seismogramme des aktuellen Bebens in Japan, Literatur, eigene Arbeiten anlässlich kleiner lokaler Beben hier in der Region (vor Kurzem: 4.4 Richter bei Nassau).

[PeterH]

Hab' ich noch vergessen: Wellenformen bei Erdbeben.

 

P-Wellen = Dichteschwingungen, also Longitudinalwellen, hohe Fortpflanzungsgeschwindigkeit, kaum relevant für Schadensabschätzungen.

 

S-Wellen = Scherwellen, Transversale Schwingunen, daher horiziontale Bodenbewegungen, geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit als P-Wellen, schadensrelevant.

 

(Aus der Laufzeitdifferenz P-S (im Seismogramm gut erkennbar) wird die Distanz der Messstation zum Hypozentrum bestimmt)

 

Raleigh-Wellen: Elliptische Schwingungen des Trägermediums (wie die Teilchen in einer Wasserwelle). Eigentlich die dominierende Wellenform bei der Fortpflanzung durch den Untergrund, bewegen die Oberfläche stark horizontal (diese Richtungen machen hauptsächlich die üblichen Bebenschäden) aber auch (geringer) vertikal.

 

Viele Grüsse

Peter

[polar]

S-Wellen = Scherwellen, Transversale Schwingunen, daher horiziontale Bodenbewegungen, geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit als P-Wellen, schadensrelevant.

 

Für alle dies interessiert: Genau diese 2 Wellenarten macht man sich zu Nutze bei den ganzen Notfallabschaltungssysteme (Züge, Gasleitungen, AKW,...). Dadurch dass P-Wellen schneller sind (entspricht eigentlich der "Schallgeschwindigkeit" im Medium), diese aber wie Peter erwähnt hat keinen Schaden anrichten aber "einfach" zu messen hat man also je nach Entfernung zum Hypozentrum (neues Wort gelernt ;)) ausreichend Vorwarnzeit um Abschaltvorgänge einzuleiten.

 

 

Gruss

 

Philippe

[Seetal_Pilot]

 

Nebenbei: Wir hatten hier beim "grossen" Roermont-Beben damals knapp 6 Grad Richter, das Japan-Beben mit 9.0 Richter hat also rund 1000mal höhere Energie freigesetzt.

 

Dies stimmt nicht ganz.

Die Richterskala ist ein Mass für die Bodenbewegung im Hypozentrum (bzw. für die freigesetzte seismische Energie in einem bestimmten Frequenzbereich)

Ein Punkt mehr auf der Skala bedeutet einen etwa zehnfach höheren Ausschlag. Die freigesetzte Energie erhöht sich um das 32-fache!

 

Gruss

Jan

[PeterH]

Richtig, Jan, soviel zu Wikipedia. Für die Oberfläche interessiert die flächige Ausbreitung um das Epizentrum, nicht die kugelförmige Ausbreitung um das Hypozentrum. Die Dicke-Daumen-Regel "ein Punkt = 10fach" ist zur Abschätzung der "Bebenstärke" ganz brauchbar.

 

Ansonsten weist Dir Wikipedia ja allein neun verschiedene Skalen nur für die Magnituden aus, hinzu kommen noch zwei(?) "Beschleunigungsskalen". Historisch gibt es die reine Mercalli-Skala, dann noch die Mercalli-Cancani-Sieberg-Skala usw usw. Sowohl die "Richterskala" der Medien als auch die alte Mercalli-Skala sind wissenschaftlich obsolet, taugen aber für die hier interessierende Frage doch ganz gut, denke ich...

 

Ich sagte ja oben: Die Materie ist ein paar Vorlesungsstunden in Geophysik/Seismologie wert.

 

Viele Grüsse

Peter

[langeha]

Ich finde das ist wirklich eine sehr interessante Frage über die ich mir eigentlich noch keine Gedanken gemacht habe. Wahrscheinlich muss dann halt alles genau gecheckt werden ob wirklich noch alles intakt ist.

[IFixPlanes]

...Wahrscheinlich muss dann halt alles genau gecheckt werden ob wirklich noch alles intakt ist.

Einfach mal so alles checken ist schlecht machbar oder besser gesagt übertrieben.

Wie weit willst du ins Detail gehen? Reicht eine einfache Sichtkontrolle an den Aufhängungen der Triebwerke oder sollte der Motor abgebaut und die Aufhängung detailiert untersucht werden? Sollte man nicht besser auch eine Risskontrolle mit Röntgen-, Ultraschall-, Wirbelstrom-, Magnetpulver-oder Eindringverfahren machen? Oder gleich auch den Pylon abbauen um auch die Verbindung zu Flügel zu kontrollieren?...

 

Es geht einfacher: ;-)

Bei solchen (nicht durch die Wartungsunterlagen abgedeckten) Ereignissen wendet man sich i.d.R. direkt an den Hersteller.

Dieser gibt dann die notwendigen Kontrollen vor.

[ArminZ]

Stichwort Schwingungen: die treten ja auch in normalerem Flugbetrieb auf. Mit ählicher Logik muss man bei etwas weniger guter Pistenqualität (z.B. ehemalige Ostblockstaaten mit Betonelementen, alle 10 Meter ein Absatz) nach jeder Landung alles gründlich durchgechecken (bei schlechten Taxiways sogar schon vor den Start:005:). Als weiteres Beispiel bei kleineren Maschinen Bugrad-shimmy (C-152). Oder Kräfte die auf die Reifen wirken bei einer Landung mit crab (Nase nicht in Pistenachse). Oder Windböen an parkierten Flugzeugen. Oder die Landung auf einer teiweise vereisten Piste mit Eisrillen. Schwingungen/Vibrationen/Kräfte im normalen Betrieb sind m.E. um Faktoren grösser als bei enem Erdbeben auftretenden Kräfte. Da macht eine schwingende Kraft (oben wurden 0.25 G genannt) die ja noch von den Pneus abgedämpft wird den Braten nicht feiss. Meine Meinung.

[Volume]

Stichwort Schwingungen: die treten ja auch in normalerem Flugbetrieb auf. Mit ählicher Logik muss man bei etwas weniger guter Pistenqualität (z.B. ehemalige Ostblockstaaten mit Betonelementen, alle 10 Meter ein Absatz) nach jeder Landung alles gründlich durchgechecken

Etwa das weist Boeing per AD alle Halter von 767 und 757 Flugzeugen an. Durch die Schwingungen überhitzen die Gelenke der Trucks (das Ding mit den 4 Rädern dran...) und beschädigen die Chromschicht der betreffenden Drehachsen (Pivot pin). Das resultiert dann in Korrosion und Rissen. Wenn du im Ostblock fliegst, mußt du deutlich häufiger abschmieren und inspizieren. (Ein Schelm wer da einen alten Ost-West Konflikt erkennt... Man wird wohl auch in Südamerika oder Alaska schlechte Pisten finden)

Den genauen Link bei der FAA müsste ich erst suchen, Google ist leider gerade nicht hilfreich....

 

Gruß

Ralf

[IFixPlanes]

Etwa das weist Boeing per AD alle Halter ...

Boeing gibt keine ADs raus... :005:

 

Du meinst wahrscheinlich das SL-32-097-C (757) bzw. SL-32-104-C (767)

welches auch für die 707,747,777,DC-8, DC-10, MD-10 und MD-11 vorhanden ist:

CURRENT LISTING OF SWR1 AND SWR2 AIRPORT RUNWAYS IN THE CIS

 

 

(SWR = Short Wavelength Roughness)

[Volume]

Boeing gibt keine ADs raus

Korrekt, Sorry.

Boeing hat SBs rausgegeben (in dem Fall Alert Service Bulletins, eine Spezialität die z.B. Airbus nicht hat), und die FAA hat die für 757 und 767 zu einer AD gemacht. Die Nummern müsste ich raussuchen, aber es war in 2002...

 

Gruß

Ralf