Flugzeugtür: Öffnungsgefahr in sensibler Flugphase?

[Susan27]

Hi,

 

ist ja eine bekannte Phobie von Fluggästen, dass pychisch Kranke etc. auf Erroute FL die Flugzeugtür öffnen könnten...was ja quatsch ist, wegen dem Mechanismus. Zuletzt wurde das auf "spassige" Art vom "Kopfballteam" gezeigt (ab 06:55 Min.):

 

http://www.kopfball.de/gefahr_ueber_den_wolken.phtml

 

Was mich jetzt interessiert: Im Video wird ja zurecht argumentiert, dass ein Pax die "Tonnen" von Luftdruck auf Enroute FL, die zunächst nach innen gezogen werden müssten, nie und nimmer aufbringen könnte...

 

Frage:

 

Was ist aber im Climb, Descend, TO, Landung? Da wird ja die Pressurization der Druckkabine annäherend(?) bereits auf Landing-Alt stehen/angenähert...also die Differenz (delta?) zwischen "außen" und "innen" Druck weitaus geringer sein...

 

Besteht in diesen Flug-Phasen dann nicht doch die Gefahr, dass jemand den auf die Flugzeugtür lastenden Druck doch überwinden könnte...das wäre ja mehr als schrecklich...(!) Oder ist der Differenzdruck selbst beim Landing Rollout aufgrund der hohen Speed auf der RW noch viel zu groß, als dass ein einzelner Mensch dagegen angehen könnte...?

 

Vielen dank! :)

 

LG Susan

PS: Wenn Ihr wissen sollt, wie Susan einen Airliner im Notfall als "Heldin" runterbringen würde, schaut Euch Min. 20:00 des o.g. Videos an...(lach!) :)

[Manfred J.]

Hallo,

 

Das Video bzw. diese unplatzierte Kopfballspiel Sendungen, für mich ein übertriebener Mist, mit viel unrealismus!

 

Allerseits schöne Grüsse

 

Manni

[pilot-monitoring]

Was ist aber im Climb, Descend, TO, Landung? Da wird ja die Pressurization der Druckkabine annäherend(?) bereits auf Landing-Alt stehen/angenähert...also die Differenz (delta?) zwischen "außen" und "innen" Druck weitaus geringer sein...

 

Besteht in diesen Flug-Phasen dann nicht doch die Gefahr, dass jemand den auf die Flugzeugtür lastenden Druck doch überwinden könnte...das wäre ja mehr als schrecklich...(!) Oder ist der Differenzdruck selbst beim Landing Rollout aufgrund der hohen Speed auf der RW noch viel zu groß, als dass ein einzelner Mensch dagegen angehen könnte...?

 

Erstmal geb ich dir Recht: Umso tiefer, umso geringer der Differenzdruck, aber trotzdem reicht es nicht aus, die Tür zu öffnen. Der cabin pressure geht ja immer proportional mit dem Außendruck mit (bei FL400 cabin alt ca. 9,000ft (?), ist typabhängig). Stellen wir uns den "Suboptimalfall" vor, dass bei einem approach speed von 130 kts im final jemand die tür öffnen möchte. "Draussen" herrscht ja, wenn man es relativ sieht, eine windgeschwindigkeit von ungefähr 130 knoten. Das bedeutet, dass dort ein gewaltiger Unterdruck entsteht, der die Tür nach außen zieht. Da man aber, wie im Film beschrieben, die Tür erstmal nach innen ziehen muss, und erst dann nach außen öffnet, kann man die Tür nicht öffnen.

 

Als Beispiel dafür könnte ich folgendes erzählen: Als ich letztens aus dem Auto stieg, öffnete ich die Tür und sofort riss die Tür auf. Es fauchte und zischte nur so vor lauter Wind. Durch diesen Wind nämlich ist ein Unterdruck außen entstanden, der die Tür beim Öffnen schlagartig aufriss.

Das heißt, dass trotz gleichen Luftdrucks in Kabine und außerhalb des Flugzeugs die Luftdichte (und dann auch der Druck) durch die Windgeschwindigkeit eine ganz andere ist, die die Tür nach außen zieht. Die geniale Idee, dass man die Tür erst nach innen zieht, macht diese "Phobie" nicht umsetzbar. Gut so.

Obwohl ich diese Sache schon echt ein bisschen übertrieben finde...

Naja, liebe Grüße

Emanuel

[pilot-monitoring]

Hallo,

 

Das Video bzw. diese unplatzierte Kopfballspiel Sendungen, für mich ein übertriebener Mist, mit viel unrealismus!

 

Allerseits schöne Grüsse

 

Manni

 

Ja, ist schon ziemlich weit her gegriffen. Aber das wollen die Leute halt leider sehen...

Schade drum!

Liebe Grüße

Emanuel

[dschaedl]

Stellen wir uns den "Suboptimalfall" vor, dass bei einem approach speed von 130 kts im final jemand die tür öffnen möchte. "Draussen" herrscht ja, wenn man es relativ sieht, eine windgeschwindigkeit von ungefähr 130 knoten. Das bedeutet, dass dort ein gewaltiger Unterdruck entsteht, der die Tür nach außen zieht.

[/Quote]

warum sollte das so sein?

Die Windgeschwindigkeit bewirkt doch keine Luftdruckänderung wenn sich die Luft parallel zur Aussenwand bewegt.

 

Als Beispiel dafür könnte ich folgendes erzählen: Als ich letztens aus dem Auto stieg, öffnete ich die Tür und sofort riss die Tür auf. Es fauchte und zischte nur so vor lauter Wind. Durch diesen Wind nämlich ist ein Unterdruck außen entstanden, der die Tür beim Öffnen schlagartig aufriss.

[/Quote]

Das kann ich fast nicht glauben. Ein Auto ist normalerweise alles andere als Luftdicht. Die Klimaanlage/Lüftung ist evtl. in der Lage einen leichten Ueberdruck hinzukriegen. Aber ansonsten kann ich mir das nicht vorstellen.

 

 

Mir ist schon mehrfach aufgefallen, dass der Notausgang am Boden nicht richtig dicht ist (man hört nach aussen und hört Luft rauschen). Erst in einer gewissen Höhe wird er richtig dicht und macht keinen Krach mehr.

 

Ausserdem wird die Kabine typischerweise vor dem Start aufgepumpt (warum eigentlich? um alle Türen zu verschliessen?) Dadurch sollten sich die Türen bereits nicht mehr öffnen lassen.

 

Gruss

Daniel

[PC-pilot]

Ich hab schon mal so nen tread aufgemacht:

 

vielleicht werden ja hier einige deiner fragen beantwortet:

 

http://www.flightforum.ch/forum/showthread.php?t=62417

[wabis]

warum sollte das so sein?

Die Windgeschwindigkeit bewirkt doch keine Luftdruckänderung wenn sich die Luft parallel zur Aussenwand bewegt.

 

Aus dem selben Grund, warum ein Flugzeug fliegt: Bei jeder Strömung über eine Fläche entsteht Unterdruck. Dies kannst du sehr einfach zeigen, indem du ein Blatt Papier mit zwei Fingern an einer Kante hälst und dann über die Fläche des Papiers bläst (ich hoffe, du verstehst, wie ich das meine). Das Papier sollte wegen dem Unterdruck der sich bildet sich senkrecht zum Luftstrom hin biegen.

[Susan27]

Aus dem selben Grund, warum ein Flugzeug fliegt: Bei jeder Strömung über eine Fläche entsteht Unterdruck...

 

Und dieser Unterdruck ist bereits bei TO-/Landing Geschwindigkeit so ausreichend gross, dass ein starker Mann die Tür - natürlich rein theoretisch - nicht dagegen ankommen könnte...? Hätt ich wirlich nicht gedacht...gilt das ggf. sogar für Taxi Geschwindigkeiten...?

[Susan27]

Nochmals zu Airbus-Türen, die ja anscheinend anders aufgehen:

 

Dazu aus dem von Martin angegeben anderen Thread:

...

Eine normale Pax-Door geht im ersten Moment nach innen auf bevor sie nach aussen schwenkt (B737) oder sie liegt an sogenannten Door Stop Fittings und wird beim öffnen für einen Moment nach oben gehoben bevor sie nach aussen schwenkt (Airbus).

Ab einem Kabinendruck von etwa 1PSI ist es nicht mehr möglich...[/Quote]

 

Das verstehe ich nicht recht:

 

Dass man gegen 1 PSI eine Tür nicht heranziehen kann, leuchtet mir vollkommen ein...aber warum sollte es nicht möglich sein, beim Airbus die Flugzeugtür einfach nach oben zu schieben...der Druckunterschied wirkt doch von innen nach außen...aber nicht "von oben nach unten"...?

[pilot-monitoring]

warum sollte das so sein?

Die Windgeschwindigkeit bewirkt doch keine Luftdruckänderung wenn sich die Luft parallel zur Aussenwand bewegt.

 

 

Das kann ich fast nicht glauben. Ein Auto ist normalerweise alles andere als Luftdicht. Die Klimaanlage/Lüftung ist evtl. in der Lage einen leichten Ueberdruck hinzukriegen. Aber ansonsten kann ich mir das nicht vorstellen.

 

 

 

Der Druck ist innen und außen eigentlich am Boden gleich, allerdings ist durch den Wind die Luftdichte stark verkleinert. Die Luft ist viel dünner. stell dir vor, du hast 10 Luftteilchen, die innen im Flugzeug auf ihrer Stelle stehen und sich nicht bewegen. Außen hast du auch die 10 Teilchen. Diese bewegen sich aber mit einer Geschwindigkeit von über 200 km/h. Das heißt, dass jedes dieser 10 teilchen einen viel größeren Platz ausfüllt als die "stehenden Teilchen im Flugzeug". Das heißt das es außen weniger Teilchen pro Volumen als innen sind. Daher wird die Tür nach außen gesogen, damit die Luftdünne ausgeglichen werden wird.

 

Liebe Grüße

Emanuel

[wabis]

Und dieser Unterdruck ist bereits bei TO-/Landing Geschwindigkeit so ausreichend gross, dass ein starker Mann die Tür - natürlich rein theoretisch - nicht dagegen ankommen könnte...? Hätt ich wirlich nicht gedacht...gilt das ggf. sogar für Taxi Geschwindigkeiten...?

 

Ich habe folgende Berechnungen angestellt, um herauszufinden, wie viel Kraft auf eine Tür wirkt, alleine aufgrund der Luftströmung.

 

Überlegung:

 

Nachtrag: Die folgenden Überlegungen sind falsch! Sie stimmen nur, wenn sich das Flugzeug in einer Röhre bewegt, wo die Luft nicht ausweichen kann! Die korrekten Werte folgen in einem Beitrag weiter unten.

 

Der Druck in einer Strömung kann nach Bernoulli berechnet werden. Das Gesetz von Bernoulli lautet:

 

(v^2 / 2) + (p / rho) = const.

 

v = Geschwindigkeit der Strömung [m/s]

p = Druck [kg/m^2]

rho = Dichte [kg/m^3]

 

Daraus lässt sich der hydrostatische Druck in Abhängigkeit der Geschwindigkeit berechnen (gilt nur in einem Rohr!):

 

p_s(v) = p_0 - 1/2 * rho * v^2

 

p_s(v) = hydrostatischer Druck infolge der Strömungsgeschwindigkeit v

p_0 = Gesamtdruck (hydrostatischer Druck bei v = 0)

 

Wenn wir eine Flugzeugtür betrachten und das Flugzeug ist noch nicht unter Druck gesetzt, so ist der Druck auf der Innenseite = p_0 und auf der Aussenseite p_s(v). p_s(v) ist bei Stillstand (v = 0) gerade p_0, also der normale Luftdruck. Je grösser v wird, umso kleiner wird der hydrostatische Druck p_s(v) von Aussen auf die Tür. Um die Tür öffnen zu können, muss eine Kraft aufgewendet werden, um die Druck-Differenz zwischen Innen und Aussen zu überwinden. Die Druckdifferenz ist:

 

p_diff(v) = p_0 - p_s(v) = 1 / 2 * rho * v^2

 

Die Kraft zum öffnen der Tür ist also:

 

F = p_diff(v) * A = 1/2 * A * rho * v^2

 

A ist die Fläche der Tür.

 

Man sieht: die Kraft nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu! Um die Grössenordnungen abschätzen zu können, habe ich mal ein paar Werte durchgerechnet.

 

Anahmen:

 

A = 1.28 m^2 (Türfläche 1.6m x 0.8m, eine sehr kleine Tür!)

rho = 1.225 kg/m^3

 

 

W gibt an, wie vielen kg Gewicht die Kraft F entspricht. Wenn die Fläche der Tür doppelt so gross ist, muss die doppelte Kraft aufgewendet werden usw.

 

Zum Vergleich: Der statische Luftdruck der Normalatmosphäre beträgt:

 

1.013 bar = 1013 hPa = 101'300 N/m^2

 

Dieser Luftdruck bewirkt auf eine Fläche A = 1.28 m^2 eine Kraft von 129'664 N, das enstpricht einem Gewicht von mehr als 13t (Tonnen)! Die Luft drückt auf der Erdoberfläche auf jeden Quadratmeter mit 10t Gewicht!

 

Angesichts solcher Zahlen nimmt es nicht wunder, dass schon ab 80 Knoten mit mehr als 130 kg Gewicht an der Tür gerissen werden müsste, um sie aufzureissen! Bei 20 Konten sind nur 8.5 kg nötig, das sollte also zu machen sein.

 

 

Quelle für die Formeln:

 

- z.B. http://andreas.welcomes-you.com/research/talks/Bernoulli.pdf

- oder Wikipedia

- oder jedes Physikbuch

[Maxrpm]

Schöne Rechnung!

 

Und es ich beim Rollen auch möglich. Wir hatten Fälle wo Passagiere beim Rollen den Emergency Exit aufgerissen haben (Exit Row - wollte sich angeblich aufrichten und hat sich dabei klugerweise an der Handle angehalten) . Alles so im Bereich von 20 - 30km/h

 

Wolfgang

[wabis]

Ich entschuldige mich für den falschen Beitrag weiter oben. Als ich das Ganze nochmals überdacht habe, bin ich auf ein Problem gestossen: Wenn meine Formel korrekt wäre, könnte man den statischen Luftdruck nicht so mit einem Static-Port messen, wie es heute gemacht wird, denn dieser müsste dann ebenfalls den oben berechneten Unterdruck messen. Ich habe mich also nochmals hinter das Netz geklemmt auf der Suche nach einer Lösung.

 

Was immer noch stimmt ist: Die an der Aussenwand vorbeiströmende Luft erzeugt einen Unter- oder Überdruck, je nach Ort. Da aber ein Flugzeug sich nicht in einer Röhre bewegt, kann die verdrängte Luft ausweichen und es kann sich Druck ausgleichen. Ein Unterdruck entsteht nur dort, wo die Luft lokal schneller vorbeiströmt, als die Luft in grosser Entfernung.

 

Es ist äusserst kompliziert die Strömungsverhältnisse auf der Aussenhaut eines Flugzeuges zu berechnen. Wie beim Auftriebsbeiwert werden daher Modelle ausgemessen und der resultierende Static Pressure Coefficient C_p in Form von Kurven aufgezeichnet. C_p ist wiefolgt definiert:

 

[1] C_p(x) = (p(x) - p_s) / (1/2 * rho * TAS^2)

 

C_p(x) = Static Pressure Coefficient an der Stelle x

p(x) = statischer Druck an einer bestimmten Stelle x auf dem Flugzeugrumpf

p_s = statischer Luftdruck weit weg vom Flugzeug

rho = Luftdichte

TAS = True Airspeed = Geschwindigkeit der Luft rel. zum Flugzeug weit draussen

 

Quelle: Applied Aerodynamics: Bernoulli Equations

 

Wenn man also so eine C_p Kurve hat, kann man daraus den statischen Luftdruck an jeder Stelle des Flugzeugs berechnen, indem man die obige Formel nach p(x) auflöst:

 

[2] p(x) = 1/2 * rho * TAS^2 * C_p(x) + p_s

 

Wenn man die lokale Windgeschwindigkeit v(x) an einer Stelle des Rumpfes kennt und von inkomressibler Luft ausgeht (d.h. unterhalb von Mach 0.3 liegt), kann man C_p(x) relativ einfach ausrechnen:

 

[3] C_p(x) = 1 - v(x)^2 / TAS^2

 

v(x) = Geschwindigkeit der Luft an einer bestimmten Stelle x auf dem Flugzeugrumpf

TAS = True Airspeed = Geschwindigkeit der Luft rel. zum Flugzeug weit draussen

 

 

Setzen wir so C_p(x) in [2] ein erhalten wir:

 

[4] p(x) = 1/2 * rho * (TAS^2 - v(x)^2) + p_s

 

p(x) = statischer Druck an einer bestimmten Stelle x auf dem Flugzeugrumpf

rho = Luftdichte

TAS = True Airspeed = Geschwindigkeit der Luft rel. zum Flugzeug weit draussen

v(x) = Geschwindigkeit der Luft an einer bestimmten Stelle x auf dem Flugzeugrumpf

p_s = statischer Luftdruck weit weg vom Flugzeug

 

Die Formel [4] sagt aus:

 

- An einer Stelle x, wo die Geschwindigkeit v = TAS ist, wird p(x) = p_s gemessen, also der statische Luftdruck.

- An einer Stelle x, wo die Luft gestaut wird (v = 0), wird der Staudruck wie im Pitot-Rohr gemessen.

- An Stellen x, wo die Luft schneller als TAS strömt, wird TAS^2 - v(x)^2 negativ und somit der gemessene Druck p(x) < p_s

 

Dies stimmt nun mit meinen Erwartungen überein und stimmt auch mit den Berechnungen bei den Flügelprofilen überein.

 

Wie gross sind denn nun die Kräfte auf eine Tür?

 

Das kommt darauf an, wo am Rumpf die Tür ist. Die Strömung am Flugzeugrumpf ist sehr unterschiedlich und hängt auch stark von der Fluglage und Konfiguration (Slats, Flaps, Fahrwerk) ab. Nachfolgend siehst du eine Grafik, in der C_p(x) entlang einer Centerline des Rumpfes aufgezeichnet ist:

 

 

Quelle NASA

 

An der Nase ist C_p = 1, d.h. an dieser Stelle wird der selbe Druck wie im Pitot-Rohr, nämlich der Staudruck gemessen. Setze an der Spitze C_p(0) = 1 in [2] ein und du erhälst die Formel für den Staudruck:

 

p(0) = 1/2 * rho * TAS^2 + p_s

 

An einigen Stellen der Grafik ist der C_p Wert Null. An diesen Stellen misst man also p(x) = p_s. An diesen Nullstellen muss man also die Static-Ports platzieren, damit diese den korrekten statischen Luftdruck messen.

 

Auf dem Bild sieht man, dass an den Stellen der vorderen und mittleren Türen der C_p Wert negativ ist. Das heisst, an diesen Stellen entsteht ein Unterdruck durch die vorbeiströmende Luft. Ich habe leider keine Zahlenwerte gefunden, welche die korrekte Grössenordnung für C_p an diesen Stellen angibt. Eines ist klar: C_p ist zwischen 0 und -0.5. Im Beitrag weiter oben hab ich quasi mit einem C_p Wert von -1 gerechnet. Das ist definitiv zu hoch!

 

Ich habe nur eine Kurve für folgenden Körper als Anhaltspunkt für Berechnungen gefunden:

 

 

Ich rechne jetzt mal mit einem C_p Wert von -0.1. Dann sind die Werte aus dem obigen Beitrag etwa durch 10 zu dividieren:

 

[5] p_diff(TAS) = p_s - (1/2 * rho * TAS^2 * C_p + p_s) = 1/2 * rho * TAS^2 * C_p

 

Und die Kraft ist dann:

 

[6] F = p_diff(TAS) * A = 1/2 * A * rho * TAS^2 * C_p

 

A ist die Fläche der Tür.

 

Ich nehme diesmal als Türfläche einfach 1 m^2. Dann kann man die Werte für jede andere Fläche einfach entsprechend multiplizieren:

 

 

Hat die Tür eine Fläche von 2 m^2 dann muss einfach F bzw W mit 2 multipliziert werden, da F und W pro Quadratmeter gelten. Die Kräfte sind also bei Weitem nicht so hoch wie im obigen Beitrag von mir, können jedoch durchaus beachtlich wertden, z.B. in der Grössenordnung von einigen duzend kg ab 100 Knoten - alleine durch die Luftströmung, ohne Überdruck in der Kabine!

 

W gibt an, wie viel Gewicht in kg die Kraft F entspricht: W = F / (9.81 m/s^2).

 

Zum Vergleich: Der statische Luftdruck der Normalatmosphäre beträgt:

 

1.013 bar = 1013 hPa = 101'300 N/m^2

 

Dieser Luftdruck bewirkt auf eine Fläche A = 1 m^2 eine Kraft von 101'300 N, das enstpricht einem Gewicht von mehr als 10t (Tonnen)! Die Luft drückt auf der Erdoberfläche auf jeden Quadratmeter mit 10t Gewicht!