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Thermikkarten neu gemischt

Die Revolutionierung der Flugdokumentation durch Datenlogger eröffnet neue Möglichkeiten zur Thermikkartierung. Die Autoren stellen den derzeitigen Stand ihrer und anderer Arbeiten auf diesem Gebiet vor und präsentieren Ergebnisse einer Thermikanalyse für Deutschland.

Die Kartierung der Thermikverhältnisse war bis zur flächendeckenden Einführung und Akzeptanz der Flugdatenschreiber (Logger) nur eingeschränkt möglich. Es existierten lediglich einige wenige Versuche, die auf der Bewertung der Bodenverhältnisse oder auf Pilotenbefragungen basieren. Die Bewertung der Bodeneigenschaften können nur für alternde Hochdrucklagen einigermaßen verlässliche Aussagen liefern, während Pilotenbeobachtungen zwangsläufig unvollständig und subjektiv gefärbt bzw. durch mangelnde Aufzeichnungsgenauigkeit beeinträchtigt sind. Entsprechende Thermikkarten wurden zu Beginn der 80er Jahre erstellt und sind heute in guter Auflösung im Internet verfügbar. Beispiele zu Debriefing-Verfahren findet man in "Wolken, Wind und Wellenflug" von Manfred Kreipl (Motorbuch Verlag Stuttgart, 1979).

Thermikquellen Deutschland
Thermikquellen Deutschland
alle erflogenen Thermikquellen der Jahre 2002 und 2003. Extrahiert aus Loggerdaten (tracklogs) durch die Akaflieg Frankfurt. Man beachte die Häufigkeit der orange-roten Punkte.

Mittlerweile nehmen allein in Deutschland über 4000 Segelflieger und Segelfliegerinnen aus über 500 Vereinen an den Online-Wettbewerben OLC (On-Line Contest) und DMSt online (Deutsche Meisterschaft im Streckensegelflug) teil. Dabei werden die Loggerdaten zur Dokumentation der Flugwege benutzt und dienen als Grundlage des Wettbewerbs. Bis Mitte August 2003 sind allein in Deutschland über 30000 Flüge mit einer Gesamtstrecke von fast 9 Millionen Kilometer eingereicht worden. Alle Flugwege sind im Internet veröffentlicht und frei zugänglich. Die Zahl der gespeicherten Datenpunkte beträgt ca. 30 Millionen. Eine genauere Angabe ist nicht möglich, da die Aufzeichnungsintervalle der Logger uneinheitlich sind. Dieser Datensatz ist die wohl größte Sammlung an thermisch relevanten Flugdaten und deckt, mit Ausnahme von Gebieten mit Flugbeschränkungen, Deutschland vollständig ab. Neben den sportlichen Auswertungen bietet dieser riesige Datensatz eine nie da gewesene Möglichkeit zur Evaluierung der Thermikverhältnisse.

Das Ziel einer solchen Evaluierung bei der Akaflieg Frankfurt ist die Erstellung einer intelligenten Thermikkarte. Darunter verstehen wir eine datenbank-gestützten Karte mit Abfragemöglichkeiten, spezifiziert nach Datum, Uhrzeit, geographischer Lage, Wettersituation, und Thermikintensität. Das Frankfurter Projekt hat die Arbeitsbezeichnung LIFT (Loggerbasierte Intelligente Frankfurter Thermikkarte) erhalten. Neben dem Frankfurter Projekt gibt es eine Reihe weiterer, ähnlicher Ansätze, Thermikbedingungen zu visualisieren. Die derzeit wohl vollständigste Datensammlung existiert in Dänemark bei der Polyteknisk Flyvegruppe der Universität Kopenhagen und wird von Morten Bennick gepflegt. Erste Ergebnisse dieser Arbeiten wurden im November 2002 auf dem Workshop des Meteorologie-Panels der OSTIV (Organisation Scientifique et Technologique de Vol a Voile) in Neresheim vorgestellt. Auch der Deutsche Wetterdienst engagiert sich für den Segelflug mit der "Aktion Hotspots" und dem Ziel, aus den Loggerdaten bei unterschiedlichen Wind- und Wetterverhältnissen die Auslösepunkte für Thermikablösungen am Boden zu kartieren. Kommerzielle Anbieter von Streckenflugprogrammen sehen mittlerweile die Aufnahme entsprechender Datensätze in ihre Produkte vor. Die erste Realisierung der Kartierung von Auslösepunkten ist das "Soaring Hot Spot Project", in dessen Rahmen flächendeckend Hotspot-Karten im Internet veröffentlicht worden sind. Eine europäische Anwendung existiert für die österreichischen Alpen. Eine regionale Thermikkarte nur für den Nordschwarzwald ist in einer Streckenflieger-Mitmachaktion innerhalb eines Verbundprojekts verschiedener meteorologischer Institute erstellt worden.

pocket PC WinPilot 5.0
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Thermikdarstellung in-flight: Kreuze zeigen projezierte Thermikpositionen (abhängig von Wind und aktueller Flughöhe).

In der ersten Realisierungsstufe des Frankfurter LIFT-Projekts wurde zunächst eine Aufwind-Datei für Deutschland erstellt. Dafür wurden alle im Online-Contest im Jahr 2002 veröffentlichten Flugwegdateien nach Aufwinden durchsucht, die gewissen Mindestanforderungen hinsichtlich Höhengewinn und Aufwindstärke entsprachen. Anschließend wurde daraus eine Aufwinddatei erstellt, die alle Aufwindpositionen sowie deren Datum, Uhrzeit und Stärke enthält. Diese Aufwinddatei ist mit vom Anwender frei wählbaren Kriterien abfragbar. Anwendungen dieser Aufwinddatei liegen sowohl in der Flugplanung (pre-flight) sowie in der kleinräumigen Navigation (in-flight). Der Export der Aufwindpositionen in gängige Streckenflugprogramme und deren graphische Darstellung ist dabei möglich.

Bereits aus den ersten Karten ist eine deutliche geografische Ungleichverteilung der Flugaktivitäten sichtbar. Erfreulich ist dabei zunächst die Disziplin der Streckensegelflieger, die nahezu mustergültig Flugbeschränkungsbebiete und nicht freigegebene Lufträume meiden.

Unter thermischen Gesichtspunkten stehen über das gesamte Jahr gemittelt Häufungen von Flugbewegungen in bekanntermaßen thermisch guten Abschnitten (Schwäbische Alb, Schwarzwald, Lüneburger Heide bis Oberlausitz) wenig fliegerische Aktivitäten in Harz, Erzgebirge, Thüringer Becken etc. gegenüber, was im Falle der Mittelgebirge schon eher überraschen mag. Unerwartete erhebliche Unterschiede ergeben sich aber bei einer Filterung der geographischen Aufwindverteilung nach Monaten. Während in den Sommermonaten die erwähnten traditionell starken Thermikgebiete am meisten beflogen werden, verlagerten sich im September 2002 die fliegerischen Aktivitäten von der Rennstrecke südlich Berlin (Lausitz bis Fläming) auf das im Sommer eher schwache Gebiet nördlich und nordwestlich Berlins. Eine ähnliche Entwicklung ist auch für die Schwäbische Alb bzw. die niedrig gelegenen Gebiete im Rheintal und in dessen Nähe ersichtlich. Zur Zeit erlaubt die Datenlage noch nicht, daraus Rückschlüsse auf die Thermikgegebenheiten und ihre jahreszeitlich bedingten Veränderungen zu ziehen, da die Thermikkarte nur auswertet, wann und wo geflogen worden ist, aber keine Aussage über die Ursachen dafür liefert. Neben tatsächlich unterschiedlicher thermischer Aktivität gibt es eine große Zahl weiterer Faktoren, die Einfluss auf das Flugverhalten von Piloten und deren Streckenwahl haben. Darunter fallen vor allem traditionelle Verhaltensweisen ("das Thüringer Becken geht nie"), die von Generation zu Generation überliefert werden, aber auch ganz banale äußere Gründe wie Zeiten der Schulferien, Wettbewerbe und Fluglager oder kleinräumige Wetterereignisse. Nicht zuletzt in diesem Zusammenhang muss man sich in Erinnerung rufen, dass die zweite Sommerhälfte des Jahres 2002 durch die Jahrhundertflut geprägt war, die vor allem im Südosten Deutschlands nicht ohne Auswirkungen auf die Segelflugaktivitäten geblieben sein dürfte. Es bleibt daher abzuwarten, ob sich die jahreszeitlich bedingten Trends des Jahres 2002 im Jahr 2003 konsolidieren. Ähnliche Filterungen lassen sich für andere Kriterien vornehmen, etwa die Entwicklung der Thermik mit der Uhrzeit. Außerdem kann die Anzeige in Abhängigkeit von der Zahl oder der mittleren Stärke der Thermik variiert werden. Dabei zeigt sich z. B., dass die höchsten Bartdichten mit sehr schönen Steigwerten im Rheinland und in der Lausitz auftreten. Den Kraftwerken sei's gedankt!

Die Zahl der veröffentlichten Loggerdaten ist ausreichend, um für ein Jahr signifikante Aussagen darüber zu machen, wo in welchem Zeitraum thermisch gute Bedingungen anzutreffen waren. Um daraus Trends abzuleiten oder Vorhersagen für die Zukunft machen zu können, sind aber längerfristigen Auswertungen der Loggerdaten nötig, damit singuläre Einflüsse einzelner Jahre und nicht wetterbedingte Ursachen erkannt werden können. Das gleiche gilt erst recht für den Versuch, Auslösepunkte aus den Daten zu gewinnen, da dann immer mehrere Aufwinde pro Auslösepunkt bei unterschiedlichen Wind- und Wetterverhältnissen benötigt werden. Für die Zukunft sind die Aussichten dafür jedoch ausgezeichnet, insbesondere vor dem Hintergrund der steigenden Beteiligung an den Online-Wettbewerben (DMSt und OLC). Wünschenswert für eine gute meteorologische Bewertung ist darüber hinaus aber eine qualitative Verbesserung der Datenlage, d.h. neben den bisher erfassten Daten (Koordinaten, Höhe, Zeit) müssten zusätzlich Informationen zu Wettersituation, Wind, Fahrt (air speed) und Flugzeugdaten (Typ, Flächenbelastung, Polare) aufgenommen werden. Dies erscheint jedoch nur durch eine Änderung des IGC-Aufzeichnungsstandards der International Gliding Commission möglich. Um so wesentlicher ist vor diesem Hintergrund die Einbindung internationaler Organisationen wie der OSTIV.

Übersicht über die Thermikkarten mit Auswertemöglichkeit:
http://www.akaflieg-frankfurt.de/wissenschaft/thermikkarte/

[Quelle: Dr. Tobias Haas und Dr. Christof Maul, Akaflieg Frankfurt]