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Lektion 6 · Flugleistung & Flugplanung

Masse und Schwerpunkt

Masse, Hebelarm und Moment, der Schwerpunktbereich und die Beladung innerhalb der Grenzen — EASA-PPL-Theorie (Deutschland & Österreich)

~20 Min. SEP · VFR EASA Part-FCL

1 — Was sind Masse, Hebelarm und Moment?

Bei Masse und Schwerpunkt geht es um zwei Fragen: Ist das Flugzeug zu schwer, und ist die Ladung am richtigen Ort? Die zweite ist reine Hebelwirkung — stell dir das Flugzeug als Wippe vor.

Moment = Masse × Hebelarm — das Flugzeug als Wippe
Bezugspunkt Nase Heck Gleichgewichtspunkt = Schwerpunkt Masse Masse Hebelarm Moment = Masse × Hebelarm

Jedes Ladungsstück sitzt an einem Hebelarm — einem Abstand von einem festen Bezug, dem Bezugspunkt. Multiplizierst du eine Masse mit ihrem Hebelarm, erhältst du ein Moment (kg·m), die Drehwirkung um den Bezugspunkt. Addiere jede Masse und jedes Moment, dann:

Der Schwerpunkt ist der GleichgewichtspunktSchwerpunkt = Gesamtmoment ÷ Gesamtmasse

Der Schwerpunkt (CG) ist der Punkt, an dem das ganze Flugzeug im Gleichgewicht ist. Die Beladung ist reine Buchführung: jede Masse × Hebelarm auflisten, die Spalte summieren, teilen.

Zwei Gründe für eine maximale Masse
Struktur: mehr Masse bedeutet mehr Belastung der Zelle — Flügelbiegung, Fahrwerkslasten — daher begrenzt die MTOM sie. Leistung: ein zu schweres Flugzeug hat eine längere Startstrecke, einen schlechteren Steigflug, der Hindernisse evtl. nicht freischlägt, eine höhere Überziehgeschwindigkeit und eine niedrigere Gipfelhöhe. Sowohl die Struktur als auch die Tagesleistung können die Masse begrenzen; du nimmst die kleinere Grenze. Und sichere die Ladung — ein ungesichertes Gepäckstück, das im Steigflug nach hinten rutscht, verschiebt den Schwerpunkt mit.

2 — Was bewirken ein vorderer und ein hinterer Schwerpunkt?

Der Schwerpunkt muss zwischen einer vorderen und einer hinteren Grenze bleiben. Beide Ränder gibt es aus gutem Grund — und sie versagen auf entgegengesetzte Weise.

Wo der Schwerpunkt liegt, ändert das Flugverhalten
Vorderer Schwerpunkt
Auftrieb Gewicht
  • Stabiler, kopflastig
  • Schwereres Höhenruder · höhere Überziehgeschwindigkeit · längere Startstrecke
Hinterer Schwerpunkt
Auftrieb Gewicht
  • Weniger stabil, hecklastig
  • Leichtere Steuerung · Gefahr eines nicht ausleitbaren Strömungsabrisses / Trudelns

Die hintere Grenze ist die gefährliche
Zu weit vorne kostet vor allem Leistung — schwereres Höhenruder, höhere Überziehgeschwindigkeit, mehr Piste. Zu weit hinten trifft die Sicherheit: Das Flugzeug wird instabil, und ein Strömungsabriss oder Trudeln kann nicht mehr ausleitbar werden. Im Zweifel eher nach vorne laden.

Die Kräfte, die das Flugzeug ausbalancieren
Drei Kräfte bestimmen das Längsgleichgewicht: der Auftrieb wirkt im Druckpunkt (CofP), das Gewicht wirkt im Schwerpunkt (CG), und das Höhenleitwerk liefert eine ausgleichende Kraft. Bei den meisten Leichtflugzeugen liegt der CofP hinter dem CG, die Nase neigt also zum Abkippen und das Höhenleitwerk trägt einen Abtrieb, um das Gleichgewicht zu halten. Wandert der CG nach hinten, schrumpft dieser Abtrieb — weniger Stabilität; wandert er nach vorne, muss das Leitwerk stärker drücken — schwerer am Höhenruder.

3 — Belade es selbst

Die vordere und hintere Grenze, über der Masse aufgetragen, bilden den Schwerpunktbereich — einen Kasten, in dem dein beladener Punkt liegen muss. Stell die Ladung ein und beobachte, wie sich dein Start-Punkt und dein Punkt ohne Kraftstoff bewegen:

Belade das Flugzeug — bleib im Schwerpunktbereich
·
PositionMasseHebelarmMoment

Beispielhaftes SEP. Echte Werte stammen immer aus dem Massen- und Schwerpunktblatt deines Luftfahrzeugs.

Erst die Tabelle, dann das Diagramm
Die Tabelle erledigt die Momentenrechnung; der Bereich zeigt das Urteil. Grüner Kasten = zulässig. Verlässt einer der Punkte den Kasten oder überschreitet die Masse die MTOM, ist die Beladung nicht zulässig — verteile sie neu.

4 — Wie verschiebt der Kraftstoffverbrauch den Schwerpunkt?

Du landest nicht mit der Masse, mit der du gestartet bist — unterwegs verbrennst du Kraftstoff. Da Kraftstoff seinen eigenen Hebelarm hat, verschiebt sein Verbrauch den Schwerpunkt. Bei unserem Beispielflugzeug sitzt der Tank hinter dem Schwerpunkt, also wandert der Schwerpunkt mit sinkendem Kraftstoff nach vorne.

Rechenbeispiel — Leermasse 770 kg @ 0,90 m, zwei Vordersitze 160 kg @ 0,94 m, Rücksitze 80 kg @ 1,85 m, Gepäck 20 kg @ 2,40 m, Kraftstoff 100 L (72 kg) @ 1,20 m:

  1. Momente: 693 + 150,4 + 148 + 48 + 86,4 = 1.125,8 kg·m.
  2. Masse: 770 + 160 + 80 + 20 + 72 = 1.102 kg (unter MTOM 1.150 ✓).
  3. Schwerpunkt: 1.125,8 ÷ 1.102 = 1,022 m (innerhalb 0,89–1,20 ✓).
  4. Bei der Landung (ohne Kraftstoff): 1.030 kg, Schwerpunkt 1,009 m — weiterhin innerhalb. Beide Enden des Fluges sind zulässig.

Zwei Momente, nicht eines
Prüfe den Schwerpunkt sowohl beim Start als auch ohne Kraftstoff. Eine Beladung, die mit vollem Tank zulässig ist, kann beim Leerwerden aus den Grenzen wandern — oder umgekehrt.

5 — Die zwei Prüfungen & häufige Fallen

Jede Beladung muss zwei unabhängige Prüfungen bestehen: Masse ≤ MTOM und Schwerpunkt innerhalb des Bereichs. Die eine kann bestehen, während die andere versagt.

Innerhalb der Masse ≠ innerhalb des Schwerpunkts
Ein Flugzeug kann unter MTOM, aber außerhalb des Schwerpunkts sein (z. B. leicht, aber mit schwerem Gepäck weit hinten) oder bei zulässigem Schwerpunkt überladen. Eine bestandene Prüfung sagt nichts über die andere — prüfe beide, für Start und Landung.

Wissenscheck

Frage 1
Ein 20-kg-Gepäckstück sitzt an einem Hebelarm von 2,40 m vom Bezugspunkt. Sein Moment beträgt:
Frage 2
Gesamtmasse 1.100 kg, Gesamtmoment 1.122 kg·m. Der Schwerpunkt liegt bei:
Frage 3
Welcher Schwerpunktfehler ist gefährlicher?
Frage 4
Das Flugzeug ist 30 kg unter MTOM, aber der beladene Schwerpunkt liegt 0,02 m hinter der hinteren Grenze. Du darfst:
Frage 5
Die Tanks liegen hinter dem Schwerpunkt. Wenn während des Fluges Kraftstoff verbraucht wird, wandert der Schwerpunkt:

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