Software-Update bei Boeing - Alles wieder gut?

Boeing sagt, seine Flugzeuge seien nach einem Software-Update und hunderten Testflügen wieder sicher. Welche Fehler haben die Ingenieure nun genau behoben?

Am Donnerstag hatte der US-Flugzeugbauer Boeing bekanntgegeben, dass es das Software-Update an der gesamten Flotte von 737 MAX-Flugzeugen abgeschlossen hat. Die Firma habe zudem 207 Testflüge mit mehr als 360 Flugstunden absolviert.

Der Flugzeugtyp sei wieder sicher. Probleme, die zum Absturz von Lion Air Flug 610 im Oktober 2018 und von Ethiopian Airlines Flug 302 im März 2019 geführt hatten, würden in Zukunft nicht mehr auftreten.

Jetzt prüfen die Luftfahrtbehörden, ob die Maschinen bald wieder starten dürfen.

Was hatte zu den Abstürzen geführt?

Die Abstürze gingen wahrscheinlich darauf zurück, dass ein für die 737 MAX-Flugzeuge entwickeltes Steuerungssystem namens Maneuvering Characteristics Augmentation System (MCAS) fehlerhafte Daten von einem Sensor erhielt, der den Anstellwinkel des Flügels zum Luftstrom misst.

Der Anstellwinkel ist entscheidend für den Auftrieb des Flugzeugs. Ist er zu niedrig, geht das Flugzeug in einen Sinkflug über. Ist er zu hoch, kommt es im hinteren Teil des Flügels zu einem Strömungsabriss. Dann kann es passieren, dass der Pilot die Kontrolle über das Flugzeug verliert und es wie ein Stein herunterfällt.

Solch einen drohenden Strömungsabriss soll das MCAS verhindern, indem es die Nase des Flugzeuges mit Hilfe des Höhenruders nach unten drückt.

Das tat es in den beiden Unglücksfällen auch, allerdings so stark, dass die Piloten keine Chance mehr hatten, Höhe zu gewinnen. Es gelang ihnen nicht, das Flugzeug wieder in den Steigflug zu versetzen, weil das MCAs immer wieder nach unten gegensteuerte – bis die Flugzeuge am Ende abstürzten. 

Mehr dazu: Warum Strömungsabrisse bei Flugzeugen so gefährlich sind

Infografik Strömungsabriss DE

Erstes Problem: Flugzeuggeometrie

Boeing hatte das MCAS System eingeführt, um ein tiefergehendes, strukturelles Problem mit der Flugzeuggeometrie zu lösen. Die 737 MAX hatte ein größeres und schweres Triebwerk bekommen als ursprünglich gedacht. Dafür war es damit leiser und sparte Treibstoff.

Das Triebwerk musste wegen seiner Größe aber etwas weiter vorne und auch höher am Flügel befestigt werden. Das führte zu einer veränderten Aerodynamik. Damit war das Flugzeug anfällig für ein Phänomen, dass sonst vor allem von Überschall-Militärflugzeugen mit Flügeln in Pfeilform bekannt ist: Der sogenannte Pitch-Up. 

Themenseiten

Dabei handelt es sich um eine besondere Form des Strömungsabrisses, der bei jeder Geschwindigkeit auftreten kann. Diese Gefahr sollte MCAS durch frühzeitiges Eingreifen abwenden.

Dafür sollte MCAS ursprünglich den Anstellwinkel des Flügels um 0,6 Grad nachregulieren können. In der Tat war MCAS dann aber so konfiguriert, dass es den Winkel auch um bis zu 2,5 Grad korrigieren konnte – das entspricht etwa der Hälfte dessen, was bei dem Flugzeugtyp physikalisch möglich war. Unterm Strich: MCAS hatte zu weitreichende Steuer-Befugnisse. 

Da die Geometrie des Flugzeuges nicht verändert wird, bleibt MCAS weiterhin in Betrieb und wacht darüber, dass kein Strömungsabriss auftritt. Aber für alle anderen Probleme, nämlich die, welche Ursächlich für die Abstürze waren, haben die Ingenieure Lösungen gefunden. 

So fliegen wir morgen: Der Flugzeugträger für die Stadt - Ein Flughafen für die Zukunft

Die riesigen Triebwerke des Fliegers sind sehr umweltfreundlich, aber hängen weit vorne und sind schwer.

Zweites Problem: Wer entscheidet - Roboter oder Pilot?

Bei beiden Abstürzen hatte der Roboter entschieden. Offensichtlich konnten die Piloten das MCAS nicht ausschalten, um die Kontrolle wiederzugewinnen.

Zwar hätten sie die Möglichkeit gehabt, das MCAS lahmzulegen, das hätte aber auch bedeutet, dass die elektronische Steuerung des Höhenruders ebenfalls ausgefallen wäre.

Zwar gibt es als Rückfalloption noch eine manuelle Steuerung, die ist aber nicht in allen Flugsituationen stark genug um das Flugzeug stabil zu halten. Also hätte der Pilot unter Umständen wieder die elektronische Unterstützung anschalten müssen - was wiederum das MCAS reaktiviert hätte.

Im Falle der zwei Abstürze kam es aber gar nicht dazu: Die Piloten hatten die elektronische Steuerung nicht ausgeschaltet und versuchten verzweifelt, das Flugzeug wieder nach oben zu bringen. 

Die Lösung, die Boeing nun umgesetzt hat, entmachtet das MCAS zu einem großen Teil: 

Piloten können - wenn nötig - MCAS durch ein intuitives starkes Ziehen am Steuerknüppel überwinden. 

Drittes Problem: Welchem Sensor darf man trauen?

Das MCAS bekommt verschiedene Sensordaten und errechnet daraus, in welcher Fluglage sich das Flugzeug gerade befindet: Geschwindigkeit, Flughöhe und der Anstellwinkel zum Luftstrom.

Grundsätzlich sind alle Sensoren im Flugzeug doppelt ausgelegt, so dass beim Ausfall eines Sensors immer noch ein anderer funktioniert. Ursprünglich war MCAS so ausgelegt, dass der Pilot eine Fehlermeldung bekommt, wenn die zwei Anstellwinkel-Sensoren widersprüchliche Daten liefern.

Mehr dazu: Boeing verschwieg Problem mit 737 MAX

Der Unglücksflieger dürfte bald wieder startbereit sein.

Allerdings funktionierte diese Warnmeldung nur, wenn auch ein zusätzlicher Anzeigemonitor im Cockpit installiert war und der gehörte nicht zur Basisversion der Flugzeuge. 

Nur etwa ein Fünftel der ausgelieferten Flugzeuge sind damit ausgestattet. Die abgestürzten Flugzeuge besaßen keinen Monitor. Deswegen konnten die Piloten gar nicht erkennen, dass die Sensoren falsche Daten lieferten. 

Boeings Lösung: Das elektronische Kontrollsystem des Flugzeugs gleicht in Zukunft immer die Daten von beiden Anstellwinkel-Sensoren ab. Sollte es zwischen beiden - bei eingefahrenen Flügelklappen - eine Differenz von mehr als 5,5 Grad geben, kann das MCAS in Zukunft nicht mehr eingreifen.

Zudem bietet Boeing nun für alle Flugzeuge kostenlos die Nachrüstung mit dem bisher kostenpflichtigen Monitorsystem an, das bei falschen Sensordaten Alarm schlägt. 

Viertes Problem: Schulung und Information

Unklar ist, ob die Unglückspiloten über den Umgang mit dem MCAS ausreichend geschult waren und überhaupt wussten, was sie in der Situation eventuell noch hätten tun können, um das Flugzeug zu retten.

Was die Situation verschärfte: Auf die Funktion des MCAS wurde in dem geltenden Handbuch für den Flugzeugtyp  nicht hingewiesen. Die Ingenieure waren offensichtlich davon ausgegangen, dass das MCAS automatisch sicher funktioniert.

Unter normalen Bedingungen merken die Piloten vom MCAS nämlich nichts. Entsprechende Hinweise hätten alltägliche Piloten nur noch mehr verwirrt, so wohl die Logik des Herstellers. 

Das wird in Zukunft nicht mehr so sein: Ab jetzt nimmt Boeing den Umgang mit MCAS in sein Trainingsprogramm für 737-Piloten auf, das Handbuch wird um ein ausführliches Kapitel ergänzt. 

Die US-Luftfahrtbehörde FAA prüft derzeit noch, ob die Bedingungen für eine Wiederzulassung des Flugbetriebes gegeben sind. Frühestens in einigen Wochen könnte es dafür grünes Licht geben.

Andere internationale Zulassungsbehörden brauchen voraussichtlich noch etwas länger bis sie den technischen Details und auch dem ergänzten Fortbildungsprogramm für Piloten zustimmen können. Erst dann dürften die Boeing 737 MAX-Maschinen auch auf anderen Kontinenten wieder fliegen. 

Mehr dazu: Die Flugzeuge von morgen

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Hauchdünn aber tragfähig

Die Victoria-Seerose ist eine zierliche aber auch starke Pflanze: Dieses Baby trägt sie mit Leichtigkeit. Große Exemplare können sogar einen Erwachsenen tragen. Aber wie schaffen die grazilen Pflanzen das?

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Mit dem 3D-Scanner dem Rätsel auf der Spur

Wie das möglich ist, versucht hier ein Luftfahrt-Ingenieur von Airbus herauszufinden. Zunächst scannt er die filigrane Struktur der Victoria-Seerose mit einem 3D-Scanner ab. Anschließend gibt er die Daten in einen Computer ein.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Optimale Lastenverteilung via Computer

Am Computer lassen sich Modelle aus der Natur gut darstellen. Das Nachahmen solcher Vorbilder in Design und Konstruktion nennt sich Bionik. Dieses Beispiel stammt vom Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung. Hier errechnet der Computer, wie eine tragende Netzstruktur am besten gebaut sein muss, um Lasten an zwei festgelegten Punkten zu tragen.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Tragende Stege

So ähnlich macht es auch die Seerose. Die Stege sind dort dicker und dichter angeordnet, wo große Belastungen auftreten. Dort, wo weniger Druck oder Masse auf die Oberfläche der Seerose wirkt, werden die Abstände größer und die Stege schmaler und niedriger.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Der Seerosen-Spoiler

Und das kommt dabei heraus: Ein Flugzeug-Spoiler, den Airbus unter Anwendung des Seerosen-Modells entworfen und dann durch selektives Laserschmelzen ausgedruckt hat. Es ist eine ultraleichte - aber hochstabile - Metallkonstruktion, die so mit anderen Herstellungsverfahren gar nicht möglich gewesen wäre.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Innovator bei Airbus

Peter Sander hat den 3D-Druck bei Airbus in Hamburg vorangetrieben. Der Seerosen-Spoiler ist nur eins von vielen Projekten, die er dort mit dem Laserzentrum Nord - einer universitätsnahen Produktionsgesellschaft - umgesetzt hat. Seit 2016 betreibt Airbus die Serienfertigung mit eigenen 3D-Druckern.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Vorbilder gibt es auch im Kleinen

Auch dieses Vorbild für bionischen Leichtbau stammt vom Alfred-Wegener-Institut. Es ist die mikroskopische Aufnahme einer Kieselalge. Die Skelette der Kleinstorganismen müssen extrem hohen Belastungen standhalten. Daher schützen sie sich seit Beginn der Evolution durch die Nutzung von Konstruktionsprinzipien, die gewaltige Lasten tragen können.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Tragplatten nach Kieselalgenvorbild

Forscher des Instituts haben nach dem Vorbild solche Wabenstrukturen geschaffen, die sich in der Praxis für viele Bereiche des Leichtbaus eignen, etwa für Flugzeuge oder Automobile. Auch diese Trägerplatten wurden mit 3D-Druckern ausgedruckt, allerdings nicht aus Metall, sondern aus Kunststoff.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Zurück im Flugzeug

Hier wurde ein ganzes Flugzeug nach bionischen Prinzipien entworfen. Das Gehäuse sieht aus als sei es wie ein Baum gewachsen. Diese Studie von Airbus ist noch weit von der Umsetzung entfernt. Es wird also sicher noch einige Jahrzehnte dauern, bis wir diesen Ausblick genießen können.

Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Das Flugzeug der Zukunft

Die Metalldrucker, die bei Airbus in Betrieb sind, können nur verhältnismäßig kleine Teile ausdrucken - bis zu etwa einem Meter Kantenlänge. Ganze Flugzeuge, so wie hier, wird es so schnell nicht aus dem Drucker geben. Aber auch kleine Teile bringen erhebliche Gewichtseinsparungen - und damit verbrauchen die Flieger der Zukunft deutlich weniger Sprit.

Mehr zum Thema