Boeing 737 MAX - Ursachen

Verwunschenes Kind von Boeing – Die 737 MAX

Tim Takeoff
30.04.2019
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7 Minuten

Als am 28. Oktober 2018 eine Boeing 737 MAX 8 von Lion Air kurz nach dem Start in der Nähe von Jakarta ins Meer stürzte, ahnte noch niemand wie weitreichend dieser tragische Unfall für die gesamte Industrie sein würde…

Was ist die Boeing 737 MAX?

Die Boeing 737 MAX ist eine Weiterentwicklung der bereits seit 1967 fliegenden Boeing 737. Sie ist die meist gebaute Flugzeugfamilie der Welt und fliegt als MAX bereits in der vierten Generation. Die Zelle selbst wurde dabei wenig bis kaum verändert. Im stetigen Kampf gegen den Konkurrenten Airbus, der mit seiner „NEO“ Generation im Jahre 2010 bereits mit zahlreichen Modifikationen und Sprit sparenden Triebwerken auf den Markt ging, folgte Boeing 2011 mit der Neuauflage der 737. Bis Ende März 2019 wurden über 5.000 Flugzeuge weltweit bestellt.

Das MAX-Konzept

Um den Ursprung der nun bestehenden Probleme zu verstehen, muss man ganz am Anfang beginnen: Das Konzept hinter der 737 MAX. Die MAX fliegt im Vergleich zur vorherigen Generation mit neuen, hochmodernen LEAP-Triebwerken. Diese verfügen über eine größere Leistung und verbrauchen deutlich weniger Treibstoff. Nachteilig für die 737 ist ihre Bauart. Da die neuen Triebwerke einen circa 20 Zentimeter größeren Durchmesser aufweisen als ihre Vorgänger, konnte Boeing diese nicht an der bestehenden Position montieren. Selbst die alten Triebwerke der 737 NG Serie hingen bereits sehr knapp über dem Boden. Um die neuen LEAP-Motoren zu verwenden, wurden die Triebwerke daher an deutlich weiter nach vorn reichenden Pylonen befestigt, womit das gesamte Triebwerk höher liegt.

Verschiebung der Flugcharakteristik

Eine solche, weiter vorne sitzende, Position der Triebwerke, kombiniert mit allgemein höherer Leistung, führt unweigerlich zu einer Verschiebung der kompletten Flugcharakteristik. Eine wichtige Eigenschaft ist das Verhalten des Winkels der anströmenden Luft zur Flugzeugneigung. Dies nennt man den Anstellwinkel. Durch die neuen LEAP-Triebwerke erzeugt das Flugzeug bei einem Anstellwinkel über 14 Grad soviel Auftrieb, dass es für den Piloten schwierig wird, die Kontrolle zu behalten. Aus der Kombination hohe Leistung und hoher Anstellwinkel kann ein Strömungsabriss resultieren.

Fliegen mit Hilfe von Software

Genau wie Airbus setzt nun auch Boeing nach der 777, 747-8 und der 787 auf Fly-By-Wire Technik in der 737 MAX. Mithilfe von Software lassen sich zahlreiche Flugzustände und Eigenschaften regelrecht „programmieren“. Dies hängt natürlich immer vom aerodynamischen Grundkonzept des Flugzeuges sowie den Parametern ab, die der Flugcomputer von den äußeren Sensoren erhält. Dieser Flugcomputer wertet sämtliche Daten aus, verflechtet sie mit den Eingaben der Piloten und des Autopiloten und versucht stetig, einen stabilen Flugzustand zu gewährleisten.

Hohe Systemkomplexität – nicht nur bei Boeing

Nicht nur Boeing, sondern auch Airbus und viele andere Hersteller fliegen mit Fly-By-Wire Technologie. Sollten falsche Werte auftreten, werden Systeme automatisch oder vom Piloten isoliert, der immer die höchste Priorität haben sollte. Der Pilot sollte jederzeit das Verhalten der Automatik verstehen und bei nicht zufriedenstellender Performance eingreifen und korrigieren können. In sämtlichen Fly-by-Wire Flugzeugen können elementare Flugcomputer auch einzeln abgeschaltet oder in einen sekundären Modus versetzt werden. Je komplexer ein System arbeitet, desto anfälliger ist es für Fehler.

Das MCAS

Betrachtet man nun die konzeptionelle Problematik der B737 MAX, war es in den Augen von Boeing erforderlich, ein System zu implementieren, das automatisch entgegen der Gewalt der Triebwerke agiert. Mithilfe der Trimmung, die auch die Piloten nutzen, um das gesamte Höhenruder zu verstellen, wollte man dem „Pitch-Up“ (Nase-Hoch) Moment des Flugzeuges entgegenwirken. Dieses System nannte Boeing „Maneuvering Characteristics Augmentation System“ – kurz „MCAS“. In kritischen Zuständen sollte damit der Anstellwinkel automatisch reduziert werden. Die Werte, die das MCAS benötigt, um den Flugzustand zu analysieren, kommen hauptsächlich von einem von zwei Anstellwinkelsensoren. Diese sind unterhalb des Cockpits montiert und messen die anströmende Luft.

Die goldene Grundregel – Redundanz

Die Funktionsweise des MCAS widerspricht genau genommen einer „goldenen Grundregel“ der Luftfahrt: Ein System, das derart großen Einfluss auf die Flugeigenschaft hat, muss redundant ausgelegt sein. Die Berechnung des MCAS beruht jedoch hauptsächlich auf einem einzelnen Sensor.

Was passierte auf dem Lion Air Flug 610?

Im Falle des Lion Air Unfalles am 28. Oktober 2018 gab es kurz nach dem Start eine Differenz der Werte der Anstellwinkelsensoren von fast 20 Grad. Das Flugzeug bewertet diesen Flugzustand als Strömungsabriss. Zahlreiche Fehlermeldungen und ein Schütteln des Steuerknüppels gaben dies an die Piloten weiter, obwohl nur ein Sensor von einem Fehler betroffen war. Das MCAS gab wiederholte, unnötige und gefährliche Inputs in die Höhenrudertrimmung, um die Nase des Flugzeuges zu senken. Die Piloten versuchten vehement dagegen zu steuern, doch das System regelte immer wieder nach. Die Kräfte, die am Steuerhorn auftraten waren immens. Die Piloten versuchten, sie mit elektrischer Trimmung, und schlussendlich mit reiner Muskelkraft, zu halten, doch sie wurden irgendwann zu groß und die Piloten verloren die Kontrolle. Das Flugzeug stürzte bereits 13 Minuten nach dem Start in die Javasee.

Probleme existierten bereits am Vortag

Bereits am Vortag des Unglücks kam es beim selben Flugzeug zu ähnlichen Problemen mit den Anstellwinkelsensoren. Ein weiterer voll-zertifizierter Kapitän für die B737 Max, der sich jedoch auf diesem Flug lediglich als Passagier an Bord befand, war im Cockpit und machte die Crew darauf aufmerksam. Sie schafften es, das System abzuschalten und den Flug manuell weiterzuführen. Als das Flugzeug sicher in Jakarta landete, wurde der Anstellwinkelsensor von den Technikern getauscht und die 737 MAX wieder als flugtüchtig freigegeben.

Was geschah auf dem Ethiopian Flug 302?

Am 10. März 2019 kam es zu einem ähnlichen Vorfall, als Ethiopian Airlines Flug 302 vom Flughafen Addis Abeba startete. Dieses Mal betrug der Unterschied der beiden Sensoren sogar fast 60 Grad. Auch in dieser Situation Griff das MCAS mehrfach direkt in die Trimmung des Flugzeuges ein und führte einen steilen Sinkflug herbei. Die Piloten schafften es nach mehreren, manuellen Trim-Versuchen und trotz korrekter Bearbeitung der Checklisten nicht, das System zu überstimmen. 157 Menschen verloren beim Absturz ihr Leben.

Hier haben wir noch ein gutes Video (englisch) für euch, dass die Hintergründe erläutert.

Die Reaktion der Behörden

Beide Flugunfälle werden weiter untersucht, daher muss man die finale Bewertung aller Faktoren abwarten. Bereits am Tag nach dem Absturz der Ethiopian verhängte China ein komplettes Flugverbot für die 737 MAX Familie. Die FAA attestierte der 737 MAX zunächst weitere Flugtüchtigkeit. Erst als in den folgenden Tagen zunächst England, gefolgt von der EASA und Canada weitere Flugverbote verhängten, unterschrieb US-Präsident Donald Trump eine Anweisung zum weltweiten Flugverbot der 737 MAX. In der Luft befindliche Flugzeuge durften ihren Flug bis zum Zielort fortsetzen und mussten dort am Boden bleiben. Kurz darauf folgte auch ein komplettes Verbot der FAA. Seit diesen Verboten stehen sämtliche 737 Max am Boden.

Von Zulassung und Umschulung

Dass die Zulassung eines neuen Flugzeugtyps sehr aufwendig und teuer ist, wissen die meisten. Daher ist es für Hersteller wichtig, dass diese rasch und problemlos verläuft. Airbus und Boeing arbeiten eng mit den jeweiligen Zulassungsbehörden, wie FAA in den USA oder der EASA in Europa, zusammen. Da es insbesondere für Boeing wichtig war, die Einweisung der bestehenden 737 Piloten auf die MAX zu erleichtern, wurde zunächst auf eine genaue Schulung im Simulator und alle Eigenheiten des MCAS-Systems in den Handbüchern verzichtet. Einige Piloten wurden lediglich mit einem einstündigen Training am iPad für die 737 MAX geschult.

Wie geht es nun weiter?

Inzwischen prüfen sämtliche Luftfahrtbehörden die Zulassung des Flugzeuges erneut. Boeing arbeitet offiziell an einem in Kürze erscheinenden Update für die 737 MAX Familie. Dieser Prozess dürfte für die Firma aus Illinois sehr empfindlich werden. Auch Airbus hatte in der Vergangenheit große Probleme mit ihren Anstellwinkelsensoren. Ein Airbus A321 der Lufthansa verlor am 5. November 2014 plötzlich fast 4.000 Fuß Höhe, da beide Sensoren vereist waren. Die Piloten handelten außerhalb des Handbuchs vorbildlich und konnten das System deaktivieren. Erst nach dem Vorfall wurden die Verfahren und die Beschreibungen der Systeme von Airbus geändert. Es gab keine Verletzten. Allerdings sieht man anhand dieser Beispiele immer wieder, wie wichtig ein ausführlicher Zulassungsprozess und die Schulung der Piloten sein können. Da moderne Flugzeug immer extremer „gezüchtet“ werden, ist es umso wichtiger, alle Flugzustände ausreichend unter Aufsicht zu testen.

Titelbild – Quellenangabe für redaktionelle Verwendung: VanderWolf Images / Shutterstock.com

von Tim Takeoff

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