Was ist die Längsneigung?

Die Längsneigung einer Befestigung ist ihre Neigung in Fahrtrichtung, in Prozent. Eine Neigung von 1 % bedeutet, dass die Oberfläche auf 100 m um 1 m steigt oder fällt. FAA AC 150/5300-13B definiert die Oberflächenneigung (surface gradient) als „die Steig- oder Gefällerate einer Flugplatzoberfläche“. EASA und ICAO nennen dieselbe Größe „slope“, und die FAA schreibt außerdem „grade“ und „gradient“.

Auf einer Piste verläuft die Fahrtrichtung entlang der Mittellinie. ICAO berechnet die mittlere Pistenneigung als Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Höhe der Mittellinie, geteilt durch die Pistenlänge. Das Wort „längs“ gibt die Richtung an. Die Neigung selbst ist eine Höhenänderung je horizontaler Strecke.

Längsneigung und Querneigung

Die Querneigung, auch transversale Neigung genannt, verläuft quer über die Befestigung. Sie leitet Wasser zu den Rändern ab. EASA sagt, dass die Pistenoberfläche ein Dachprofil haben sollte, das heißt, sie fällt von der Mittellinie zu beiden Rändern ab. Eine einseitige Querneigung ist die Ausnahme. Die gesamte Oberfläche fällt dann von einer Seite zur anderen, in Richtung des Windes, der am häufigsten mit Regen kommt.

Dies sind EASA-Werte aus CS-ADR-DSN.B.060, B.080, D.265, D.280 und E.360. Die Längsgrenzwerte der Piste hängen von der Code-Zahl ab, die Querneigungsgrenzwerte vom Code-Buchstaben. Die Querneigung der Piste liegt bei mindestens 1 %. An Kreuzungen von Piste und Rollweg können flachere Neigungen nötig sein. Die FAA begrenzt außerdem die Querneigung der Piste. AC 150/5300-13B Tabelle 3-6 nennt 1,0 % bis 2,0 % für Anflugkategorien A und B und 1,0 % bis 1,5 % für die Kategorien C, D und E.

Wasser fließt entlang der kombinierten Längs- und Querneigung ab. ICAO Anhang 14 Attachment A und EASA GM1 ADR-DSN.B.191 sagen, dass diese kombinierte Neigung der Abflussweg ist. Querrillen verkürzen ihn. EASA GM1 ADR-DSN.B.080 sagt, dass eine angemessene Kombination aus Längs- und Querneigung das Oberflächenwasser ableitet.

Warum sie wichtig ist

Die FAA hält fest, dass eine ansteigende Piste die Beschleunigung behindert und die Startrollstrecke verlängert. Eine abfallende Piste wirkt sich auf die Verzögerung aus und verlängert die Ausrollstrecke bei der Landung. Die Neigungsvorgaben schützen außerdem:

• den Betrieb innerhalb der strukturellen Grenzen des Luftfahrzeugs
• die Oberflächenentwässerung, um das Risiko von Aquaplaning zu verringern
• die Sichtlinie des Piloten
• den ruhigen Lauf des Flugzeugs

Pistengrenzwerte nach EASA und ICAO

CS-ADR-DSN.B.060 und ICAO Anhang 14, Band I, Absätze 3.1.13 bis 3.1.16, verwenden das Wort „sollte“. In Anhang 14 sind sie Empfehlungen, keine Standards. Sie legen drei Arten von Grenzwerten fest.

• Mittlere Neigung. Teilen Sie die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Höhe der Mittellinie durch die Pistenlänge. Das Ergebnis sollte bei Code-Zahl 3 oder 4 nicht über 1 % liegen, bei Code-Zahl 1 oder 2 nicht über 2 %.
• Neigung auf einem beliebigen Abschnitt. Die Neigung sollte bei Code-Zahl 4 nicht über 1,25 % liegen und bei Code-Zahl 3 nicht über 1,5 %. Bei Code-Zahl 1 oder 2 sollte sie nicht über 2 % liegen. Im ersten und letzten Viertel einer Piste mit Code-Zahl 4 sollte sie nicht über 0,8 % liegen. Dieselben 0,8 % gelten für das erste und letzte Viertel einer Präzisionsanflugpiste der Kategorie II oder III mit Code-Zahl 3.
• Neigungsänderungen. Eine Änderung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Neigungen sollte bei Code-Zahl 3 oder 4 nicht über 1,5 % liegen. Bei Code-Zahl 1 oder 2 sollte sie nicht über 2 % liegen. Der Übergang sollte eine gekrümmte Fläche sein. Die Änderungsrate sollte diese Werte nicht überschreiten:
  • Code-Zahl 4: 0,1 % pro 30 m (Radius 30 000 m)
  • Code-Zahl 3: 0,2 % pro 30 m (Radius 15 000 m)
  • Code-Zahl 1 oder 2: 0,4 % pro 30 m (Radius 7 500 m)

Ein Beispiel zeigt, was die Rate bedeutet. Eine Neigungsänderung von 1,5 % auf einer Piste mit Code-Zahl 3 entspricht 7,5 Schritten zu je 0,2 %. Jeder Schritt umfasst 30 m, also ist die Ausrundung mindestens 225 m lang. Das entspricht dem Radius von 15 000 m mal der Änderung von 0,015.

Aufeinanderfolgende Ausrundungen sollten nicht dicht beieinanderliegen. Anhang 14, Absatz 3.1.18, legt einen Mindestabstand zwischen ihren Schnittpunkten fest. Bilden Sie die Summe der beiden Neigungsänderungen in Prozent. Multiplizieren Sie sie mit 30 000 m (Code-Zahl 4), 15 000 m (Code-Zahl 3) oder 5 000 m (Code-Zahl 1 oder 2). Der Abstand sollte nicht kleiner sein als dieser Wert oder als 45 m, je nachdem, welcher größer ist. EASA GM1 ADR-DSN.B.075 enthält ein Beispiel für Code-Zahl 3. Die Neigungen sind +1 %, dann -0,5 %, dann +0,5 %. Die Summe der Änderungen ist 1,5 % plus 1 %, das sind 2,5 %. Der Abstand beträgt mindestens 15 000 m mal 0,025, also 375 m.

Wo eine Neigungsänderung nicht vermieden werden kann, sollte ein Pilot entlang der Piste sehen können. CS-ADR-DSN.B.070 verlangt eine ungehinderte Sichtlinie zwischen Punkten über der Piste auf mindestens der halben Länge. Die Höhe beträgt 3 m für Code-Buchstaben C bis F, 2 m für Code-Buchstabe B und 1,5 m für Code-Buchstabe A.

ICAO gibt Hinweise für Präzisionsanflugpisten. Neigungsänderungen sollten auf einer rechteckigen Fläche, die mindestens 300 m lang ist und vor der Landeschwelle liegt, vermieden oder auf ein Minimum beschränkt werden. Die Fläche ist 120 m breit. Flugzeuge mit automatischer Landung nutzen über diesem Gelände einen Funkhöhenmesser. Wo eine Neigungsänderung nicht vermieden werden kann, sollte die Änderungsrate zwischen zwei aufeinanderfolgenden Neigungen 2 % pro 30 m nicht überschreiten. Dies ist Anhang 14 Attachment A, Abschnitt 4.3. Es ist eine Empfehlung, kein Standard.

Rollweg- und Vorfeldgrenzwerte

CS-ADR-DSN.D.265 sagt, dass die Neigung eines Rollwegs bei Code-Buchstaben C bis F 1,5 % und bei Code-Buchstaben A und B 3 % nicht überschreiten sollte. CS-ADR-DSN.D.270 begrenzt die Änderungsrate der Neigung bei Code-Buchstaben C bis F auf 1 % pro 30 m (Radius 3 000 m). Für Code-Buchstaben A und B liegt die Grenze bei 1 % pro 25 m (Radius 2 500 m). Dieselbe Spezifikation enthält eine Ausweichregel. Wenn diese Raten nicht erreicht werden, sollte die Ausrundung den sicheren Betrieb aller Flugzeuge bei allen Wetterbedingungen ermöglichen.

Auf einem Vorfeld sagt CS-ADR-DSN.E.360, dass die Neigungen ausreichen sollten, damit sich kein Wasser sammelt, und nicht größer sein sollten, als die Entwässerung erfordert. Auf einem Flugzeugstand beträgt die Höchstneigung 1 % in jede Richtung. EASA GM1 ADR-DSN.E.360 sagt, dass der Entwurf die Wirkung der Neigung auf ein Flugzeug berücksichtigen sollte, das am Stand bremst und dann zum Start rollt.

FAA-Vorgaben

AC 150/5300-13B, Absatz 3.16.1, legt Vorgaben für Pistenmittellinien nach Flugzeug-Anflugkategorie fest.

Ausrundungen sind parabelförmig. Für die Kategorien A und B ist keine Ausrundung nötig, wenn die Neigungsänderung weniger als 0,40 % beträgt. Eine Neigungsänderung von 1,5 % in den Kategorien C, D und E erfordert eine Ausrundung von mindestens 1 500 ft (etwa 457 m).

Für die Kategorien C, D und E gelten zwei Grenzen innerhalb des kleineren der beiden Bereiche. Die Bereiche sind das erste und das letzte Viertel der Piste sowie die ersten und letzten 2 500 ft (762 m). Dort sind Neigungen über 0,8 % nicht zulässig. Auch Neigungsänderungen der Piste sind dort nicht zulässig.

Für Rollwege legt Absatz 4.14.1 eine höchste Längsneigung von 1,5 % fest. Auf Rollwegen, die nur Flugzeuge bis 30 000 lb (13 605 kg) bedienen, beträgt die Höchstneigung 2,0 %. Die höchste Neigungsänderung beträgt 3,0 %. Die Mindestlänge der Ausrundung beträgt 100 ft (30,5 m) je 1,0 % Änderung.

Wie die Längsneigung gemessen wird

Ein Foto zeigt keine Neigung. Eine Neigung ergibt sich aus vermessenen Höhen entlang der Mittellinie im Vergleich zum Entwurfsprofil. Die FAA gibt Regeln für eine Verwendung eines solchen Profils vor, nämlich die Messung der Pistenrauheit. AC 150/5380-9 bewertet Bodenwellen im Längshöhenprofil der Piste. Die FAA verlangt für dieses Verfahren einen Messabstand von 0,25 m. Sie empfiehlt Profile entlang der Mittellinie und in einem seitlichen Versatz auf jeder Seite, der zu den Flugzeugen passt, die den Flugplatz nutzen.

Dieselbe AC empfiehlt für diese Arbeit keine Trägheitsprofiler mit Hochpassfilterung. Die Filterung verändert die langen Wellenlängen des Profils, die die Boeing-Bump-Berechnung benötigt. Solche Profiler machen außerdem Fehler dort, wo das Messfahrzeug in der Nähe der Landeschwellen beschleunigt oder bremst.

Keine Quelle in dieser Prüfung nennt ein Vermessungsverfahren oder eine Genauigkeit für aus Drohnendaten abgeleitete Pistenprofile, deshalb nennt diese Seite keines.

Wie sich die Neigung im Betrieb ändert

Setzungen des Untergrundes können Teile einer Befestigung absenken. Das PAVER-Handbuch der FAA nennt eine solche tiefe Stelle eine Senke (depression). Es hält fest, dass eine Senke Unebenheit verursacht. Wenn sie genug Wasser enthält, kann sie Aquaplaning bei Flugzeugen auslösen. Eine Senke verändert die lokale Neigung und kann stehendes Wasser auf der Piste hinterlassen. Das Handbuch sagt, die Tiefe einer Senke von bis zu 3 m (10 ft) Breite soll mit einer darübergelegten Richtlatte gemessen werden.

Auf einer Betonbefestigung zeigt sich eine Setzung als Versatz (faulting). Das PAVER-Handbuch für Betonflugplätze definiert Setzung oder Versatz als Höhenunterschied an einer Fuge oder einem Riss, den Hebung oder Konsolidierung verursacht.

ICAO Anhang 14 Attachment A, Absatz 5.5, sagt, dass sich mit der Zeit durch Verformung der Piste Wasserlachen bilden können. Wasserlachen von nur etwa 3 mm Tiefe können Aquaplaning auslösen, wenn landende Flugzeuge mit hoher Geschwindigkeit darauf treffen.

Neigung, Neigungsänderung und Oberflächenunebenheit

Eine Neigung ist ein langes, glattes Merkmal. Eine Oberflächenunebenheit ist ein kurzes. EASA GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) definiert eine Oberflächenunebenheit als eine isolierte Abweichung in der Höhe, die nicht auf einer gleichmäßigen Neigung liegt. Sie gibt Grenzwerte nach der Länge der Unebenheit an.

Oberhalb der annehmbaren Höhe sollte der Betreiber Instandhaltung planen. Oberhalb der tolerierbaren Höhe ist eine Korrekturmaßnahme zwingend. Die Piste darf in Betrieb bleiben, sollte aber innerhalb eines angemessenen Zeitraums instand gesetzt werden. Oberhalb der übermäßigen Höhe rechtfertigt der Bereich der Piste eine Sperrung. Die Werte sind Richtwerte. Dieselbe Tabelle steht in ICAO Anhang 14 Attachment A, Absatz 5.3.

Bautoleranz

Für Neubauten legt FAA AC 150/5370-10H, Item P-152-2.13, eine Bautoleranz fest. Die planierte Fläche unter einer Unterbau- oder Tragschicht muss innerhalb von 0,05 ft (15 mm) der vorgegebenen Neigung bleiben. Die Neigung wird auf einem Raster von 50 ft (15 m) gemessen. Dies ist eine Bautoleranz und kein Grenzwert für eine Piste im Betrieb.

Item P-401-5.3 prüft den fertigen Asphalt mit einer 12 ft (3,7 m) langen Richtlatte. Die Abweichung muss auf 12 ft weniger als 1/4 Zoll betragen. Die Spezifikation sagt, dass Ebenheitsmessungen nicht über Neigungsänderungen oder Querneigungsübergänge hinweg vorgenommen werden sollen.