Was ist die Reibungsmessung auf Start- und Landebahnen?

Eine Reibungsmessung auf der Start- und Landebahn ist eine Erhebung, die die Reibung der Pistenoberfläche mit einem kontinuierlichen, selbstbefeuchtenden Reibungsmessgerät (CFME) misst. Die FAA nennt es kontinuierliches Reibungsmessgerät (continuous friction measuring equipment). Das Gerät fährt über die Piste und zeichnet über die gesamte Pistenlänge einen Reibungskoeffizienten auf, der als Mu (μ) bezeichnet wird. Es kann eigenständig sein oder von einem Fahrzeug gezogen werden.

Was die Messung erfasst

Das Gerät befeuchtet die Befestigung vor dem Testreifen. Die Düsen erzeugen eine gleichmäßige Wassertiefe von 1 mm (0,04 inch). Die FAA sagt, nasse Befestigung ergibt stets die niedrigsten Reibungswerte, daher zeigt die Prüfung den ungünstigsten Fall. EASA beschreibt den Wert als Hinweis auf die Textur, den Verunreinigungszustand und den Entwässerungszustand der Oberfläche unter dem Reifen. Der Wert ist ein dynamischer Reibungskoeffizient, weil das Gerät eine gewisse Relativbewegung zwischen Reifen und Befestigung erzwingt. Wie groß diese Bewegung ist, hängt vom Gerät ab.

Geräte

Das Mu Meter misst die Seitenkraftreibung. Es hat zwei frei drehende Prüfräder, die schräg zur Fahrtrichtung stehen. Ein Fahrzeug zieht es bei konstanter Geschwindigkeit und unter konstanter Last über die Befestigung. ASTM E670 ist seine Prüfmethode. Andere Geräte bremsen den Prüfreifen bei festem Schlupf. Das Norsemeter RUNAR zum Beispiel läuft mit einem festen Schlupf von 16 Prozent.

Die EASA führt neun Geräte in ihrer Tabelle der Reibungsstufen auf, siehe unten. Ein Betreiber kann auch ein Gerät verwenden, das nicht in der Tabelle steht. Das Gerät muss dann mit mindestens einem Gerät aus der Tabelle korrelieren. Die FAA hat ihre Geräte in Korrelationstests am Wallops Flight Facility der NASA qualifiziert.

Die FAA-Leistungsbeschreibung für ein Gerät verlangt diese Merkmale:

• Eine kontinuierliche Aufzeichnung der Reibung über die gesamte Piste, abzüglich der Anlauf- und Bremsstrecken.
• Mittelwerte für jeden Abschnitt von 150 m (500 ft) und für jedes Pistendrittel.
• Prüfgeschwindigkeiten von 65 und 95 km/h, innerhalb von 5 km/h.
• Ein selbstbefeuchtendes System mit einer Wassertiefe von 1 mm und einer Durchflussmenge innerhalb von 10 Prozent.
• Wiederholungsmessungen je 150-m-Abschnitt innerhalb von zwei Standardabweichungen von ±0,06 Mu.
• Ein glatter Prüfreifen ohne Profil, damit die Profilabnutzung das Ergebnis nicht beeinflusst.

Textur und was die Reibung senkt

Zwei Maßstäbe der Textur bestimmen die Reibung einer nassen Piste. Anhang 14 beschreibt beide.

• Mikrotextur ist die Textur der einzelnen Steine. Das Auge erkennt sie kaum. Bei niedriger Geschwindigkeit ist sie der wichtigste Teil der Griffigkeit.
• Makrotextur ist die Textur zwischen den Steinen. Das Auge kann sie ungefähr beurteilen. Bei hoher Geschwindigkeit hat sie den größten Einfluss auf die Entwässerung.

Gummiablagerungen in der Aufsetzzone können die Mikrotextur bedecken, die Makrotextur müssen sie aber nicht verringern. Das Polieren des Zuschlags entfernt die Mikrotextur. EASA nennt drei Ursachen für verlorene Reibung: Gummiablagerungen, Polieren der Oberfläche und schlechte Entwässerung. Eine Befestigung, die sich beim Berühren glatt anfühlt, hat keine Mikrotextur. Anhang 14 empfiehlt eine mittlere Texturtiefe von mindestens 1,0 mm für eine neue Oberfläche.

Anforderungen

ICAO Anhang 14 verlangt, dass der Staat einen Mindestreibungswert festlegt. Der Flugplatz muss eine befestigte Start- und Landebahn auf oder über diesem Wert halten. Er muss die Reibung regelmäßig mit einem selbstbefeuchtenden CFME messen und die Ergebnisse dokumentieren. Die Häufigkeit muss den Trend der Oberfläche zeigen. Das Personal, das die Reibung misst, muss geschult sein. Fällt eine Start- und Landebahn unter den Mindestreibungswert, muss der Flugplatz korrigierende Maßnahmen ergreifen und die Nutzer benachrichtigen.

EASA Part-ADR.OPS enthält dieselben Pflichten. Die AMC gibt Werte für jedes Gerät und jede Prüfgeschwindigkeit an:

Die Werte unterscheiden sich je Gerät. Ein Wert von einem Gerät lässt sich deshalb nicht mit einem Wert von einem anderen Gerät vergleichen. Die FAA-Tabelle 3-2 nennt außerdem eine dritte Stufe, einen Auslegungswert für neue Oberflächen. Für ein Mu Meter sind es 0,72 bei 65 km/h und 0,66 bei 95 km/h.

Ablauf einer Erhebung

• Eine vollständige Erhebung verwendet zwei Geschwindigkeiten, 65 km/h und 95 km/h.
• Die Aufzeichnung beginnt 150 m ab der Landeschwelle bei 65 km/h und 300 m bei 95 km/h. So hat das Fahrzeug Raum zum Beschleunigen. Die Aufzeichnung endet etwa im gleichen Abstand vom anderen Ende, damit das Fahrzeug anhalten kann.
• Bei Verkehr nur mit Schmalrumpfflugzeugen verläuft die Messfahrt 3 m bis 5 m von der Mittellinie entfernt. Bei gemischtem Verkehr verlaufen die Fahrten bei 3 m und 6 m.
• Die Piste ist trocken, und das selbstbefeuchtende System bringt das Wasser auf.
• Der Betreiber vergleicht jedes Ergebnis mit früheren Erhebungen derselben Piste mit demselben Gerät.

Während die Prüfung läuft, können Luftfahrzeuge die Piste nicht benutzen. Die FAA weist den Betreiber an, einen Zeitpunkt zu wählen, der den Luftverkehr am wenigsten stört.

Das Ergebnis lesen

Ein einzelner Wert nennt keine Ursache. EASA sagt, dass sich keine einzelne Eigenschaft herauslesen lässt. Der Betreiber kann bestimmte Eigenschaften ableiten, wenn dasselbe Gerät auf derselben Oberfläche fährt. EASA verbindet die beiden Geschwindigkeiten mit Ursachen:

• Niedrige Werte bei 65 km/h deuten auf weniger freiliegende Mikrotextur hin, durch Gummibelag oder polierten Zuschlag.
• Niedrige Werte bei 95 km/h deuten auf Gummiaufbau in Verbindung mit schwacher Entwässerung hin. Bei hoher Geschwindigkeit kann der Wasserfilm so dick werden, dass die Mikrotextur den Reifen nicht erreicht.
• Niedrige Werte bei hoher Geschwindigkeit deuten außerdem auf weniger Makrotextur hin. Die Makrotextur bildet Abflusskanäle für das Wasser.

EASA stellt fest, dass eine Erhebung auf trockener Piste keine Wasseransammlungen oder Spurrinnen finden kann. Der selbst erzeugte Wasserfilm zeigt sie nicht. Wasserlachen von nur etwa 3 mm Tiefe können Aquaplaning verursachen, wenn landende Flugzeuge mit hoher Geschwindigkeit darauf treffen. Die FAA sagt, dass ein selbstbefeuchtendes Gerät das Potenzial für Aquaplaning nicht zeigen kann. Sie weist den Betreiber an, die Oberfläche bei Regen zu prüfen und Lage und Tiefe von Wasseransammlungen festzuhalten. Die FAA sagt außerdem, dass eine mittlere Wassertiefe von mehr als 3 mm über 152 m eine Korrektur verlangt. Der Betreiber bringt die eingesunkene Stelle wieder auf das vorgeschriebene Quergefälle.

Wie oft prüfen

ICAO und EASA nennen kein festes Intervall. EASA sagt, der Betreiber solle die Strahlflugzeugbewegungen je Pistenende, das Fluggewicht, Art und Alter der Oberfläche sowie das Klima berücksichtigen. Die FAA-Richtlinie gibt für jedes Pistenende ein Mindestintervall an:

Die FAA sagt, dass jedes Pistenende einzeln zu bewerten ist. Machen Großraumflugzeuge 20 Prozent oder mehr des Verkehrs aus, sollte der Betreiber die nächsthöhere Stufe verwenden. Jede Piste für Strahlflugzeuge sollte mindestens einmal im Jahr bewertet werden.

Nach einem niedrigen Ergebnis

EASA sagt, dass eine Messung auf oder unter dem Instandhaltungsplanungsniveau eine vollständige Erhebung auslöst. Die Erhebung umfasst Textur, Verunreinigung und Entwässerung auf dem betroffenen Pistendrittel. Sie prüft, ob freiliegende Textur das Gummi des Reifens eindrücken kann und ob das Wasser von der Befestigung abfließt. Der Prüfer achtet auf folgende Punkte:

• freiliegende Mikrotextur, durch Tasten geprüft, wenn Polieren oder Gummi 100 m der Zone bedecken, die von Flugzeugen benutzt wird
• Makrotextur
• offene Rillen, im Rahmen ihrer Auslegung
• poröse Reibungsdeckschicht, die wie vorgesehen entwässert
• Gefälle über den Mindestwerten der Auslegung

Anhang 14 verlangt eine korrigierende Instandhaltung, damit die Reibung nicht unter den Mindestwert fällt. Ein Pistenabschnitt von etwa 100 m Länge kann für Instandhaltung oder Berichterstattung bedeutsam sein. Die FAA gibt folgende Richtlinien, die sie auf Abschnitte von 500 ft (152 m) stützt:

• Unter dem Planungsniveau, aber über dem Mindestwert, auf 500 ft, wenn die Nachbarabschnitte mindestens das Planungsniveau erreichen: keine korrigierende Maßnahme. Mit regelmäßigen Erhebungen überwachen.
• Unter dem Planungsniveau auf 1 000 ft (305 m) oder mehr: Ursache und Ausmaß untersuchen und korrigierende Maßnahmen ergreifen.
• Unter dem Mindestwert auf 500 ft, wenn die Nachbarabschnitte unter dem Planungsniveau liegen: sofort korrigierende Maßnahmen ergreifen, sobald die Ursache bekannt ist.

Die FAA ergänzt eine Regel für eine neu gebaute Strahlflugzeugpiste mit Sägeschnittrillen oder einer PFC-Überlagerung. Der Mittelwert jedes 500-ft-Abschnitts darf nicht unter dem Auslegungsniveau liegen.

Entfernung von Gummi

Gummi ist die hartnäckigste Verunreinigung. Es tritt in den Aufsetzzonen auf und kann die gesamte Oberflächentextur bedecken. Die FAA nennt vier Verfahren zur Entfernung: Hochdruckwasser, Chemikalien, Aufprall mit hoher Geschwindigkeit und mechanisches Schleifen. Nach der Entfernung sollte der Betreiber die Reibung erneut messen. Die Werte sollten innerhalb von 10 Prozent der Werte auf der unverschmutzten Mitte der Piste liegen. Eine Sichtprüfung kann das Ergebnis nicht beurteilen. Die FAA empfiehlt, den Auftrag zur Entfernung auf Grundlage der abschließenden CFME-Prüfung zu bezahlen. Sie nennt außerdem eine empfohlene Entfernungshäufigkeit:

EASA nennt außerdem weitere Gegenmaßnahmen. Eine neue Textur oder Deckschicht behandelt das Polieren. Eine Neuformung behandelt schlechte Entwässerung.

Rillen und poröse Reibungsdeckschicht

Eine quer zur Piste geschnittene Rille gibt dem Regenwasser einen kurzen Weg unter dem Reifen hinaus. Anhang 14 stellt fest, dass Rillen die Entwässerung beschleunigen. Die FAA fand heraus, dass eine gerillte Oberfläche auch nass eine hohe Reibung behält. Der Betreiber muss Rillentiefe und Rillenbreite von Zeit zu Zeit messen. Wenn 40 Prozent der Rillen über 457 m 3 mm tief oder weniger sind, verhindern die Rillen Aquaplaning nicht mehr gut. Die FAA verlangt, eine Rillentiefe und Rillenbreite von 6 mm wiederherzustellen.

Eine poröse Reibungsdeckschicht (PFC) ist eine dünne Überlagerung aus offenporigem Asphalt, 25 mm bis 40 mm dick. Regenwasser sickert hindurch und fließt zur Seite ab. Die FAA fand heraus, dass eine hohe Reibung auf einer PFC über die gesamte Pistenlänge erhalten bleibt. Gummiablagerungen können die Hohlräume verstopfen, dann kann das Wasser nicht mehr durch die Schicht abfließen. Wenn Gummi die Hohlräume verstopft, ist es nach Angaben der FAA unmöglich, es ohne schwere Schäden an der Überlagerung zu entfernen. Die FAA empfiehlt deshalb keine PFC auf Pisten mit mehr als 91 Strahlflugzeug-Ankünften pro Tag und Pistenende. EASA verlangt vom Betreiber, zu prüfen, dass eine PFC wie vorgesehen entwässert.

Reibung ist keine Bremswirkung

Reibungswerte dienen nicht dazu, den Oberflächenzustand zu melden. Ein Pistenzustandsbericht nennt den Pistenzustandscode aus der Bewertungsmatrix. EASA erlaubt Reibungswerte nur, um diesen Code vergleichend anzuheben oder zu senken. Anhang 14 empfiehlt, dass der Flugplatz Reibungsmessungen auf anderen Verunreinigungen als verdichtetem Schnee und Eis nicht meldet. Messungen auf losem Schnee und Schneematsch sind unzuverlässig.

Eine Piste gilt als nass und rutschig, wenn sie nass ist und Messungen auf einem wesentlichen Teil eine verminderte Reibung zeigen. Eine Reibungserhebung ist eine der Methoden, die das zeigen kann. Andere sind Beobachtungen des Instandhaltungspersonals, wiederholte Pilotenmeldungen und die Analyse der Bremsleistung. Anhang 14 verlangt, dass Informationen über eine nasse rutschige Piste verfügbar sind.

Sichtprüfung

Eine Sichtprüfung kann eine Reibungsmessung nicht ersetzen. Sie findet allerdings Gummiaufbau und Wasseransammlungen. Die FAA ergänzt, dass Sichtprüfungen für Entwässerungsprobleme, Rillenverschleiß und bauliche Mängel unverzichtbar sind. Wird kein Gerät verwendet, weist EASA den Betreiber an, Neigungen, Textur und Entwässerung über die gesamte Befestigung zu beurteilen. Der Betreiber sucht außerdem nach Gummiablagerungen, poliertem Zuschlag und dem Anteil freiliegender Textur in dem Bereich, den die Flugzeugräder benutzen. TarmacView misst keine Reibung. Eine Drohnenerhebung von Rissen und Schäden ergänzt die Messung und ersetzt sie nicht.