Gier – Rotation um die vertikale Achse

Was ist Gier?

Gier ist der technische Begriff für die Drehung eines Flugzeugs um seine vertikale Achse – die gedachte Linie, die senkrecht durch den Schwerpunkt des Flugzeugs von unten durch den Rumpf bis zur Spitze des Seitenleitwerks verläuft. Wenn ein Flugzeug giert, bewegt sich die Nase nach links oder rechts, während die Flügel relativ zum Horizont waagerecht bleiben. Diese Bewegung wird als Änderung des Kurses beschrieben – also der Richtung, in die das Flugzeug relativ zum Norden zeigt.

Gier ist eine der drei Hauptachsen der Rotation in der Luftfahrt, neben Nick und Roll, und entscheidend für die Aufrechterhaltung der Richtungssteuerung, besonders bei Kurven, Seitenwindlandungen und Bodenmanövern. Die vertikale Achse ist immer relativ zum Flugzeug fixiert, unabhängig von dessen Lage. Am Schnittpunkt der vertikalen, längs- und querachse befindet sich der Schwerpunkt.

Die Gier wird hauptsächlich über das Seitenruder gesteuert – eine bewegliche Fläche am Seitenleitwerk, die durch die Pedale des Piloten betätigt wird. Das Ausschlagen des Seitenruders verändert die Luftströmung am Heck und erzeugt eine Kraft, die die Nase um die vertikale Achse nach links oder rechts schwenkt. Dieses Manöver beruht auf aerodynamischen Kräften und unterscheidet sich von der Steuerung am Boden.

Zusammenfassung: Gier ist die seitliche Drehung eines Flugzeugs um seine vertikale Achse und entscheidend für präzise Richtungssteuerung, besonders bei Kurven, beim Ausrichten auf die Landebahn und zum Ausgleich von Wind.

Gier, Roll und Nick: Die drei Achsen des Flugs

Die Flugzeuglage wird durch die Drehung um drei zueinander senkrechte Achsen beschrieben:

• Längsachse (Roll): Von Nase zu Heck; Rollbewegung wird durch Querruder gesteuert und legt das Flugzeug in die Kurve.
• Querachse (Nick): Von Flügelspitze zu Flügelspitze; Nickbewegung wird durch Höhenruder gesteuert und hebt oder senkt die Nase.
• Vertikale Achse (Gier): Von oben nach unten durch den Schwerpunkt; Gier wird durch das Seitenruder gesteuert und schwenkt die Nase nach links oder rechts.

Gier verändert die Flugrichtung des Flugzeugs. Im Gegensatz zu Roll und Nick, die die Lage des Flugzeugs relativ zum Horizont verändern, beeinflusst die Gier die Richtung der Nase, ohne die Flügelstellung zu verändern.

In der Praxis wirken diese Achsen zusammen. Eine Rollbewegung kann unerwünschte Gier auslösen, was eine koordinierte Seitenrudereingabe erfordert. Das Beherrschen aller drei Achsen und deren Zusammenspiel ist grundlegend in der Flugdynamik und Pilotenausbildung.

Die vertikale Achse: Wie Gier funktioniert

Die vertikale Achse verläuft senkrecht zu Flügeln und Rumpf und schneidet den Schwerpunkt. Sie bleibt relativ zum Flugzeug fixiert und dient als Drehpunkt für die Gierbewegung.

Mechanismus der Giersteuerung

• Seitenruder: Die wichtigste Steuereinrichtung für Gier, angebracht am Seitenleitwerk.
• Wenn der Pilot ein Pedal drückt, schlägt das Seitenruder in die Luftströmung aus, erzeugt eine seitliche Kraft, die das Heck verschwenkt und die Nase in die entgegengesetzte Richtung schwenkt.
• Die Wirksamkeit des Seitenruders steigt mit der Fluggeschwindigkeit.

Seitenleitwerk: Sorgt für Richtungsstabilität, wirkt wie eine Wetterfahne, widersteht unerwünschter Gier und hilft, das Flugzeug im Luftstrom auszurichten – dieser Effekt wird als Wetterfahnenstabilität bezeichnet.

Gierdämpfer: In großen oder schnellen Flugzeugen dämpfen automatische Gierdämpfer unerwünschte Gieroszillationen (z. B. Dutch Roll), indem sie kleine, schnelle Seitenruderausschläge machen.

Wie das Seitenruder die Gier steuert

Das Seitenruder ist die Hauptfläche zur Steuerung der Gier. Drücken des linken Pedals bewegt das Seitenruder nach links, drückt das Heck nach rechts und lässt die Nase nach links gieren (und umgekehrt).

• Wirksamkeit: Steigt mit der Fluggeschwindigkeit und der Größe des Seitenruders.
• Anwendungsbereiche: Wird für koordinierte Kurven, Seitenwindkorrektur, Start, Landung und bei Triebwerksausfall in mehrmotorigen Flugzeugen verwendet.
• Moderne Flugzeuge: Verfügen ggf. über Fly-by-Wire-Systeme, Seitenruderlager oder geteilte Seitenruder für Redundanz und strukturellen Schutz.

Vorschriften (ICAO Annex 8, FAA FAR Parts 23/25) verlangen eine Mindestwirksamkeit des Seitenruders zur Sicherheit.

Koordination mit anderen Steuerungen

Flugzeuge bewegen sich selten nur um eine Achse; Gier, Roll und Nick sind miteinander verbunden.

• Unerwünschte Gier: Das Rollen des Flugzeugs mit Querrudern führt durch unterschiedlichen Luftwiderstand dazu, dass die Nase entgegengesetzt zur Kurve giert.
• Koordinierter Flug: Piloten nutzen Seitenruder und Querruder gemeinsam, um die Nase in der Kurve auszurichten und Slip oder Skid zu vermeiden.
• Wendekoordinator/Turn-and-Slip-Anzeiger: Instrumente, die Piloten helfen, koordiniert zu fliegen, indem sie das Gleichgewicht anzeigen.

In modernen Jets können Gierdämpfer kleinere Korrekturen automatisch übernehmen, jedoch bleibt die manuelle Seitenruderkoordination insbesondere beim Start, bei der Landung und in Ausnahmesituationen wichtig.

Wie Piloten Gier im Flug verwenden

Giersteuerung ist in allen Phasen entscheidend:

• Koordinierte Kurven: Erfordert gleichzeitige Querruder- und Seitenrudereingaben für sanfte und sichere Kurven.
• Seitenwindlandungen: Die Nase wird gegen den Wind gegiert (Krabben), vor dem Aufsetzen mit dem Seitenruder auf die Landebahn ausgerichtet.
• Slip-Manöver: Gegensinnige Querruder- und Seitenrudereingaben erhöhen den Luftwiderstand und ermöglichen einen steileren Sinkflug ohne Geschwindigkeitszunahme.
• Rollbewegung am Boden: Bei niedrigen Geschwindigkeiten steuern Seitenruder (und ggf. Bugrad- oder Spornradlenkung, gekoppelt an die Pedale) das Flugzeug am Boden.
• Triebwerksausfall: In mehrmotorigen Flugzeugen gleicht das Seitenruder die durch asymmetrischen Schub verursachte Gier aus.
• Trudelerholung: Richtiges Seitenruder bricht die Gierbewegung und hilft beim Ausleiten eines Trudels.

Piloten korrigieren die Gier während des gesamten Flugs kontinuierlich für Sicherheit, Komfort und Präzision.

Sekundäreffekte der Gier

Das Gieren der Nase nach links oder rechts bewirkt, dass der äußere Flügel schneller bewegt wird, mehr Auftrieb erzeugt und dadurch ein Rollmoment in Gierrichtung entsteht. Dieser Nebeneffekt ist meist gering, kann aber bei starker Gier oder großer Spannweite ausgeprägter sein.

Das Verständnis der Sekundäreffekte ist wichtig für:

• Einleiten und Ausleiten von Trudeln
• Slip- und Seitenwindmanöver
• Flugausbildung und Sicherheit

Moderne Flugsteuerungssysteme können automatisch ausgleichen, dennoch ist das Bewusstsein des Piloten immer erforderlich.

Häufige Missverständnisse

Mythos 1: Gier allein dreht das Flugzeug
Gier verändert nur die Nasenrichtung. Eine echte Kurve erfordert eine Rollbewegung, damit der Auftriebsvektor die Flugbahn krümmen kann.

Mythos 2: Gier ist wie Lenken im Auto
Flugzeuge drehen durch Rollen, nicht nur durch das Schwenken der Nase; koordinierte Roll- und Gierbewegungen sind unerlässlich.

Mythos 3: Das Seitenruder ist nur für Seitenwind oder Notfälle
Das Seitenruder ist in allen Flugphasen wichtig, besonders für koordinierte Kurven und die normale Richtungssteuerung.

Mythos 4: Gier ist in modernen Flugzeugen unwichtig
Automatisierung hilft, aber Piloten müssen die Gier manuell steuern können, besonders in Ausnahmesituationen oder Notfällen.

Wichtige Begriffe zur Gier

• Vertikale Achse: Gedachte Linie durch den Schwerpunkt; Drehpunkt für die Gier.
• Seitenruder: Steuerfläche am Seitenleitwerk; regelt die Gier.
• Richtungssteuerung: Steuerung des Kurses über die Gier.
• Unerwünschte Gier: Die Nase giert entgegengesetzt zur Rollrichtung; erfordert Seitenruderkorrektur.
• Slip/Seitengleitflug: Gewollte Gier und Rollbewegung in entgegengesetzte Richtungen für Sinkflug oder Seitenwindkorrektur.
• Krabben: Die Nase wird beim Anflug in den Wind gerichtet, um die Ausrichtung zur Landebahn zu halten.
• Gierdämpfer: Automatisches System für subtile Seitenruderkorrekturen zur Stabilisierung.

Weiterführende Literatur

• FAA Airplane Flying Handbook
• ICAO Annex 8 – Lufttüchtigkeit von Luftfahrzeugen
• NASA Glenn Research Center: Aircraft Motion

Das Verständnis und Beherrschen der Gier ist für jeden Piloten grundlegend – unerlässlich für Flugsicherheit, Komfort und Präzision am Himmel.