Fremdkörperschäden

In der Luft- und Raumfahrt bezeichnet der Begriff Fremdkörperschaden (Foreign Object Damage, FOD) jegliche Schäden an einem Luftfahrzeug, die auf Fremdkörperteile (ebenfalls als „FOD“ bezeichnet) zurückzuführen sind. Dabei handelt es sich um Partikel oder Substanzen, die nicht zum Luftfahrzeug oder System gehören und potenziell Schäden verursachen können. ^{[ 1 ]}

Zu den externen FOD-Gefahren zählen Vogelschläge, Hagel, Eis, Sandstürme, Aschewolken oder Gegenstände, die auf der Start- und Landebahn oder im Cockpit zurückgelassen werden . Interne FOD-Gefahren umfassen Gegenstände im Cockpit, die die Flugsicherheit beeinträchtigen, indem sie sich in Steuerkabeln verfangen, bewegliche Teile blockieren oder elektrische Verbindungen kurzschließen.

Strahltriebwerke können selbst durch kleinste Fremdkörper, die in das Triebwerk gesaugt werden, erheblichen Schaden erleiden. In den Vereinigten Staaten schreibt die Federal Aviation Administration (FAA) für alle Triebwerkstypen einen Test vor, bei dem ein frisches Huhn (tot, aber nicht gefroren) mit einer kleinen Kanone in ein laufendes Strahltriebwerk geschossen wird . Das Triebwerk muss nach dem Test nicht mehr funktionsfähig sein, darf aber keine signifikanten Schäden am restlichen Flugzeug verursachen. Wenn also der Vogelschlag dazu führt, dass ein Triebwerksflügel abbricht (sodass Teile mit hoher Geschwindigkeit wegfliegen), darf dies nicht zum Verlust des Flugzeugs führen. ^{[ 2 ]}

Einige Militärflugzeuge wiesen eine spezielle Konstruktion auf, um Schäden durch Fremdkörper (FOD) am Triebwerk zu verhindern. Diese Konstruktion beinhaltete eine S-förmige Krümmung des Luftstroms. Die Luft strömte in den Einlass, wurde nach vorn und dann erneut nach hinten umgelenkt, bevor sie in das Triebwerk gelangte. Am Ende der ersten Krümmung hielt eine starke Feder eine Klappe geschlossen. Fremdkörper, die in den Einlass gelangten, wurden hineingespült, trafen auf die Klappe, öffneten sie, flogen hindurch und verließen das Flugzeug. So konnten nur kleine, von der Luft mitgerissene Objekte in das Triebwerk gelangen. Diese Konstruktion verhinderte zwar tatsächlich FOD-Probleme, doch die durch die Krümmung des Luftstroms verursachte Verengung und der Luftwiderstand reduzierten die effektive Triebwerksleistung, weshalb diese Konstruktion nicht weiterverfolgt wurde.

Ein ähnliches Verfahren wird bei vielen turbowellengetriebenen Hubschraubern wie dem Mi-24 angewendet , die einen „Wirbeltyp“ - oder „Zentrifugal“-Einlass verwenden, bei dem die Luft gezwungen wird, einen spiralförmigen Weg zu durchlaufen, bevor sie in das Triebwerk eintritt; der schwerere Staub und andere Verunreinigungen werden nach außen gedrückt, wo sie vom Luftstrom getrennt werden, bevor sie in den Triebwerkseinlass gelangen.

Die russischen Kampfflugzeuge Mikojan MiG-29 und Suchoi Su-27 verfügen über eine spezielle Lufteinlasskonstruktion, die das Ansaugen von Fremdkörpern (FOD) beim Start von unbefestigten Startbahnen verhindern soll. Die Hauptlufteinlässe können mit Gittertüren verschlossen und spezielle Öffnungen oberhalb der Einlässe vorübergehend geöffnet werden. Dadurch wird dem Triebwerk ausreichend Luft für den Start zugeführt, gleichzeitig wird aber die Wahrscheinlichkeit verringert, dass das Triebwerk Fremdkörper vom Boden ansaugt.

Ein weiteres interessantes Design zur Minimierung des FOD-Risikos ist das der Antonov An-74 , bei der die Triebwerke sehr hoch angebracht sind.

Boeing bot für frühe 737- Modelle ein Umrüstkit für Schotterpisten an , das den Einsatz des Flugzeugs auf unbefestigten Schotterpisten trotz der tiefsitzenden Triebwerke ermöglichte. Das Kit umfasste Schotterabweiser am Fahrwerk, klappbare Scheinwerfer an der Unterseite des Flugzeugs sowie Schutzgitter, die verhinderten, dass Schotter, der beim Ausfahren des Fahrwerks in die offenen Radkästen gelangen würde, wichtige Bauteile traf. Zusätzlich enthielt das Kit Wirbelunterbrecher, die den Luftstrom von unten in das Triebwerk reduzierten und so das Ansaugen von Schotter minimierten.

Airbus- Ingenieure erforschen einen neuartigen Ansatz zur Reduzierung von Fremdkörpern (FOD). Durch die Entwicklung des Taxibot , eines vom Piloten gesteuerten Traktors, in Zusammenarbeit mit Israel Aerospace Industries , müssen Flugzeuge beim Rollen keine Triebwerke mehr einsetzen und sind somit auf Vorfeldern und Rollwegen nicht mehr anfällig für FOD. ^{[ 3 ]}

Fremdkörper verfangen sich häufig in den Reifenprofilen von Fahrzeugen, die auf ein Flugfeld fahren. Zu diesen Fremdkörpern zählen Steine, Schlamm, lose Kleinteile (Schrauben, Unterlegscheiben, Bolzen usw.) und viele andere kleine Materialien. Diese Fremdkörper können von Crew- und Tankwagen, Wartungsfahrzeugen und vielen anderen Fahrzeugen unbeabsichtigt auf das Flugfeld gelangen und dort abgelagert werden. Sobald diese Fremdkörper auf das Flugfeld gelangen, sind sie nur schwer zu erfassen und zu beseitigen. Lufteinlässe von Triebwerken, Triebwerksstrahlen und der Rotorwind von Propellern oder Hubschraubern können die Fremdkörper leicht aufwirbeln. Gelangen diese Fremdkörper in die Nähe von Flugzeugen, können sie zu erheblichen Sicherheitsrisiken führen, darunter Verletzungen von Personen sowie Schäden an Ausrüstung und Eigentum.

Der Absturz der Concorde , Air-France-Flug 4590 , am Flughafen Charles de Gaulle bei Paris am 25. Juli 2000 wurde durch Fremdkörper verursacht. In diesem Fall handelte es sich um ein Titanfragment auf der Startbahn, das von einer Schubumkehranlage einer McDonnell Douglas DC-10 der Continental Airlines etwa vier Minuten zuvor beim Start abgefallen war . Der Aufprall des Trümmerteils führte zur Explosion eines Reifens. Gummiteile des Reifens trafen den Flügel, beschädigten einen Treibstofftank und lösten einen schweren Brand aus, der zum Kontrollverlust führte. Alle 100 Passagiere und neun Besatzungsmitglieder an Bord sowie vier Personen am Boden kamen ums Leben. ^{[ 4 ]}

Ein Gates Learjet 36A mit dem Kennzeichen N527PA startete am 26. März 2007 vom internationalen Flughafen Newport News/Williamsburg in Virginia , als die Besatzung einen lauten Knall hörte. Sie brach den Start ab und versuchte, das Schlingern des Flugzeugs zu stoppen und den Bremsfallschirm auszulösen . Der Fallschirm versagte jedoch, und der Learjet kam mit geplatzten Reifen von der Startbahn ab. Flughafenmitarbeiter berichteten, nach dem Unfall Steine ​​und Metallteile auf der Landebahn gefunden zu haben . Das National Transportation Safety Board (NTSB) gab an, dass der Unfall durch Fremdkörper auf der Startbahn verursacht wurde. Das Versagen des Bremsfallschirms trug zu dem Unfall bei. ^{[ 5 ]}

Am 24. Juni 1982 geriet British-Airways-Flug 9 auf dem Weg nach Perth , Australien , über dem Indischen Ozean in eine Vulkanaschewolke. Die Boeing 747-200B erlitt Triebwerksaussetzer an allen vier Triebwerken, bis diese schließlich ausfielen . Passagiere und Besatzung konnten um das Flugzeug herum ein Phänomen beobachten, das als Elmsfeuer bekannt ist . Flug 9 sank so weit ab, bis er die Wolke verließ und die Asche aus der Luft abfließen konnte. Die Triebwerke wurden anschließend wieder gestartet. Die Cockpitscheibe wurde durch die Aschepartikel stark beschädigt, das Flugzeug landete jedoch sicher.

Am 15. Dezember 1989 durchflog KLM-Flug 867 auf dem Weg zum internationalen Flughafen Narita in Tokio eine dichte Wolke aus Vulkanasche des Mount Redoubt, der am Vortag ausgebrochen war. Alle vier Triebwerke der Boeing 747-400 fielen aus. Nach einem Sinkflug von über 4.200 Metern konnte die Besatzung die Triebwerke wieder starten und sicher auf dem internationalen Flughafen Anchorage landen .

1991 musste eine von der SAS betriebene MD-81 in einem Wald notlanden , nachdem Berichten zufolge Eis in beide Triebwerke eingedrungen war. Alle 129 Insassen überlebten, das Flugzeug wurde jedoch vollständig zerstört.

Am 28. September 1981 ereignete sich über der Chesapeake Bay ein ungewöhnlicher Fall von Fremdkörperbeschädigung (FOD) . Während Flugtests einer F/A-18 Hornet setzte das Naval Air Test Center der US Navy eine Douglas TA-4J Skyhawk als Begleitflugzeug ein , um einen Abwurftest eines Bombenaufhängungssystems von der Hornet zu filmen. Die Bombenaufhängung traf den rechten Flügel der Skyhawk und riss fast die Hälfte des Flügels ab. Die Skyhawk geriet innerhalb weniger Sekunden nach dem Treffer in Brand; die beiden Insassen retteten sich mit dem Schleudersitz . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Am 20. November 1975 durchflog eine Hawker Siddeley HS.125, die auf dem Flugplatz Dunsfold startete, unmittelbar nach dem Abheben einen Schwarm Kiebitze und verlor die Leistung beider Triebwerke. Die Besatzung landete die Maschine wieder auf der Landebahn, doch sie schoss über das Ende hinaus und überquerte eine Straße. Dort prallte sie gegen ein Auto, wobei die sechs Insassen ums Leben kamen. Obwohl das Flugzeug im anschließenden Brand zerstört wurde, überlebten die neun Insassen den Absturz. ^{[ 8 ]}

Am 17. November 1980 stürzte eine Hawker Siddeley Nimrod der Royal Air Force kurz nach dem Start vom RAF-Flugplatz Kinloss ab . Sie durchquerte einen Schwarm Kanadagänse , wodurch drei ihrer vier Triebwerke ausfielen. Pilot und Kopilot kamen ums Leben; dem Piloten wurde posthum das Air Force Cross für sein beherztes Eingreifen verliehen, mit dem er die Kontrolle über das Flugzeug behielt und das Leben der 18 Besatzungsmitglieder rettete. Die Überreste von 77 Vögeln wurden auf oder in der Nähe der Startbahn gefunden. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Am 15. Januar 2009 geriet US-Airways-Flug 1549 kurz nach dem Start in einen Schwarm Kanadagänse und erlitt einen doppelten Triebwerksausfall. Der Pilot brachte die Maschine im Hudson River zur Notwasserung und rettete so allen Insassen das Leben.

Auf Flughäfen, deren Gelände früher oder heute Nistplätze für Vögel sind, treten erhebliche Probleme auf. Während Zäune Elche und Hirsche davon abhalten können , auf die Start- und Landebahnen zu gelangen, sind Vögel schwieriger zu kontrollieren. Flughäfen setzen daher häufig verschiedene Methoden der Vogelabwehr ein , um Vögel innerhalb ihres Geländes zu vertreiben oder fernzuhalten. ^{[ 11 ]} Eine weitere Lösung, die derzeit untersucht wird, ist die Verwendung von Kunstrasen in der Nähe der Start- und Landebahnen, da dieser Wildtieren weder Nahrung noch Unterschlupf oder Wasser bietet. ^{[ 12 ]}

In den Vereinigten Staaten ist die jährlich stattfindende National Aerospace FOD Prevention Conference (Nationale Konferenz zur Vermeidung von Fremdkörpern in der Luft- und Raumfahrt) das bedeutendste Treffen von Experten für Fremdkörper in der Luft- und Raumfahrt. Sie wird jedes Jahr in einer anderen Stadt von National Aerospace FOD Prevention, Inc. (NAFPI) ausgerichtet, einem gemeinnützigen Verein, der sich auf Aufklärung, Sensibilisierung und Prävention von Fremdkörpern konzentriert. Informationen zur Konferenz, einschließlich Präsentationen vergangener Konferenzen, sind auf der NAFPI-Website verfügbar. ^{[ 13 ]} NAFPI wurde jedoch dafür kritisiert, sich zu sehr auf Werkzeugkontrolle und Fertigungsprozesse zu konzentrieren, und andere Branchenakteure haben sich bereit erklärt, diese Lücken zu schließen. Die BAA (British Airports Association) veranstaltete im November 2010 die weltweit erste von einem Flughafen organisierte Konferenz zu diesem Thema. ^{[ 14 ]}

Es gibt Diskussionen über FOD-Erkennungssysteme, da die Kosten hoch sein können und die Zuständigkeiten nicht eindeutig geklärt sind. Ein Flughafen behauptet jedoch, dass sich sein FOD-Erkennungssystem bereits durch einen einzigen Vorfall amortisiert habe, bei dem das Personal auf ein Stahlseil auf der Start- und Landebahn aufmerksam gemacht wurde, bevor ein einziges Flugzeug gefährdet wurde. ^{[ 15 ]} Die FAA hat FOD-Erkennungstechnologien untersucht und Standards für die folgenden Kategorien festgelegt: ^{[ 16 ]}

• Radar
• Elektrooptische (Bildgebung im sichtbaren Spektralbereich (Standard-Überwachungskameras) und Restlichtverstärkerkameras)
• Hybrid
• RFID auf Metall
• Hergestellte FODS-Matten – Verhinderung von Fremdkörpern beim Herausschleppen und Kontrolle des Hineinschleppens von Fremdkörpern

Die negativen Auswirkungen von Fremdkörpern lassen sich reduzieren oder eliminieren, indem während des Fertigungsprozesses in kritischen Ermüdungsbereichen des Bauteils Druckeigenspannungen eingebracht werden. Diese vorteilhaften Spannungen werden durch Kaltverformung mittels Strahlverfahren wie Kugelstrahlen oder Laserstrahlen erzeugt . Je tiefer die Druckeigenspannungen reichen, desto deutlicher verbessern sich die Dauerfestigkeit und die Schadensresistenz. Beim Kugelstrahlen werden typischerweise Druckeigenspannungen von wenigen Tausendstel Zoll Tiefe erzeugt, beim Laserstrahlen hingegen von 0,040 bis 0,100 Zoll Tiefe. Lasergestrahlte Druckeigenspannungen sind zudem hitzebeständiger.

• Werkzeugsteuerungssysteme für die Luft- und Raumfahrt
• Handbücher für FOD-Präventionsprogramme
• Magnetleisten
• Werbe- und Informationsmaterialien
• Werkzeug- und Teilekontrolle/-entnahme
• Anhängereibungskehrmaschine ^{[ 17 ]}
• Anhängekehrmaschinen
• Schulungsmaterialien
• Saugwagen-Kehrmaschinen
• Handgeführte Kehrmaschinen
• FOD-Präventionsmatten ^{[ 18 ]}

International verursacht FOD (Fremdkörperbeschädigung) in der Luftfahrtindustrie jährlich Kosten in Höhe von 13 Milliarden US-Dollar ( direkte und indirekte Kosten). Die indirekten Kosten sind bis zu zehnmal so hoch wie die direkten Kosten und umfassen Verspätungen, Flugzeugwechsel, Treibstoffkosten, außerplanmäßige Wartungsarbeiten und Ähnliches. ^{[ 19 ]} Sie verursachen zudem teure und erhebliche Schäden an Flugzeugen und deren Teilen sowie Todesfälle und Verletzungen von Mitarbeitern, Piloten und Passagieren.

Es wird geschätzt, dass FOD die großen Fluggesellschaften in den Vereinigten Staaten 26 US-Dollar pro Flug für Flugzeugreparaturen kostet, zuzüglich 312 US-Dollar an weiteren indirekten Kosten wie Flugverspätungen, Flugzeugwechsel und Treibstoffineffizienz. ^{[ 20 ]}

„Es gibt weitere Kosten, die sich nicht so leicht beziffern lassen, aber ebenso beunruhigend sind“, so Richard Friend, Wing Commander der britischen Royal Air Force und FOD-Forscher. ^{[ 21 ]} „Unfälle wie der Absturz der Air France Concorde, Flug AF 4590 , verursachen Menschenleben, Leid und belasten die Familien der Verstorbenen. Hinzu kommen der Verdacht auf Fehlverhalten, Schuldgefühle und Vorwürfe, die ein Leben lang anhalten können. Diese qualvolle Belastung ist unermesslich, darf aber niemals in Vergessenheit geraten . Wenn sich das jeder vor Augen hielte, blieben wir wachsam und könnten verhindern, dass Fremdkörper an Bord Probleme verursachen. Tatsächlich wirken viele Faktoren zusammen und lösen eine Kette von Ereignissen aus, die zu einem solchen Versagen führen kann.“

Bislang existieren nur zwei detaillierte Studien zu den wirtschaftlichen Kosten von Fremdkörpern (FOD) im zivilen Flugverkehr. Die erste stammt von Brad Bachtel von Boeing , der einen Wert von 4 Milliarden US- Dollar pro Jahr veröffentlichte. ^{[ 1 ]} Dieser Wert galt mehrere Jahre als Branchenstandard für die FOD-Kosten. Die zweite Studie (2007) wurde von Iain McCreary von der Beratungsfirma Insight SRI Ltd. durchgeführt. Dieser detailliertere Bericht lieferte eine erste Schätzung der FOD-Kosten, basierend auf einer detaillierten Analyse der Wartungsprotokolle von Fluggesellschaften. Die Daten wurden für die 300 größten Flughäfen weltweit in direkte und indirekte Kosten pro Flug aufgeschlüsselt und mit ausführlichen Fußnoten zu den zugrundeliegenden Daten versehen. ^{[ 22 ]} Die Studie von Insight SRI galt von 2007 bis 2009 als Standardreferenz, da sie die einzige Quelle mit Kostenangaben war und daher von Aufsichtsbehörden, Flughäfen und Technologieanbietern gleichermaßen zitiert wurde. ^{[ 23 ]}

Obwohl die 2007 veröffentlichte Studie von Insight SRI weiterhin die beste frei zugängliche Datenquelle darstellt, liefert die neue Analyse von Insight SRI aus dem Jahr 2010 neue Zahlen. Der Autor des neuen (kostenpflichtigen) Berichts warnt: „Leser sollten sich nicht auf die Zahlen der 2007/08 veröffentlichten Studie von Insight SRI mit dem Titel ‚ The Economic Cost of FOD to Airlines‘ verlassen oder diese zukünftig verwenden . Diese frühere Arbeit war das erste Dokument, das die direkten und indirekten Kosten von FOD auf Basis von Wartungsdaten der Fluggesellschaften detailliert darlegte (das gesamte Dokument umfasste eine einzige Datenseite, gefolgt von acht Seiten Fußnoten).“

Die direkten Kosten pro Flug in Höhe von 26 US-Dollar ^{[ 22 ]} werden unter Berücksichtigung der Ausgaben für die Triebwerkswartung, den Reifenwechsel und Schäden am Flugzeugrumpf berechnet.

Die indirekten Kosten pro Flug umfassen insgesamt 33 Einzelkategorien:

1. Flughafen-Effizienzverluste
2. Kohlenstoff-/Umweltfragen
3. Flugzeugwechsel
4. Flughafen in der Nähe
5. Landebahn schließen
6. Unternehmenshaftung bei fahrlässiger Tötung
7. Kosten der Korrekturmaßnahmen
8. Kosten für Einstellung und Schulung eines Ersatzes
9. Kosten für die Anmietung oder das Leasing von Ersatzgeräten
10. Kosten für die Wiederherstellung der Ordnung
11. Kosten der Untersuchung
12. Verspätung für Flugzeuge in der Luft
13. Verzögerungen am Gate
14. Bußgelder und Vorladungen
15. Kraftstoffeffizienzverluste​
16. Hotels
17. Durchstarten in der Luft
18. Erhöhte Versicherungsprämien
19. Erhöhte Betriebskosten für die verbleibenden Anlagen
20. Selbstbeteiligungen bei Versicherungen
21. Anwaltskosten entstanden
22. Haftungsansprüche, die die Versicherungssumme übersteigen
23. Verlust von Flugzeugen
24. Geschäftsverluste und Rufschädigung
25. Produktivitätsverlust verletzter Mitarbeiter
26. Verlust von Ersatzteilen oder Spezialausrüstung
27. Zeitverlust und Überstunden
28. Verpasste Verbindungen
29. Moral
30. Reaktion der Einsatzkräfte, die zu Fahrplanstörungen führt
31. Ersatzflüge mit anderen Fluggesellschaften
32. Planmäßige Wartung
33. Ungeplante Wartungsarbeiten

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass sich die Kosten für FOD um bis zu das Zehnfache erhöhen, wenn diese indirekten Kosten hinzugerechnet werden. ^{[ 24 ]}

Eurocontrol und die FAA untersuchen beide FOD (Fremdkörper). Eurocontrol veröffentlichte 2006 eine erste Bewertung von FOD-Erkennungstechnologien, während die FAA 2007 und 2008 die vier führenden Systeme von Qinetiq (PVD, Providence TF Green Airport ), Stratech (ORD, Chicago O'Hare International Airport ), Xsight Systems (BOS, Boston Logan International Airport ) und Trex Aviation Systems (ORD, Chicago O'Hare Airport) testete. Die Ergebnisse dieser Studie sollen 2009 veröffentlicht werden.

• Flugsicherheit
• Bodenkollision
• Landebahnverletzung

• Medien zum Thema Fremdkörperschäden auf Wikimedia Commons.