Designfehler wie für ein Lehrbuch: Boeing 737 MAX

Flugreisen sind in den letzten Jahren so günstig geworden, dass daraus ein weiteres ernsthaftes ökologisches Problem entstanden ist. Dass dies passieren konnte, hat auch mit deutlich sparsameren Triebwerken zu tun. Diese erzielen einen stark höheren Wirkungsgrad, indem der Schub im immer kleineren Anteil vom verbrannten Kerosin erzeugt wird, sondern dieser durch das Aufheizen der Luft in einem zweiten System erzeugt wird (siehe unten – hell gefärbt). Dieser durch den sogenannten Nebenstrom erzeugte Schub übertrifft bis zum 10fachen den primären. Eine geniale Idee – der konstruktive Nachteil dieser modernen Triebwerke: Sie fallen – was Größe und Gewicht angeht – deutlich massiver aus.

 

 

 

 

 

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Wettbewerbsdruck und falsche Entscheidungen

Das ist der Ausgangspunkt zum Verständnis der gravierenden Designfehler, die bei der Konstruktion der Boeing 737 MAX gemacht wurden: Der Platzhirsch Boeing versuchte, als Airbus im Mittelstreckenbereich mit seinem Flugzeug A320 Neo einen Trumpf gelandet hatte, schnell mit einem konkurrenzfähigen Produkt nachzuziehen. Die Boeing 737, über 10.000 Mal bereits gebaut, sollte ein zweites Mal modernisiert werden und zwar mit Hilfe des neuen sparsameren Triebwerks LEAP-1B eines amerikanisch-französischen Gemeinschaftsunternehmens. Zwei Pferdefüsse waren mit dieser Wahl verbunden.

Konstruktive Kompromisse mit angeflanschter Fehlerkorrektur

Die Boeing 737 als Urmutter des neuen Flugzeuges besaß im Vergleich zum Airbus 320 Neo ein niedrigeres Fahrwerk. Deswegen konnte auch nur die kleinere Variante des LEAP-Triebwerkes mit einem geringeren Durchmesser verbaut werden. Zudem sollten die Änderungen des neuen Flugzeugtyps so moderat ausfallen, dass das Genehmigungsverfahren viel vom Vorgängertyp übernehmen konnte. Das neue LEAP-1B-Triebwerk war aber in jedem Fall so wuchtig und groß (ø 3,15 m), dass es nicht unter dem Flügel wie die alten Triebswerke angebracht werden konnte. (Die Gegenüberstellung unten zeigt deutlich die ansteigende Größe und die veränderte Aufhängung des Triebwerks am Flügel: ein folgenreicher Eingriff in die gesamte Statik des Flugzeugs.)

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Damit war ein schwerwiegender Nachteil in Kauf genommen worden, der nachträglich nur unzureichend durch ein eher angeflanschtes Hilfesystem ausgeglichen werden sollte: Ein gravierendes Problem in der Luftfahrt ist es, einen Strömungsabriss in allen Flugsituationen zu verhindern. Ein solcher tritt ein, wenn ein Flugzeug zu rasch seinen Anstiegswinkel verändert: Die Auftriebskräfte am Flügel fallen dann weg und ein Flugzeug wird nur noch schwer steuerbar und kann leicht abstürzen. Dies ist bei zwei Abstürzen der Boeing 737 MAX vermutlich mit genau dieser Fehlerursache in den letzten 12 Monaten passiert.

Um die durch die veränderte Statik konstruktionsbedingte vermehrte Neigung der Boeing 737 MAX zu einem solchen Strömungsabriss zu vermindern, wurde ein eigenes automatisches Verfahren implementiert, das MCAS (Maneuvering Characteristics Augmentation System). Dieses System ist dazu gedacht, zu steile Anstellwinkel des Flugzeugs dadurch zu unterbinden, dass diese potentiell gefährlichen Flugbewegungen durch entsprechende automatisch eingeleitete – ohne Zutun des Piloten – Steuerbewegungen der Schwanzflügel verhindert werden. Das Flugzeug senkt daraufhin die Nase ab. Dabei gab es jedoch verschiedene Probleme:

• Diese automatisch eingeleitete Steuerung griff nur auf die Werte eines einzigen Sensors zurück. Der Rückgriff auf die Werte eines zweiten redundanten Sensors – der Sensorfehler hätte ausschließen können – war nur gegen einen kostenpflichtigen Aufpreis erhältlich.
• Das Ausmaß des Gegensteuerns wurde um das Vierfache gesteigert im Vergleich zu dem, was ursprüngliche Sicherheitsdokumente bei Boeing aussagten (2,5° zu 0,6°). Damit erklären sich auch die einer Jojo-Bewegung gleichenden Flugbewegungen des Flugs der Lion Air vom 29.10.2018, der mit dem Absturz und dem Tod aller 189 Menschen an Bord endete. Die Piloten hatten den Kampf gegen das automatische Absenken der Nase des Flugzeugs nach 26 Eingriffen der Automatik verloren.
• Überdies wurden die möglichen Eingriffe des MCAS-Systems auf Veranlassung der FAA erst nach dem 1. Absturz den Piloten gegenüber deutlicher kommuniziert.

Wie die Boeing 737MAX in Dienst gestellt wurde

Komplexe Verkehrsmittel wie Flugzeuge müssen sich normalerweise einem peniblen Genehmigungsverfahren unterziehen. Dabei wird jedes einzelne Bauteil strikt untersucht. Im Fall der Boeing 737 MAX gab es aber von diesem Verfahren schwerwiegende Abweichungen.

Da Fachpersonal in der Aufsicht führenden FAA (Federal Aviation Administration) fehlte, wurden bestimmte Kontrollaufgaben gleich den Boeing-Fachleuten, deren Arbeit eigentlich untersucht werden sollte, überantwortet. Außerdem griffen Manager, die den zeitlichen Vorgaben des Produzenten Boeing nachkommen wollten, immer wieder in den Genehmigungsprozess ein. So sorgten sie dafür, dass die schwerwiegende Gefährungseinstufung des MCAS-Systems („hazardous”) nicht für eine entsprechende Verzögerung des Genehmigungsverfahrens sorgte. Die Profite von Boeing waren wichtiger.

Resümee

Wahrscheinlich werden zukünftige Studentinnen und Studenten des Fahrzeug- und Flugzeugbaus das Design der Boeing 737 MAX als Musterbeispiel vorgestellt bekommen, wie man es gerade nicht machen sollte. Aus Wettbewerbsgründen wurden erst im Design und anschließend bei der Bewertung und Genehmigung der so erzeugten Technik grundlegende Fehler gemacht, die ein womöglich inhärent gefährliches Produkt möglich machten. Ob Nachbesserungen der Software des MCAS-Systems in der Lage sind, diese Gefährdung ein für alle Male auszuschließen, bleibt abzuwarten. 346 Tote bei den beiden Abstürzen sind ein nicht zu verantwortender Blutzoll, der für diese Erkenntnis bezahlt wurde. Man kann nur hoffen, dass die europäische Genehmigungsbehörde die zukünftigen Ergebnisse der FAA nicht einfach durchwinkt, sondern ein zweites Mal sehr genau hinsieht.

Quelle Bild 1: https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_737,  Quelle Bild 2: https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_737, weitere Quellen: Seattle Times (www.seattletimes.com), BBC, SZ

[Update 26.10.19]
Der Abschlussbericht zum Absturz einer Boeing 737 MAX in Indonesien (in Englisch)
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