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DMSt

Eine neue Indexliste für die DMSt

120 für den Arcus??! Seid ihr eigentlich verrückt?

Ja, ein bisschen verrückt muss man schon sein, wenn man ein so kontroverses Thema wie die DMSt Indexliste anfasst. Dieser Artikel soll erklären, wie die neue Indexliste entstanden ist und auf welchen Grundlagen sie basiert.

Die Vergangenheit

Die Geschichte der DMSt Indexliste startet schon in den Jahren 1976/77, in denen Karl-Heinz Horstmann und Armin Quast bei der Akaflieg Braunschweig Arbeiten zu den Themen Reisegeschwindigkeit und Wettermodelle verfassen. Hieraus wird später die erste Indexliste entstehen.

1995 schreibt Stefan Ronig seine Studienarbeit "Überarbeitung des Indexsystems für Segelflugzeuge zur Verbesserung der Chancengleichheit auf Wettbewerben mit Flugzeugen unterschiedlicher Leistungsfähigkeit", welche auch heute noch immer die Grundlage für die Indexliste darstellt.

In seiner wissenschaftlichen Arbeit ist auf über 60 Seiten beschrieben wie sich auf Basis eines Wettermodells und einer Geschwindigkeitspolare eine Durchschnittsgeschwindigkeit berechnen lässt, und im Vergleich mit anderen Flugzeugen dann am Ende auch ein Index.

Weitere 22 Jahre später veröffentlicht Kai Rohde-Brandenburger beim DLR seine Arbeit "Berechnung von neuen Handicap-Faktoren für die Wertung von Segelflugzeugen in der Club-Klasse" und schafft damit die Grundlage für die aktuelle FAI Indexliste der Clubklasse. Diese Arbeit enthält einige Veränderungen der Berechnung im Vergleich zum Ansatz von Stefan Ronig. Einige dieser Änderungen sind in die neue Indexliste der DMSt eingeflossen.

Die Berechnung

Die Berechnung kann beliebig komplex und detailliert beschrieben werden, aber im Grunde funktioniert sie schon seit 1976 gleichermaßen:

Zunächst wird ein durchschnittliches Wettermodell festgelegt, durch das alle Flugzeuge fliegen. Dieses Wettermodell hat sich über die Zeit ein wenig geändert, aber es besteht in allen Varianten aus vier Thermikarten, jeweils stark/schwach und eng/weit, sowie einem Geradeausfluganteil, der den Flug unter Wolkenaufreihungen repräsentieren soll.

Für diejenigen, die es genauer wissen wollen: die Thermik wird definiert über eine Funktion, die bezogen auf den Kreisradius das atmosphärische Steigen angibt und entspricht im Grunde einer quadratischen Polynomfunktion:

w(r) = a + b * r + c * r^2

Das bedeutet, dass es pro Thermikart schon drei Stellschrauben gibt, was bei vier Thermikarten immerhin 12 Variablen ergibt. Damit nicht genug - es gibt es auch noch die Steiggeschwindigkeit im Geradeausflug und die prozentualen Anteile der Flugphasen. Insgesamt wird dieses Wettermodell damit von 17 Variablen beschrieben, die es sinnvoll zu wählen gilt.

Das ursprüngliche Wettermodell von Stefan Ronig nahm noch eine lineare Verteilung der Steiggeschwindigkeit über den Radius an, während Kai Rohde-Brandenburger für die FAI Clubklasse Indexliste schon mit einem quadratischen Polynom arbeitete.

Dabei muss allerdings auch beachtet werden, dass die Indexliste für die Clubklasse für zentrale Wettbewerbe gedacht ist, wo der Flug in der Regel in den besten 3-4 Stunden des Tags stattfindet, und nicht über manchmal mehr als 10 Stunden, inklusive der schwachen Thermik am Morgen und späten Abend.

Ist das Wettermodell definiert, kann man die Flugzeuge simuliert durch dieses Wetter fliegen lassen und schauen wie schnell sie in den einzelnen Phasen sind. Dazu wird das Flugzeug mit verschiedenen Querneigungen und Flächenbelastungen in die Thermikarten geschickt und ermittelt welche Kombination zur höchsten Schnittgeschwindigkeit führt.

Diese Schnittgeschwindigkeiten werden schließlich anhand der prozentualen Anteile in eine finale Schnittgeschwindigkeit umgewandelt. Als "Normflugzeug" wurde bereits von Stefan Ronig die ASW 19 verwendet, und dies hat sich auch bis heute nicht geändert. Basierend auf der Schnittgeschwindigkeit der ASW 19 vergleicht man die Geschwindigkeiten der anderen Flugzeuge und ermittelt so den Index.

Für detaillierte Informationen über die Berechnungen seien die Arbeiten von Stefan Ronig und Kai Rohde-Brandenburger empfohlen. Eine weitergehende mathematische Erklärung würde den Rahmen des Artikels wahrscheinlich sprengen.

Die Probleme

Wie bereits angedeutet gab es mit der bisherigen DMSt Indexliste ein paar Probleme.

Das primäre Problem: mit dem ursprünglichen Wettermodell, das Stefan Ronig 1995 nutzte, war die Mitnahme von Wasserballast nahezu nicht möglich. Das Wettermodell war einfach zu schwach und sämtliche Simulationen ergaben, dass man am besten mit der minimalen Flächenbelastung fliegen sollte. Dies entspricht aber nicht der Realität der Gewinnerflüge in der DMSt und entspricht am Ende einem Vorteil für die neueren Generationen an Flugzeugen, die in der Regel mit Wasserballast fliegen.

Ein weiteres Problem war die seit 1995 erfolgte Einordnung von neuen Flugzeugen. Diese neuen Flugzeuge wurden größtenteils im Verhältnis zu anderen Flugzeugen in der gleichen Wettbewerbsklasse eingeordnet, aber selten im Verhältnis zu Flugzeugen der anderen Klassen. Zudem wurden viele Flugzeuge in der Vergangenheit nur nach Gefühl einsortiert, da von den neuen Flugzeugen keine offiziellen Vermessungen existierten.

Die Änderungen

Eine wichtige Änderung wurde schon vor einigen Jahren vom DAeC eingeführt: Flugzeuge ohne gemessene Polare sollten generell zwei Indexpunkte mehr bekommen, bis eine entsprechende Polare vermessen wurde. Dies führte dazu, dass viele Hersteller sich aktiv um eine Vermessung von der Idaflieg bemühten, sodass heute deutlich mehr Polaren der neueren Flugzeuggenerationen zur Verfügung stehen um eine faire Indexliste zu erstellen. Diese Regel wurde im vergangenen Jahr schließlich wieder pausiert, da zu diesem Zeitpunkt bereits genügend Polaren vorhanden waren um die verbleibenden Flugzeuge sinnvoll einordnen zu können.

Um das Problem mit dem Wettermodell zu beheben, wurden gleich mehrere Dinge angepasst. In der ursprünglichen Berechnung wurde davon ausgegangen, dass Flugzeuge immer mit der gleichen Flächenbelastung durch alle Thermikarten fliegen. Dies ignoriert jedoch, dass Piloten den Wasserballast auch während des Fluges ablassen können und somit auch die Abendthermik mit der optimalen Flächenbelastung nutzen können. Dies gilt zwar nicht für die schwache Thermik am Morgen, führt im Durchschnitt aber zu deutlich realistischeren Ergebnissen.

Weiterhin wurde das Wettermodell auf die quadratische Polynomfunktion umgestellt, die auch schon für die FAI Clubklasse Indexliste verwendet wurde, jedoch mit schwächeren Werten und den bisherigen prozentualen Anteilen um einen kompletten DMSt Thermiktag abzubilden. Dieses angepasste Wettermodell führte schließlich dazu, dass die neueren Generationen an Flugzeugen zumindest in den starken Thermikarten mit einer deutlich erhöhten Flächenbelastung am schnellsten simuliert wurden.

Die Ergebnisse

Um die neue Indexliste zu erstellen haben wir uns die 576 Flugzeugtypen und -varianten angeschaut, die bei WeGlide aktuell gelistet sind und jedem einzelnen einen Index zugeordnet. Für 158 Flugzeugtypen existieren vermessene Polaren, wobei man davon ausgehen kann, dass die verschiedenen Varianten der Flugzeuge (mit/ohne Motor, FES, etc.) in der Regel recht ähnlich sind.

Ausnahmen gibt es, wenn die Varianten verschiedene Abflugmassen erlauben, wie zum Beispiel bei der DG800. Diese Unterschiede wurden von uns im Detail betrachtet, simuliert und in die Liste eingearbeitet. Es sei an dieser Stelle allerdings schon gesagt, dass diese Betrachtungen und Auswertungen noch nicht abgeschlossen. Es gibt noch weitere ähnliche Fälle, die in die Liste für die nachfolgende Saison eingearbeitet werden sollen.

Insgesamt haben wir uns bei der Erstellung der neuen Liste an der bisherigen Liste orientiert, da die Berechnungen für die älteren Flugzeugtypen nur gering von den bisherigen Werten abwichen. Insgesamt wurden von uns 111 Vorschläge für einen neuen Index gemacht, primär im Bereich der neueren Generationen.

Man sollte bei den folgenden Werten stets im Kopf behalten, dass die Polaren nicht immer perfekt sind und eine manuelle Einordnung der gerechneten Ergebnisse weiterhin notwendig ist. Auf eine einzige Polare kann man sich nur begrenzt verlassen. Wenn es aber Polaren für mehrere ähnliche Flugzeuge gibt, die alle ähnliche Ergebnisse liefern, kann man dies als Indikator nutzen, dass die individuelle Polare vermutlich der Realität relativ nahe kommt.

Offene Klasse

Im Bereich der Offenen Klasse wurden primär die 21m-Flugzeuge wie die JS1 und die ASH31 angepasst. Die Berechnungen ergaben dabei jeweils einen Index von 128 und 126, während sie vorher einen Index von 122 und 121 hatten. Aufgrund der konsistenten Ergebnisse der Berechnungen und im Vergleich mit den anderen Flugzeugen mit ähnlichen Index haben wir uns bei diesen Flugzeuge schließlich auf einen konservativen Index von jeweils 127 und 125 geeinigt.

Damit der Vergleich mit anderen Flugzeugen der Offenen Klassen weiterhin stimmt wurden viele andere Flugzeugtypen hier auch angepasst. Die EB29 Familie wurde jeweils zwischen 2 bis 4 Punkte angehoben und ähnliches gilt auch für die Eta und den nachfolger der Nimeta, der neu vermessenen Nimeta X.

An dieser Stelle sollte nicht unerwähnt bleiben warum zum Beispiel die ASW 22 und die ASH 25 ihren Index behalten haben. Zu diesen Flugzeugen gibt es ebenfalls Vermessungen, diese ergaben aber, dass der bisherige Index recht gut mit dem gerechneten Index übereinstimmt.

Doppelsitzer

Die Änderungen in der Doppelsitzer-Klasse mögen einige Personen überrascht haben, doch die Vermessungen von ASG32 und Arcus ergaben beide einen gerechneten Index von 121/122, während die Vermessung des Duo Discus (erste Version ohne Winglets) nur bei 112 liegt. Um konservativ zu bleiben wurden ASG32 und Arcus schließlich von 114 auf 120 gesetzt, während der Duo Discus in den verschiedenen Varianten jeweils um 2 Punkte angehoben wurde. Dies ergibt nun eine Differenz von ca. 7 Indexpunkten zwischen Wölbklappe und Starrprofil, was auch ungefähr der Differenz in der 18m Klasse entspricht.

Der Index des Arcus wurde auf 120 gesetzt

Die DG1000 wurde zwar vermessen, aber die Polare ergab nur einen Index von 105 was uns nicht konsistent vorkam. Die Polare wurde daher vorerst ignoriert, in der Hoffnung im kommenden Jahr eine neue Vermessung der DG1000 neo durchführen zu können.

18m Klasse

Die Vermessungen der neuen Generationen in der 18m-Klasse ergaben recht unterschiedliche Ergebnisse. Während die JS3 nur auf deinen Index von 122 kam, wurde der Ventus 3 mit 125 berechnet. Da die Flugzeuge allgemein als ähnlich betrachtet werden können, wurde sich hier auf den niedrigeren Wert von 122 geeinigt. Für die AS33 war bisher keine Messpolare verfügbar, daher wurde sie mit demselben Wert einsortiert.

Die restliche Flugzeuge wurden ebenfalls relativ zu JS3 und Ventus 3 einsortiert, wobei für die DG800 und ASH26 zusätzlich auch Vermessungswerte vorhanden waren.

Insgesamt wird damit die 18m Klasse um zwei bis drei Punkte angehoben, was den höheren Flächenbelastungen entspricht, mit denen bei dem neuen Wettermodell geflogen werden kann.

Bei der 18m Klasse sollte man jedoch nicht Flugzeuge ohne Wölbklappen vergessen. Dabei ist zu bedenken, dass das aktuelle Vermessungsflugzeug des DLR ein Discus 2c ist, und es sich entsprechend dabei um eins der am besten vermessenen Segelflugzeuge der Welt handeln dürfte.

Vermessene Polaren existieren dabei nicht nur für den Discus 2c, sondern auch für die ASW28-18 und die LS8-18. Diese lagen in den Berechnungen jedoch konsistent alle bei 112 bis 113, statt wie vorher bei 114. Diese konsistenten Ergebnisse haben uns veranlasst den drei Flugzeugen einen Index von nur 113 zu geben, und die AS34 entsprechend einzuordnen.

15m Klasse

In der 15m Klasse gibt es leider nur wenige vermessene Polaren der neueren Flugzeuge, so dass wir uns hier an den Indexunterschieden in der 18m Klasse orientiert haben. Die Messpolare des Ventus 2a mit einem errechneten Index von 116 wurde dabei als Anhaltspunkt genutzt, jedoch nach Vergleich mit den umliegenden Flugzeugen auf 115 gesenkt.

Allgemein wurden die neueren Flugzeuge dieser Klasse damit um 1-2 Punkte angehoben, während die älteren Generationen (ASW20, LS6, LS3, etc.) entsprechend ihrer Vermessung auf dem alten Index geblieben sind.

Standard- und Clubklasse

Wie schon erwähnt konzentrieren sich die Änderungen eher auf die neueren Generationen an Flugzeugen, da hier die größten Unterschiede zwischen Berechnung und bisherigem Index existierten. In der Standard- und Clubklasse entsprachen die Ergebnisse größtenteils den bisherigen Werten.

Zwei kleinere Änderungen wurden jedoch auch hier vorgenommen:

  • Den neo Varianten der LS Flugzeuge wurde ein zusätzlicher Punkt spendiert.
  • Dem Discus 2 mit dem kleineren a-Rumpf wurde ebenfalls ein zusätzlicher Punkt gegeben.

Ausblick

Beim Lesen dieses Artikels sollte jedem klar geworden sein, dass es unmöglich ist auf Basis dieser Daten eine komplett perfekte Indexliste zu erstellen. Unser Ziel war es die Liste von 1995 zu überarbeiten und eine Grundlage für weitere Verbesserungen zu schaffen.

Über die kommende Saison bitten wir um euer Feedback und werden dann gegen Ende der Saison die Erkenntnisse auswerten und die Liste weiter verfeinern.

Danke

An dieser Stelle möchte ich mich bei den diversen Personen bedanken, die zur Erstellung dieser Liste beigetragen haben:

  • Armin Quast, Karl-Heinz Horstmann und Stefan Ronig für ihre Vorarbeit auf diesem Gebiet
  • Enrique Levin und Matthias Kaese für ihr kurzfristiges Feedback und letzten Verbesserungsvorschläge
  • Kai Rohde-Brandenburger für seine Mitarbeit an der neuen Liste
  • Moritz Althaus, Johannes Dibbern und Samuel Leihkamm für ihre Arbeit an WeGlide und der schnellen Integration der neuen Liste in das System

und nicht zuletzt auch Thomas Kuhn und dem Breitensport-Ausschuss der Bundeskommission Segelflug, in dem unsere "Arbeitsgruppe Indexliste" entstanden ist.

Anmerkungen zur Indexliste sind an segelflug@daec.de zu richten.

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