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Entwicklung von Varios, Wind-Detektion und HAWK

In diesem Interview gewährt uns Erazem Polutnik, Gründer und CEO von LX NAV einen tiefen Blick hinter die Kulissen seiner Firma. Sie beschäftigt heute um die 30 Personen und ist mit der Entwicklung von Variometern, Moving Map-Systemen, Flight Recorders, integrierten Flarm-Systemen und zuletzt von Hawk, einem hochpräzisen Echtzeit-Windmesser, massgeblich am Fortschritt in der Cockpit-Instrumentierung in den vergangenen 30 Jahren beteiligt.

Lieber Erazem,
vielen Dank, dass du dir Zeit nimmst. Wir möchten uns eingehend mit der Entwicklung von Variometern – insbesondere bei LXNAV – und der Pionierarbeit hinter HAWK befassen. Beginnen wir mit deiner persönlichen Reise in die Welt der Luftfahrt und des Segelflugs.

1. Persönliche Anfänge

Kannst du uns etwas über deinen Werdegang im Segelflug erzählen? Wann und wo hast du mit dem Fliegen begonnen und was hat dich dazu inspiriert, sich mit der Entwicklung von Segelfluginstrumenten zu beschäftigen?

Erazem Polutnik,
Gründer und CEO von LX NAV

Ich habe mit 16 Jahren mit dem Segelfliegen begonnen. Meinen Eltern erzählen, dass ich  schon als kleines Kind immer vom Fliegen fasziniert war. 1978 erschien in National Geographic ein Artikel namens „The Thousand-Mile Glide“. Ich kann mich heute noch gut erinnern, dass mir dieser Artikel vermutlich den finalen Entscheid zum Segelfliegen gab. Jahre später gab es nochmals eine interessante Geschichte zu diesem Artikel und zu Karl Striedieck, aber dazu mehr am Ende meiner Geschichte.

Kurz darauf begann ich, frei fliegende Modell-Segelflugzeuge zu bauen. Schon in jungen Jahren interessierte ich mich aber auch für Computer (damals waren das ZX80, ZX Spectrum, Amiga …). Das Spielen von Computerspielen wurde mir allerdings schnell langweilig und ich begann zu programmieren.

Ich wollte immer etwas Nützliches schaffen und begann daher, Programme für das Segelfliegen zu schreiben. Das allererste Programm, das ich schrieb, war eine quadratische Gleichung für die Geschwindigkeitspolare und die Berechnung der MacCready-Geschwindigkeiten nach den Anweisungen aus dem Buch „Strecken-Segelflug“ von Helmut Reichmann. Damals ahnte ich noch nicht, dass dieses allererste Programm meinen Lebensweg entscheidend prägen würde.

Viele Piloten finden die Markengeschichte immer noch etwas verwirrend – kannst du die Beziehung zwischen dir und LX Navigation, Naviter und LXNAV näher erläutern?

Selbstverständlich, gerne. Die Geschichte ähnelt der von erfahrenen italienischen Schuhmachern, die alle aus demselben Dorf stammen. Der Vater der Segelflug-Instrumente, Črtomir Rojnik, war ebenfalls Mitglied unseres Aeroclubs. Er bemerkte schnell mein Interesse am Segelfliegen und Programmieren und lud mich zur Zusammenarbeit ein.

Ich erinnere mich an einen meiner ersten Segelflugwettbewerbe 1991 in Wiener Neustadt. Črtomir Rojnik war mein Helfer und installierte das erste digitale Variometer, das LX1000D, in meinem Segelflugzeug. Zu dieser Zeit schrieb ich ein Programm auf dem Taschenrechner HP-48 zur Berechnung der endgültigen Gleitflughöhe. Am Abend zeigte ich ihm bei einem Bier dieses Programm und sagte, dass wir eines Tages Bildschirme in Segelflugzeugen haben würden, die unsere genaue Position kennen und automatisch den endgültigen Gleitflug berechnen würden. Er winkte nur ab und sagte, dass diese digitale Technologie viel zu komplex und teuer sei und niemals in Segelflugzeugen zum Einsatz kommen würde.

Im selben Herbst lud er mich jedoch zu einer Testfahrt mit einer Blackbox ein, und auf dem Laptop-Terminal sahen wir GPGGA-Sätze, die unsere Position, Geschwindigkeit und Kurs anzeigten. Ich schrieb schnell eine Anwendung für den Laptop, die den Flugweg des Flugzeugs auf einer primitiven Karte zeichnete, auf der nur Landesgrenzen und Flugplätze zu sehen waren. Als Hommage an diese erste Navigations-App verwenden alle unsere Geräte auch heute noch dasselbe Flugzeugsymbol. Mit Črtomir Rojnik arbeitete ich an Projekten wie dem LX5000, LX20, Colibri und vielen anderen zusammen. Zu dieser Zeit wurde die Firma LX Navigation gegründet, welche gewissermaßen im Schatten von Filser Electronics stand.

In der Zwischenzeit arbeitete ich an der Fakultät für Maschinenbau und beschäftigte mich mit CFD. Ein Kollege gab mir einmal eine CD mit der Aufschrift DELPHI. Ich wusste nicht, was das war, aber er sagte, es sei die beste Programmiersprache für die Entwicklung von Windows-Anwendungen. Und so entstand SeeYou. Ursprünglich hatte ich nicht vor, SeeYou zu verkaufen – ich gab es Andrej Kolar, der die slowenische Segelflug-Website verwaltete, und bat ihn, es online zu stellen.

Nachdem er es sich angesehen hatte, meinte Andrej, ich sollte es verkaufen. Also gründeten wir gemeinsam die Firma Naviter und begannen mit der Vermarktung von SeeYou. Im Jahr 2005 lud mich Črtomir Rojnik zu LX Navigation ein und fragte, ob Uroš Krašovic und ich das Unternehmen übernehmen würden, da er sich zur Ruhe setzen wollte. Uroš und ich krempelten die Ärmel hoch und entwickelten das LX8000. Aus Gründen, die hier nicht relevant sind, schlug Črtomir Rojnik dann vor, ein neues Unternehmen zu gründen, um die Entwicklung von Segelfluginstrumenten fortzusetzen – und so entstand LXNAV. Črtomir Rojnik war übrigens von dem Namen nicht begeistert; er schlug LX Navigation Technologies vor, aber ich fand, dass LXNAV viel besser passte.

2. Die Entwicklung der Variometer

Erinnerst du dich noch daran, als die ersten elektronischen Variometer auf den Markt kamen? Welche Technologien wurden damals verwendet und wie war ihre Leistung im Vergleich zu den heutigen Geräten?

Die ersten elektronischen Variometer kamen in den 80ziger Jahren auf den Markt. Črtomir Rojnik baute die Geräte EV-82 und das bekannte und beliebte LX1000. Ich bin 1991 in Wiener Neustadt zum ersten Mal mit einem digitalen Variometer in Berührung gekommen. Der Unterschied zwischen einem elektronischen und einem digitalen Variometer besteht darin, dass bei einem elektronischen Vario alle Signale im analogen Bereich bleiben. Bei einem digitalen Variometer werden die Sensorsignale zunächst in digitale Form umgewandelt, dann in einem Mikrocontroller verarbeitet und anschließend für Ton und Anzeige wieder in analoge Form umgewandelt. Diese Technologie wird auch heute noch verwendet, wobei der Hauptunterschied in den Drucksensoren liegt. Frühe Variometer verwendeten Durchflusssensoren, die eine 0,45-Liter-Kompensationsflasche erforderten und keine Höhenmessung ermöglichten. Die MEMS-Technologie ermöglichte die Entwicklung von Absolutdruck-Sensoren, welche die Höhe messen können, und aus den Höhenänderungen lässt sich dann die Vertikal-Geschwindigkeit berechnen.

Die ersten LX8000 wurden mit einem analogen Vario ausgeliefert, gefolgt vom USB-D und später dem V5. Kannst du die Entwicklung erklären und sagen, worin sich diese Geräte unterschieden?

Der Name „LX8000 AU als Analoggerät“ entsprach nicht wirklich der im Gerät selbst verwendeten Technologie. Es handelte sich um ein digitales Variometer mit einem segmentierten LCD-Display. Der Name basierte auf der Tatsache, dass wir analoge Sensorsignale verarbeiteten. Dies war ein großer Nachteil gegenüber den Mitbewerbern (Zander, Cambridge), die Schrittmotoren verwendeten. Dies führte zur Entwicklung des USB-D, kurz für Universal Sensor Box – Digital, welches über einen Schrittmotor und einen Farbbildschirm verfügte – etwas, das die Konkurrenz nicht hatte. Das V5 war eine logische Weiterentwicklung des USB-D mit einem größeren Bildschirm und besseren Sensoren. Ursprünglich wollten wir die Variometer V1, V2 usw. nennen, aber aus historischen Gründen begannen wir mit V3. Alle diese Geräte hatten zwei Druck-Sensoren – einen absoluten für die Höhenmessung und einen differentiellen für die IAS.

Mit der Veröffentlichung des V9 führte LXNAV eine Trägheitsplattform ein. War dies auch der Zeitpunkt, an dem du ernsthaft begonnen hast, dich mit der Echtzeit-Windmessung zu beschäftigen? Wie wurde die Windmessung zuvor gehandhabt?

Der aktuelle Wind war schon immer der Heilige Gral der Segelfluginstrumente. Wir lagen immer etwas hinter Zander zurück, der eine wirklich gut entwickelte Windmessung hatte. Um den horizontalen Wind zu messen, benötigt man einen Kompass, um die Flugzeugrichtung zu ermitteln – eine große Herausforderung, da es echt schwierig ist, ein Magnetometer in einem Segelflugzeug zu richtig zu platzieren. Wir haben fast alles versucht, sind aber immer wieder auf Hindernisse gestoßen. Ich erinnere mich, dass Peter Zander mir einmal sagte, wir würden uns zu sehr auf die Flugrichtung konzentrieren und dass auch die Fluggeschwindigkeit wichtig sei. Erst viele Jahre später verstand ich, was er damit meinte. In das V9-Vario haben wir zwar einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und ein 3-Achsen-Gyroskop integriert, aber in erster Linie zur Berechnung der Vertikal-Geschwindigkeit. Ich hatte immer gedacht, dass die Vertikal-Geschwindigkeit auch durch die Integration der Beschleunigung berechnet werden könnte. Durch die Kombination mit der traditionellen höhenbasierten Vertikal-Geschwindigkeit über einen Kalman-Filter erhielten wir ein sehr reaktionsschnelles Vario. Vor etwa 15 Jahren, um 2010, befand sich unser Unternehmen in einem 12stöckigen Gebäude. Ich richtete ein provisorisches „Labor” im Aufzug ein und fuhr damit auf und ab, um den Algorithmus zu optimieren. Die Ergebnisse waren vielversprechend. In der Luft stellte ich jedoch keine wesentlichen Verbesserungen fest. Schließlich wurde uns klar, dass das Variometer nur ein Teil des Systems – Vario-Pilot-Flugzeug – ist und dass wir auch das Flugzeug selbst berücksichtigen mussten.

Wir haben einige kreative Methoden in der Vergangenheit gesehen, wie zum Beispiel Piloten, die Segelflugzeuge am Boden drehen, um Magnetkompasse zu kalibrieren. Kannst du erklären, was mit diesen Methoden erreicht werden sollte – und warum sie letztlich nicht funktioniert haben?

In der Tat. Wie ich bereits erwähnt habe, benötigt man zur Berechnung des horizontalen Windes die Flugrichtung des Flugzeugs mit einer Genauigkeit von besser als einem Grad. Das Magnetfeld der Erde ist sehr schwach, und in einem Segelflugzeug gibt es wenig Platz und viele ferromagnetische Objekte, die das Feld verzerren. Wir haben viele Dinge ausprobiert, darunter die Montage des Magnetometers im Höhenruder, aber wir haben nie die erforderliche Genauigkeit erreicht.

3. Die Entstehung von HAWK

Wie kamst du auf die Idee, das neue Vario HAWK zu entwickeln, obwohl deine bestehende Produktlinie bereits erfolgreich war?

Zu dieser Zeit entwickelte Stefan Leutenegger in Zusammenarbeit mit Air Avionics ein neues Variometer, das für den Betrieb ein Magnetometer benötigte, was die Installation kompliziert machte. Wir wollten ein Vario, das zusammen mit der Anzeige im Instrumenten-Brett installiert werden konnte. Das Vario war erfolgreich, aber wir wollten noch genauere Winddaten in Echtzeit.

War HAWK ursprünglich als internes Projekt geplant, oder hast du sofort den Wert externer Fachkompetenz erkannt?

Wir hatten über fünf Jahre lang intern an der Entwicklung eines solchen Variometers gearbeitet, ohne Erfolg. Daher war ich sehr froh, als ich 2016 einen Anruf von Professor Heinrich Meyr erhielt, der mir mitteilte, dass er einen revolutionären Algorithmus für dreidimensionale Windmessungen entwickelt, der mit einer Trägheitsplattform und GPS messbar ist. Er bot uns die Möglichkeit einer Zusammenarbeit und der Vermarktung seines Algorithmus an.

Wie kam es zu deiner Zusammenarbeit mit Professor Heinrich Meyr?

Nach seinem Anruf fuhren wir zu einem gemeinsamen Treffen. Prof. Meyr stellte seinen Algorithmus vor, der damals noch die Verwendung eines Magnetometers vorsah. Ich sagte ihm, dass das Magnetometer problematisch sei und wir darauf verzichten müssten. Wir einigten uns auf eine Form der Zusammen-Arbeit. Das Wichtigste war jedoch, dass wir alle motiviert waren, Ergebnisse zu erzielen. Andere Aspekte wie die Vermarktung waren zu diesem Zeitpunkt irrelevant.

Kannst du uns den Entwicklungsprozess von HAWK beschreiben – vom Konzept bis zur Umsetzung? Was waren die wichtigsten Phasen, und wie habt ihr die verschiedene Ansätze getestet?

Prof. Meyr hatte die Idee für den Algorithmus. Der Verzicht auf einen Richtungssensor ist keineswegs eine triviale Designoption. Die Innovation von HAWK umfasst zwei Schritte. Lange Zeit ging man davon aus, dass für die Berechnung des Winddreiecks ein Richtungssensor erforderlich ist. Es war ein großer innovativer Schritt, mathematisch zu beweisen, dass ein Algorithmus ohne Richtungssensor beobachtbar ist.

Beobachtbarkeit ist ein Konzept aus der mathematischen Systemtheorie. Mit anderen Worten: Ein System ist beobachtbar, wenn es das Ergebnis ohne Richtungssensor liefert. Ein Artikel zum Thema Beobachtbarkeit wurde auf einer großen Robotik-Konferenz veröffentlicht und von der wissenschaftlichen Gemeinschaft sehr positiv aufgenommen („Observability Analysis of Flight State Estimation for UAVs and Experimental Validation”, ICRA 2022, Paris).

Der zweite Schritt bestand dann darin, einen nichtlinearen erweiterten Kalman-Filter zu entwickeln. Natürlich benötigten wir Sensordaten aus realen Flügen, um einen solchen Filter zu entwickeln. Es bedurfte einiger Feinabstimmungen, bevor die Messungen für den Algorithmus verwendbar waren. Anschließend testeten wir den Algorithmus in MATLAB, wo sich Matrixberechnungs-Funktionen bewährt haben. Der Algorithmus verfolgt mehr als 20 Variablen, sodass die Matrizen sehr groß sind. Anschließend haben wir den gesamten Algorithmus in C++ neu geschrieben und ihn zunächst auf einem PC ausgeführt, wo Speicherplatz kein Problem darstellte. Am schwierigsten war es, ihn auf dem Mikrocontroller zum Laufen zu bringen, der in den bestehenden V9-Variometern verwendet wird. Der Großteil der Arbeit wurde von Dr. Peng Huang, damals noch Doktorand von Prof. Meyr, mit Unterstützung unserer Entwickler geleistet. Der gesamte Prozess dauerte fast drei Jahre, bevor wir den Algorithmus endlich im Flug testen konnten.

Welche Methoden oder Prototypen hast du während der Entwicklung getestet, und welche Ergebnisse haben dich dazu veranlasst, sich für die aktuelle Lösung zu entscheiden?

Wir haben uns zunächst entschieden, den HAWK-Algorithmus auf dem S10 zu implementieren. Der Grund dafür war einfach: Beim S10 sind alle Sensoren, einschließlich GPS, direkt mit dem S10-Mikrocontroller verbunden. Es war entscheidend, dass die GPS-Daten mit 10 Hz gelesen wurden. Beim LX9000 war das anders: Dort ist das GPS ein Teil des Hauptdisplays, während sich die anderen Sensoren im Vario befinden. Wir mussten sicherstellen, dass die GPS-Daten zehnmal pro Sekunde an das Vario gesendet werden konnten. Einige ältere LX90xx-Modelle unterstützten dies nicht, weshalb HAWK erst ab GEN4 unterstützt wird.

An einem Punkt gab es Diskussionen darüber, zwei Antennen für die Windmessung zu verwenden. Warum wurde dieser Ansatz aufgegeben?

Das stimmt. Wir haben etwa 100 dieser Geräte auf Lager, aber sie werden nie auf den Markt kommen. Mit zwei GPS-Antennen kann man den Kurs sehr genau messen, und wir haben ein solches System bereits 2018 in einem Flugzeug installiert. Leider erwies sich die Installation als sehr schwierig. Es handelt sich nicht um gewöhnliche GPS-Antennen, sie müssen empfindlicher sein. Außerdem benötigen sie eine große Grundplatte unter sich, um GPS-Signale vollständig zu reflektieren und Mehrweg-Empfang zu vermeiden. Aufgrund unserer Philosophie, dass die Installation so einfach wie möglich sein sollte – und der Tatsache, dass der HAWK-Algorithmus bessere Ergebnisse lieferte –, haben wir das Projekt mit zwei Antennen aufgegeben.

4. HAWK im Vergleich zum Markt

Andere Unternehmen bringen derzeit Variometer der „nächsten Generation“ auf den Markt. Ohne negativ zu werden, was unterscheidet HAWK deiner Meinung nach wirklich von diesen Alternativen?

Neben einer hochpräzisen Echtzeit-Windmessung hat HAWK zwei einzigartige Verkaufsargumente. Erstens reagiert es nicht auf horizontale Windböen, die bei herkömmlichen TEK-Variometern falsche Thermik anzeigen. Zweitens erkennt es Thermik zuverlässig und warnt die Piloten frühzeitig. Die einzige echte Alternative zu HAWK war das von Simon Leutenegger entwickelte Variometer.

Ich muss natürlich auch Anemoi erwähnen, das ähnliche Algorithmen verwendet, aber zweidimensional arbeitet, während HAWK einen wirklich dreidimensionalen Luftstromvektor liefert.

Da wir in einem Zeitalter des Internets und der sozialen Medien leben, erreichen uns Informationen extrem schnell. Leider hat dies den Nebeneffekt, dass Nutzer nur noch immer kürzere Nachrichten aufnehmen. Daher bleibt anderen oft nichts anderes übrig, als zu sagen: „Unser System ist besser als HAWK.“ Aber damit haben Sie HAWK bereits als Nummer eins positioniert. Ob sich ein anderes System als besser erweist, wird die Zeit zeigen. Angesichts der Komplexität des HAWK-Algorithmus im Vergleich zu anderen systemen ist HAWK das, was SpaceX im Vergleich zu anderen im Bereich des Weltraumtransports ist.

Was ist Ihre ehrliche Antwort, wenn jemand fragt: „Warum ist das HAWK-Vario das beste?“

Das ist die falsche Frage. HAWK ist überhaupt kein Variometer. HAWK berechnet einen dreidimensionalen Luftstromvektor. Es ist ein völlig neues Konzept. Zwar stellen wir diesen Vektor als vertikale Geschwindigkeit und horizontalen Wind dar, aber HAWK ist viel mehr. Mit HAWK können Sie die Geschwindigkeitspolare eines Segelflugzeugs messen. Zu diesem Thema wurde bereits ein Artikel veröffentlicht („Experimentelle Bestimmung der Geschwindigkeits- und Auftriebspolaren mit der Multisensor-Plattform HAWK“, XXXVI OSTIV Congress 2024). Mit HAWK können wir sogar den Anstellwinkel verfolgen.

Einige Piloten sagen, dass HAWK teuer ist. Warum kann es nicht günstiger angeboten werden, oder was steckt in den Kosten, was Piloten vielleicht nicht wissen?

In HAWK wurde viel Entwicklungsarbeit investiert, und angesichts der Größe des Marktes halten wir den Preis für angemessen. Selbst wenn HAWK kostenlos wäre, gäbe es immer noch Leute, die unsere Produkte für zu teuer halten. Das Unternehmen LXNAV beschäftigt dreißig Mitarbeiter. Wir bieten einen 24/7-Support und beantworten Kundenanfragen innerhalb von 24 Stunden. Wir bieten Support und Service für Geräte, die älter als 15 Jahre sind. Der größte Teil unserer Einnahmen fließt in neue Entwicklungen.

5. Blick in die Zukunft

Wo siehst du persönlich die Zukunft der Segelfluginstrumente – sowohl in Bezug auf die Technologie als auch auf die Bedürfnisse der Piloten?

Das ist eine Frage, die ich mir oft stelle: Tun wir dem Segelfliegen mit all diesen Entwicklungen wirklich einen Gefallen? Vor einiger Zeit hatte ich die Gelegenheit, mit der Slingsby T21 mit offenem Cockpit zu fliegen. Dort brauchte ich keine Instrumente. Man spürte den Auftrieb, wenn die Luft wärmer wurde, und konnte horizontale Windböen leicht herausfiltern. Ein sehr puristisches Flugerlebnis. Ich habe zwar keinen 500-km-Flug geschafft, aber es hat mir trotzdem Spaß gemacht.

Was heute im Cockpit am dringendsten benötigt wird, ist die Organisation von Informationen. Es gibt immer mehr Daten, was die Arbeitsbelastung des Piloten erhöht. Manchmal möchte man fast aus dem Flugzeug springen, wenn man in die Thermik einkreist – die FLARM-LED piept, das LX9000 warnt vor Verkehr in der Nähe, möglicherweise gibt es eine weitere Luftraumwarnung oder eine Meldung vom Flugzeugsystem. Was wir brauchen, ist ein zentraler Computer – was das LX9000 bereits ist. Er muss nur mit allem im Segelflugzeug verbunden sein. Vor kurzem haben wir beispielsweise einen Batteriemonitor auf den Markt gebracht, mit dessen Hilfe Piloten feststellen können, wie viel Energie im Segelflugzeug verfügbar ist, und der ihnen auf die Minute genau anzeigt, wann die Energie zur Neige geht. Ich gehe nicht davon aus, dass die Displaygrößen weiter zunehmen werden, aber die akustischen und visuellen Warnsignale werden verbessert werden, sodass sie für den Piloten weniger belastend sind. Von Anfang an lautete unser Motto „Weniger Arbeitsbelastung im Cockpit“.

Was Sensoren angeht, erwarte ich keine großen Durchbrüche mehr. Bislang wollten wir Daten über die Luftbewegungen um das Flugzeug herum. In Zukunft wollen wir vielleicht Dinge vor dem Flugzeug sehen können. Aber wer braucht dann noch Piloten?

Ein vertrauter Anblick an jedem Segelflieger-Tag oder anderen Branchentreffen: das Verkaufsteam von LX NAV.

Was motiviert dich nach Jahren der Innovation, weiterhin die Grenzen der Segelflugtechnologie zu erweitern?

Ich bin jemand, der es liebt, neue Dinge zu erschaffen. Wenn man sein Hobby mit seinem Beruf verbinden kann, ist das einfach perfekt. Bei Wettbewerben entschuldigen sich Piloten oft dafür, dass sie mich während meines „Urlaubs“ stören. Aber sie haben ein Problem, das sie gelöst haben möchten. Das macht mir nichts aus – ich helfe sogar gerne. Es ist sogar schon bei einer Weltmeisterschaft vorgekommen, dass Helfer mein Segelflugzeug aus der Startposition geschoben haben, damit ich noch kurz das Problem eines anderen Piloten beheben konnte. Ich arbeite gerne mit jungen Menschen zusammen, die voller Ideen sind. Und mir selbst gehen die Ideen auch nicht aus.

Nun zum Abschluss, du erwähntest eine Geschichte mit Karl Striedieck, wir sind gespannt

Der legendäre US-Segelflieger Karl Striedick

Ja, stimmt Um das Jahr 2000 präsentierten Andrej und ich SeeYou zum ersten Mal auf der SSA-Convention. Die Amerikaner mochten das Programm, auch wegen seines Namens – SeeYou –, der zu ihrer täglichen Begrüßung passt. Ich bleibe gerne im Hintergrund, daher betreute Andrej meistens den Stand. Irgendwann war ich aber allein am Stand. Ein älterer Herr kam auf mich zu, lobte das Programm und begrüßte mich mit den Worten: „Sie müssen Erazem sein.“ Ich war überrascht, ich kannte ihn leider nicht. Er bemerkte das und stellte sich vor: „Hallo, ich bin Karl Striedieck.“ Und dann erzählte ich ihm, dass er der maßgebliche Auslöser war, warum ich nun an diesem Tag vor ihm stand.

Variometer 101

Author: Adam Woolley

If you’ve ever watched a glider gracefully manoeuvre through the sky, or you’ve just started your life’s soaring adventure you might wonder how they or we manage to stay aloft for so long without an engine. One of the key tools that we use to help us as glider pilots achieve this beautiful feat, is called a variometer. In this article, I want to describe in simple terms how this clever device works.

Sensitive Rate of Climb Instrument
First off, what exactly is a variometer? Simply put, it’s a special instrument that measures the rate of climb or descent of the glider. Think of it as a helpful assistant for the pilot, indicating whether they are going up, down, or maintaining altitude. Uniquely, the Americans have designed a very clever digital variometer called the ClearNav!

Pressure Sensor
Now, let’s delve into the inner workings of a variometer. At its core, a variometer contains a sensitive pressure sensor. This sensor is designed to detect even the slightest changes in air pressure. As the glider ascends or descends, the surrounding air pressure changes and the variometer picks up on these fluctuations. But how does it translate these pressure changes into useful information for the pilot? Well, the variometer is connected to a display unit in the cockpit. This display typically features a dial or digital readout, that shows the rate of climb or descent in feet per minute (fpm) and typically shows on the instrument as a number 1-10.

When the glider is climbing, the variometer needle or digital display will indicate a positive rate of climb. Conversely, when the glider is descending, the display will show a negative rate of descent. If the glider is maintaining a steady altitude, the display will remain close to zero. A slow rate of climb is 100fpm (indicated as 1), and a strong one is 1000fpm (indicated as 10) – a true elevator in the sky, and super exhilarating when you catch one! Now, you might be wondering how the variometer distinguishes between rising and sinking air currents, which are crucial for us glider pilots seeking to maximise our time in the sky. This is where some clever engineering comes into play.

Audio Variometer
In addition to measuring the overall rate of climb or descent, variometers are often equipped with a feature called an „audio vario,“ which is imperative to both our senses and our safety in the sky. This feature emits a distinctive sound that changes in pitch or frequency depending on the glider’s vertical speed, allowing us to realise whether we are in a lift or sink just by tuning our ears into this distinctive sound.

For example, when the glider is climbing in rising air, the tone will become higher in pitch (a happy tone), alerting the pilot to the presence of lift. Conversely, when the glider encounters sinking air, the tone will become lower in pitch (a depressing tone), signalling the need to adjust course to find a better lift or just less sinking air. By listening to these auditory cues while also monitoring the visual display, glider pilots can effectively navigate through thermals and other atmospheric phenomena to maintain or gain altitude. Overall, the variometer is a vital tool for glider pilots, helping us to gauge their rate of climb or descent and fly through the ever-changing & invisible air currents of the sky. With its simple yet ingenious design, the variometer plays a crucial role in keeping gliders soaring gracefully through the air for hours on end. Source: ‚Adam Woolley on Wings and Wheels‚.

Finding Good Thermals

One thing that is said time & time again is that the greatest improvement in our achieved cross-country speed will come from increasing our average rate of climb, but how can we work towards this? Practice makes perfect, of course. In all reality, once a thermal has been found and centred, most pilots will climb at around the same rate, and most gliders are reasonably similar in performance. So are others doing to improve their speeds or enjoyment of the skies that you might not be? What are they looking for, and what techniques are they using to help find these stronger thermals?

Feel & Hear the Airflow
Using the „feel“ of your glider is probably the greatest factor in successfully finding good climbs. Being familiar with your glider is vital, as is a basic understanding of thermal structure. Fortunately, this understanding does not need to be too technical, put in 20% effort on this & you’ll get an 80% reward – so it is useful to know what a typical airflow pattern around a thermal is likely to be. What does this airflow feel and sound like inside your cockpit? Let this last sentence sink in for a bit, and reread it.

The transition from Sink to Lift
Dead & heavy, that’s the feeling of the sink surrounding a lift area. As you progress closer to the lift, you will pass through the turbulent zone where some strong shear occurs between the sink and the lift. This area will feel bubbly, transitioning from a down indication to what we are looking for, the up part! Shortly after this turbulence, you will feel a strong, smooth surge (quite often, you’ll sense the glider accelerating, and the ASI will show that you are) as you enter the main laminar flow of the thermal core. The cockpit should sound quieter. When you’re in the core, too, you’ll notice that the controls will feel like they are ‚biting‘ the air & working better than usual. This is because the airflow over them is smooth and organised.

These indications will only occur as described if you manage to fly directly into the centre of the thermal! But often, this doesn’t happen, so what is important is to recognise quickly where you are in relation to the good bit by feeling the characteristics of the air you are in. Turn towards the rising wing, but not always. This is so obvious. Hold the stick lightly & keep the vario noise low; it is impossible to hear the airflow around the cockpit when it’s too loud; finally, look up and outside. Look, listen and feeeeeel. This is not easy and takes time and dedication to master, but any effort you put in here will be rewarded.

Moving from Bubbly to Smooth Lift
For example, if the day provides regular six-knot climbs and has flown under a promising fresh cumulus, you are rewarded with an erratic four that feels rather bubbly. The well-in-tune pilot will realise that there is a good climb quite close but that they are currently positioned in the shear layer on the edge of the thermal core. First of all, they will recognise this by carefully paying attention to the feel of the different parcels of air as they circle up, building the picture as to which direction they must move to find the best lift. This may be just a moment of smooth air to centre towards or a section of the turn that is more turbulent to move away from. This is certainly not easy; it takes a very subtle feel and intense concentration. The good news, we can all learn to do it. Other gliders nearby are good measures, don’t be too proud to go over to them if they are going up faster. Use the time to lock in the lesson as to the feelings & sounds you get along the way to – free training. Always look for that smooth, laminar core that gives a big push from below. Happy climbing! Source: ‚Wings & Wheels‚.