Eisbildung an Luftfahrzeugen stellt ein erhebliches Risiko für die Flugsicherheit dar – sowohl bei Hubschraubern als auch bei Flächenflugzeugen. Sie kann die Aerodynamik, Steuerbarkeit und Systemfunktionalität deutlich beeinträchtigen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickelt und erprobt das DLR-Institut für Flugsystemtechnik innovative Technologien im Bereich der Vereisung. In diesem Themenfeld forscht das Institut an praxisnahen Lösungen zur Detektion, Analyse und Vermeidung sowie Beseitigung von Vereisung.
Monitoring von Flugzeugvereisung während des Fluges
Vereisung von Flächenflugzeugen, speziell durch große unterkühlte Wassertropfen (Supercooled Large Droplets, SLD), kann während des Fluges ein besonderes Sicherheitsrisiko darstellen. Seit Jahren ist das Institut für Flugsystemtechnik dazu an internationaler Forschung beteiligt und hat verschiedene Ansätze zur flugmechanischen Simulation und Analyse des Flugs bei Vereisung an unterschiedlichen Flugzeugoberflächen erforscht.
Zuletzt wurde das EU-Projekt SENS4ICE (SENSors and certifiable hybrid architectures for safer aviation in ICing Environment) koordiniert und gemeinsam mit 16 weiteren Projektbeteiligten neuartige Technologien zur Detektion von SLD untersucht. Im Institut wurde dafür ein neuartiger, flugzeugbasierter Ansatz zu Eiserkennung entwickelt: eine Software zur Überwachung der Flugleistung, welche somit Vereisung am Flugzeug auf indirekte Weise zuverlässig detektieren kann. Dies wurde erfolgreich im Flugversuch demonstriert und wird von Industrie und Zulassungsbehörden als aussichtsreiche Technologie eingeschätzt.
Enteisung von Rotorblättern
Systeme zur Enteisung von Rotorblättern müssen für kleine und mittel-große Hubschrauber hohe Anforderungen hinsichtlich Gewichts, Abmaßen und Leistungsbedarf erfüllen. Der Rotorturm des DLR-Instituts für Flugsystemtechnik beherbergt einen Versuchsstand, auf dem Rotoren mit einem Durchmesser von bis zu 4,2 Metern erprobt werden können und der zu einem Ver- und Enteisungsprüfstand für Rotorblätter erweitert wurde.
Dafür wurde in den Turm eine Tiefkühlzelle (TKZ) eingerüstet, in der Enteisungstechnologien für Rotorblätter unter realistischen atmosphärischen Vereisungsbedingungen bei Temperaturen von bis zu -25°C experimentell untersucht werden können. Mithilfe eines Spraysystems unterhalb der Decke kann ein Wasser-Luftgemisch eingesprüht werden, das Vereisungssituationen herbeiführt.
Dieser – in Europa einmalige – Prüfstand verändert die bisherige Herangehensweise des Tests von Enteisungssystemen an nichtrotierenden Profilen im Windkanal durch die zusätzliche Aufprägung von Zentrifugallasten. Die Berücksichtigung des Zentrifugaleffekts auf den Energiebedarf für die Enteisung ermöglicht die Entwicklung von effizienteren und energiesparenden Systemen
Eisbildung an der Vorderkante des Höhenleitwerks der Safire ATR 42 im Flug
Vereisung während des Fluges kann zu Beeinträchtigungen der Flugleistung und Flugeigenschaften führen.
Rotorprüfstand und Einsprühsystem in der Tiefkühlzelle im Rotorturm
Der Rotorprüfstand innerhalb der Tiefkühlzelle ermöglicht die Erprobung von Technologien zur Enteisung/Eisfreihaltung von Blättern unter dem Einfluss von Zentrifugalbeschleunigungen als auch Sensoriken zur Eiserkennung. Das mit 15 beheizbaren Düsen auf einer kreisförmigen Struktur bestückte Einsprühsystem unter der Tiefkühlzellendecke ermöglicht durch die geregelte Einspritzung von Luft-Wasser-Gemischen die Simulation realistischer atmosphärischer Vereisungsbedingungen. Dafür kann die Temperatur in der Tiefkühlzelle auf bis zu -25°C abgesenkt werden.
Vereistes Rotorblatt im DLR-Rotorvereisungsprüfstand
Treffen unterkühlte Wassertröpfchen auf die sich drehenden Rotorblätter frieren diese schlagartig fest. In Abhängigkeit der Temperatur, dem Flüssigwassergehalt in der Luft und dem mittleren Tröpfchendurchmesser im Spray bildet sich dabei relativ schnell eine stetig anwachsende Eisschicht, hier vornehmlich an der Blattvorderkante. Abhängig von der Temperatur innerhalb der Tiefkühlzelle entsteht dabei Klar- oder Raueis bzw. eine Mischform daraus. Schön anzuschauen, stellt diese Form der Blattvereisung eine Gefahr für das Fluggerät dar, wenn sie nicht rechtzeitig erkannt und schnell entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
