dokeo GmbH: Jet-Enteisung im Windkanal (BILD)

Jet-Enteisung im Windkanal (BILD)

   

Stuttgart (ots) -

   EADS-Forscher simulieren unter frostigen Bedingungen den Flug 
   durch die Wolken. In Ottobrunn bei München und in Capua bei Neapel
   wird die Vereisung von Flugzeugen untersucht. Im Fokus steht 
   Wasser, das trotz Minusgraden flüssig ist. Spezielle 
   Beschichtungen können per Lotuseffekt die Vereisung hemmen. 

Kurz vor dem Start sind die Passagiere enttäuscht: Statt auf die Rollbahn rollt das Flugzeug in der kalten Jahreszeit erst zur Enteisung. Mit Eis auf Tragflächen oder an den Rudern können Flugzeuge aber nicht starten, das gebietet die Sicherheit. Doch auch während des Fluges muss Vorsorge gegen Vereisung getroffen werden. Damit beschäftigen sich Experten des Luftfahrtkonzerns EADS.

Um der Eisbildung wissenschaftlich auf den Grund zu gehen, wird seit Januar 2012 in der deutschen Unternehmenszentrale in Ottobrunn bei München das Testlabor iCORE, ("Icing and Contamination Research") betrieben. Herzstück ist ein Niedertemperatur-Windkanal, der die Simulation von Vereisungsbedingungen ermöglicht. Dabei geht es auch um die Verhältnisse während des Flugs. Denn beim Durchqueren von Wolken lassen tiefe Temperaturen und die Windgeschwindigkeit schnell Eiskrusten auf den Tragflächen wachsen. Das erhöht den Luftwiderstand, der Treibstoffverbrauch steigt beträchtlich.

"Im Kanal generieren wir Bedingungen, die denen beim Flug entsprechen", sagt Dominik Raps. Der promovierte Chemieingenieur leitet das sechsköpfige Laborteam aus Maschinenbau- sowie Luft- und Raumfahrttechnik-Ingenieuren und Doktoranden der Technischen Universitäten in München und Darmstadt. Die Forscher wollen Methoden entwickeln, die die Vereisung der Oberflächen reduzieren oder völlig verhindern helfen. Ein Ziel ist es auch, den Energieverbrauch für die Enteisung im Flug zu senken. Im frostigen Windkanal werden wasserabweisende Beschichtungen und spezielle Oberflächenstrukturen untersucht, die die Eisbildung durch "unterkühlte" Tröpfchen erschweren sollen. Dabei handelt es sich "metastabiles" Wasser, das trotz Minustemperaturen flüssig ist. Solchen unterkühlten Tröpfchen begegnen Flugzeuge häufig in der Atmosphäre und beim Flug durch Wolken.

In Ottobrunn interessieren sich die Forscher zunächst für die Mechanismen, nach denen aus unterkühltem Wasser Eis entsteht. "Im Labor können wir die Vorgänge auf der mikroskopischen Ebene simulieren", erklärt Raps. So lässt sich aufklären, wie Eis aufwächst und an Oberflächen haftet. Eine Illusion, die auch in der Literatur oft zu finden sei, beseitigt Raps sofort: "Wir sind uns ziemlich sicher, dass man alleine durch wasserabweisende Beschichtungen die Eisbildung nicht verhindern kann." Ein realistisches Ziel sei es jedoch, "aktiven" Enteisungssystemen die Arbeit zu erleichtern. Zu 90 Prozent - so Raps - dient bei Düsenflugzeugen dafür die Beheizung durch Zapfluft aus den Triebwerken. Die heiße Luft wird durch Hohlräume hinter den Flügelvorderkanten geblasen. Da die Aufbereitung der Zapfluft aufwändig ist und das System relativ schwer ist, wird nach Alternativen gesucht.

Im Zuge zunehmender Verwendung elektrischer Systeme an Bord - Raps spricht von "more electric aircraft" - bieten sich elektrothermische und elektromechanische Enteisung an. In Ottobrunn wird nun untersucht, wie man diese Systeme durch geeignete Beschichtungen unterstützen könnte. "Das würde den Energiebedarf verringern", erklärt der Chemieingenieur.

Wo kein Wasser ist, kann kein Eis entstehen, lautet die einleuchtende Devise. So versucht man, die Tragflächen mit extrem wasserabweisenden Beschichtungen trocken zu halten. Dabei machen sich die EADS-Ingenieure den "Lotuseffekt" zu Nutze. Die Oberfläche wird nach dem Vorbild der Lotusblume mit winzigen Noppen im Bereich von Nanometern (millionstel Millimeter) versehen. Dann perlen Flüssigkeiten rasch ab, Schmutzpartikel finden kaum Halt und werden selbstreinigend abgewaschen.

Hierzu finden ausgeklügelte Versuche innerhalb des EU-Projekts AEROMUCO (AEROdynamic surfaces by advanced MUltifunctional COatings) statt. "Bei CIRA (Cenro Italiano Richerche Aerospaziali) in Capua bei Neapel befindet sich einer der größten Vereisungswindkanäle weltweit", erklärt Versuchsleiter Raps. In dem von EADS koordinierten Projekt werden Oberflächen entwickelt, die die Vereisung hemmen sollen.

Die Ottobrunner Forscher arbeiten auch mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) zusammen. Diese Stuttgarter Einrichtung koordinierte unter Leitung des Physikers Michael Haupt ein Projekt namens Nanodyn, bei dem zwei Fraunhofer-Institute und vier Firmen die Eigenschaften nanostrukturierter Schichten untersuchten. "Nanodyn" ist 2012 ausgelaufen, doch Projekt-Leiter Haupt will die Erforschung wasserabweisender Oberflächen weiterführen, zumal die Ergebnisse auch für die Rotoren von Windgeneratoren interessant sind. Speziell geht es um die Frage, wie Schmierstoffe, Reinigungsmittel oder Luftfeuchtigkeit die Oberflächen beeinflussen, etwa bezüglich Eisbildung, Reibung und Verschleiß.

"Das Nanodyn-Projekt hat uns geholfen, unsere Methodik zu entwickeln", erklärt Raps. "Wir sind dabei, die nanostrukturierten Schichten beständiger zu machen und den wasserabweisenden Effekt länger zu erhalten", sagt der EADS-Chemieingenieur. Während derzeit die Lackierung bereits nach wenigen simulierten Flügen ihre vereisungshemmende Fähigkeit verliert, möchten die EADS-Experten diese Eigenschaft für eine Flugzeit von fünf Jahren sichern. Dabei werden sowohl Lacke auf Polyurethan-Basis untersucht, die gegen UV-Strahlung beständig sind, als auch solche auf Acrylbasis, die durch UV gehärtet werden. Andere Experimente beschäftigen sich mit Beschichtungen auf Titan.

Die Ergebnisse dürften auch für die Flugzeuge am Boden nützlich sein. "In der Wintersaison 2011/2012 wurden allein in Frankfurt knapp 5000 Flugzeuge enteist", sagt Dieter Hulick, Sprecher des Flughafenbetreibers Fraport. Mit einem etwa 80 Grad heißen Gemisch aus Glykol, Wasser und Korrosionsschutzmitteln wird für eisfreie Tragflächen gesorgt. Für ein Großraumflugzeug vom Typ Airbus A 380 benötigt man durchschnittlich etwa 1500 Liter, für den kleineren Typ Airbus A320 reicht ein Drittel dieser Menge. Die Glykolgemische sind biologisch vollständig abbaubar. Da sie jedoch vergleichsweise viel Schmutz enthalten, werden die an den Enteisungspositionen anfallenden Abwässer getrennt aufgefangen und nach und nach dem kommunalen Schmutzwasser beigegeben.

Wenn sich dank wasserabweisender und selbstreinigender Oberflächen weniger Schnee auf den Flugzeugen festsetzen und weniger Eis aufwachsen kann, geht die Enteisung schneller und benötigt weniger Flüssigkeit. Die Ergebnisse aus den frostigen Windkanälen bringen somit nicht nur Vorteile für Passagiere und Flughäfen, auch die Umwelt wird geschont.

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Wolfgang Scheunemann, dokeo 
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