HAP 3: Strukturintegration von Eiserkennung und Enteisung

Die Entstehung von Eis auf den Tragflügeln eines Flugzeugs beeinflusst dessen Flugeigenschaften in besonderem Maße. Bereits Eisschichtdicken von wenigen Millimetern führen zu einem Auftriebsverlust und einer Erhöhung des Widerstands, die das Flugzeug in unkontrollierbare Situationen bringen kann. Auf Grund dessen sind insbesondere Verkehrsflugzeuge mit Enteisungsmechanismen ausgestattet, die den Eisansatz verhindern bzw. angelagertes Eis entfernen.

Eisansatz an einem Rotorblatt

Konventionelle Systeme beruhen auf dem Einsatz thermischer Energie, z.B. durch die Anströmung der Vorderkante von innen mit Triebwerkszapfluft oder durch Heizmatten auf bzw. in der vereisungs-gefährdeten Struktur, die durch elektrische Energie gespeist werden. Der hohe Bedarf an Energie stellt hierbei den größten Nachteil dar. Energieeffizienter sind mechanische Systeme, die Kräfte oder Verformungen in die Struktur einbringen und damit das Eis ablösen. Gegenwärtig sind pneumatische Enteisungssysteme (sogenannte Boots) im Einsatz, bei denen die Verformung von aufblasbaren Gummischlauchmatten zum Abplatzen von Eisansätzen führt.

 

In Arbeitspaket 3 werden aktive Maßnahmen zur Enteisung von Flügelvorderkanten untersucht. Dabei geht es insbesondere darum, innovative Enteisungskonzepte weiterzuentwickeln und deren Integration in die Flügelvorderkante eines Verkehrsflugzeugs zu realisieren. Mögliche Enteisungsprinzipien basieren unter anderem auf Piezoaktuatoren sowie Elektroimpulsenteisung. Bei den Untersuchungen sollen vor allem folgende Punkte bearbeitet werden:

  1. Charakterisierung der Systeme in Bezug auf Energiebedarf, Komplexität, Gewicht und Zuverlässigkeit

  1. Verbesserung von innovativen Konzepten bezüglich Realisierbarkeit und Zuverlässigkeit

  1. Integrieren und Testen eines Konzeptes in der Flugzeugstruktur bzw. in der Flügelvorderkante

Im Anschluss an die Phase der Konzeptfindung werden zwei Konzepte für genauere Untersuchungen ausgewählt. Dafür werden entsprechende Versuchsaufbauten erstellt, mit denen zunächst Versuche an Platten durchgeführt werden. Insbesondere das Phänomen der Vereisung mit großen, unterkühlten Wassertropfen (Supercooled Large Droplets) steht dabei im Vordergrund, da dieses einen besonders kritischen Vereisungszustand darstellt.

Zusätzlich werden Berechnungsmethoden (z.B. mit der Finite Elemente Methode) entwickelt, die es erlauben, die Enteisungsprozesse zu simulieren. Im Anschluss daran wird ein geeignetes Enteisungskonzept für die Flügelstruktur entworfen. Dieses beinhaltet ebenfalls ein Sensorkonzept, das die Eisbildung detektieren kann. Ein Demonstrator mit funktionsfähigem Enteisungsmechanismus wird unter Vereisungsbedingungen im Windkanal getestet.

 

Beteiligte Institute: