Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

ILA 2012: Schutz vor vereisten Flügeln

30.08.2012
Vereisen die Tragflächen von Flugzeugen, treibt das die Kosten in die Höhe und beeinträchtigt die Sicherheit – schlimmstenfalls kann es sogar zum Absturz kommen. Auf der Messe »ILA Berlin Air Show« vom 11. bis 16. September zeigen Forscher neue Möglichkeiten, um die Flügel eisfrei zu halten (Halle 3, Stand 3221).

So kuschelig die weißen Wolken am blauen Himmel auch aussehen, sind die Bedingungen dort oben doch unwirtlich: Fliegen Flugzeuge durch die Wolken hindurch, lassen die tiefen Temperaturen gemeinsam mit der Windgeschwindigkeit schnell Eiskrusten auf den Tragflächen entstehen.

Dieses Vereisen kann schwerwiegende Folgen haben: Zum einen kann der Luftwiderstand des Flugzeugs durch die Eiskruste um bis zu 40 Prozent steigen, zum anderen wird das Flugzeug schwerer und der Auftrieb sinkt um bis zu 30 Prozent. Beides erhöht den Treibstoffverbrauch deutlich und beeinträchtigt die Sicherheit – schlimmstenfalls bringt das Eis das Flugzeug gar zum Absturz.

Die Flugzeughersteller müssen die Vereisung daher mit verschiedenen Technologien verhindern: Etwa indem sie die Abwärme der Triebwerke in Hohlräume in den Flügelvorderkanten leiten und die Flügel so während des Flugs enteisen können. Andere Hersteller integrieren »rubberboots«: Gummimatten, die bei Bedarf aufgepumpt werden und das Eis so von der Oberfläche »sprengen«. Ein großer Nachteil dieser Technologien ist allerdings der hohe Energiebedarf. Zudem lassen sie sich nicht oder nur schwer mit Faserverbundwerkstoffen kombinieren, die im Flugzeugbau zunehmend eingesetzt werden.

Flügelheizung aus Nanomaterialien
Forscher am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben nun eine Heizmöglichkeit für die Flügel entwickelt, die diese Nachteile umgeht. »Wir integrieren Nanomaterialien in den Werkstoff der Tragflächen, die eine elektrisch leitende Schicht erzeugen und den Flügel beheizen«, sagt Martin Lehmann, stellvertretender Abteilungsleiter am LBF. Mehr möchte der Wissenschaftler momentan noch nicht verraten. Die Vorteile des Systems: Da die elektrisch leitende Schicht ins Material eingebaut ist, wird sie durch das darüber liegende Gewebe geschützt. Zudem ist kein Metall integriert: Das verbessert den Blitzschutz und umgeht die Schwachstelle, die das Metall bilden würde. »Da wir Gleiches mit Gleichem kombinieren, ermüdet das Material nicht so schnell«, sagt Lehmann. Der Effekt der Heizung ist groß: Sie erwärmt die Flügel am Boden auf bis zu 120 Grad Celsius.

Den ersten Test hat die Flügelheizung bereits bestanden: Im Windkanal bei Temperaturen von -18 Grad Celsius und relevanten Windgeschwindigkeiten besprühten die Forscher eine Tragfläche mit Wasser. Zunächst ließen sie eine Eiskruste entstehen, bevor sie die integrierte Heizung anstellten – so wollten die Wissenschaftler das Enteisen, auch »De-Icing« genannt, überprüfen. In einem zweiten Durchlauf schalteten sie die Heizung bereits beim Einsprühen ein, so dass der Flügel gar nicht erst vereisen kann. Man spricht hier auch von »Anti-Icing«. Beide Testläufe verliefen erfolgreich und bestätigten die Simulationen, die die Forscher vorab durchgeführt haben. Zudem untersuchten die Experten zwei verschiedene Modelle, in denen die Heizzonen jeweils etwas unterschiedlich aufgebaut waren, sowie einen ungeheizten Referenzflügel. »So können wir die Heizleistung optimieren – denn die Heizung soll die Flügel zuverlässig eisfrei halten, andererseits aber so wenig Energie wie möglich verbrauchen«, erläutert Lehmann.

Im Labormaßstab funktioniert die Tragflächenheizung bereits, nun wollen die Forscher ihre Entwicklung zum industriellen Einsatz weiterentwickeln. Auf der Messe ILA Berlin Air Show vom 11. bis 16. September 2012 zeigen die Wissenschaftler eines der Segmente, das sie im Windkanal getestet haben (Halle 3, Stand 3221). Das Segment wird beheizt, was die Besucher zum einen über ihre Handflächen spüren, zum anderen in einer Wärmebildkamera sehen können.

Systemlösungen zur Enteisung
Einen weiteren Ansatz verfolgen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. In einem EU-Projekt, das im Herbst 2012 starten soll, entwickeln sie – neben der Enteisung durch Heizen – auch neue technische Lösungen, um das Eis mechanisch von den Flügeln zu entfernen. »Hierfür werden wir innovative Materialien einsetzen, etwa die ’Shape-Memory-Materialien’«, erläutert Dr. Stephan Sell, Wissenschaftler im Bereich Lacktechnik des Fraunhofer IFAM. Das Besondere daran: Ändert sich die Temperatur oder legt man eine elektrische Spannung an, ändert das Material sein Volumen. So können die Wissenschaftler das Eis von der Oberfläche absprengen. »Wir erwarten in dem Zusammenhang Energieeinsparungen von bis zu 80 Prozent gegenüber herkömmlichen Beheizungsmethoden«, sagt Sell.

Gleichzeitig wollen die Wissenschaftler diese aktive Enteisung der Flügel an neuartige Sensoren koppeln. Vereisen die Flügel, erkennen die Sensoren dies über ein optisches System und alarmieren die Crew. Bisherige Techniken basierten lediglich auf indirekten Messungen. Das integrierte Sensorsystem ermöglicht es, sowohl die Vereisung in Echtzeit zu erkennen als auch den Erfolg der Enteisung in Echtzeit zu überwachen. Dies erhöht die Energieeffizienz des Gesamtsystems und steigert die Sicherheit im Flugverkehr um ein Vielfaches.

Schutz durch Anti-Eis-Beschichtungen
Wo kein Wasser ist, kann kein Eis entstehen. Daher entwickeln Forscher des IFAM im »CleanSky«-Programm auch Beschichtungen mit Anti-Eis-Funktionen. Die hydrophobe, wasserabweisende Beschichtung soll unter anderem vor dem »Runback-Eis« schützen, das sich aus dem von den Flügelvorderkanten abgeschmolzenen Eis bildet. Denn wird das Eis an den Flügelvorderkanten über Heizungen abgetaut, fließt es als Schmelzwasser zum hinteren Teil der Tragfläche und friert dort wieder fest. »Unsere hydrophoben Beschichtungen sollen dafür sorgen, dass das Wasser am hinteren Teil der Tragfläche erst gar nicht haften kann, sondern sofort abfließt. Das erreichen wir, indem wir dem Lack bestimmte Additive beimischen, beispielsweise fluorierte Verbindungen«, erklärt Stephan Sell. »Die Herausforderung besteht vor allem darin, die wasserabweisenden Schichten so herzustellen, dass sie über Jahre hinweg stabil bleiben – trotz UV-Strahlung und hohen Erosionsbelastungen.«

Die Anwendungsbereiche dieser neuen Technologien beschränken sich nicht nur auf die Luftfahrt: Auch bei Schiffen, Schienenfahrzeugen, Autos, Rollläden, Kühlaggregaten und Windenergieanlagen ist die Vereisung ein Problem. Beispielsweise führen vereiste Rotorblätter bei Windanlagen dazu, dass die Anlage deutlich weniger Strom produziert – im schlimmsten Fall führt die Vereisung zu irreparablen Schäden. Fallen Teile des Eises herunter, können Menschen verletzt werden.

Um die Anti-Eis-Technologien zu überprüfen, steht den Forschern am IFAM eine eigens entwickelte Eiskammer zur Verfügung. Hier können sie verschiedene Vereisungsszenarien realistisch nachstellen: Beispielsweise

die Lufttemperatur auf bis zu -20 Grad Celsius absenken, den Wind mit Geschwindigkeiten von bis zu 70 Metern pro Sekunde durch die Testkammer pfeifen lassen und über eine Düse Regen simulieren. So lassen sich die Eisbildung auf Oberflächen, die Effektivität der Enteisungsprozesse und die Haftkraft des Eises ermitteln. Für die Tests verwenden die Forscher beispielsweise individuell gefertigte Modelle von Flügelprofilen mit neuen Anti-Eis-Beschichtungen. Eines davon stellen sie auf der Messe ILA aus (Halle 3, Stand 3221).

Martin Lehmann | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/august/schutz-vor-vereisten-fluegeln.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht dormakaba auf der Messe BAU 2019: Smarte Systemlösungen für sichere Zugänge
16.10.2018 | dormakaba Deutschland GmbH

nachricht Internationale Medizintechnikexperten zeigen auf der COMPAMED die Trends der Zukunft
10.10.2018 | IVAM Fachverband für Mikrotechnik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

19.10.2018 | Materialwissenschaften

IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel

19.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Raum für Bildung: Physik völlig schwerelos

19.10.2018 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics