Klirrende Kälte macht Flugzeugen zu schaffen. Wie beim Auto können beim Flugzeug Cockpitscheiben oder Messinstrumente vereisen. Auch die Flügel zählen bei Flugzeugen zu den besonders kritischen Stellen, bei denen Vereisungen zu erheblichen aerodynamischen Nachteilen führen können. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat eine Lösung gefunden. Eine neue elektrische Enteisungstechnologie mittels Carbonfasern kann das Eis effizient abschmelzen oder sogar von vornherein verhindern.
Zukünftige treibstoffsparende und widerstandsarme Flugzeuge sollen mit laminar umströmten ultraglatten Tragflächen abheben. Weil aber schon geringe Eisansammlungen einen negativen Einfluss auf die Flügelumströmung und die Energieeffizienz haben, ist ein innovatives Enteisungssystem nötig.
Wie eine Scheibenheizung im Auto
„Grundsätzlich kann man sich dieses elektrische Widerstandsheizsystem wie eine Scheibenheizung im Auto vorstellen“, erklärt Alexander Pototzky vom DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik. „In der Flügelstruktur werden elektrische Leiter mit einem großen Widerstand platziert, die mit Strom beaufschlagt werden und sich dadurch erwärmen.“ Eine Flügelstruktur aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), zeichne sich durch geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit aus. Der Unterschied zu bereits bestehenden Enteisungssystemen: Da die Heizstruktur ebenfalls aus Carbonfasern besteht und mit der Flügelvorderkante in einem Schritt, gefertigt wird, können die an der Vorderkante auftretenden Lasten durch das Heizsystem mitabgetragen werden. Die Heizstruktur wird in einzelne beheizbare Zonen aufgeteilt, die separat angesteuert werden können und somit eine große Flexibilität bei der Enteisung bieten.
Erprobung im Enteisungsprüfstand
Das neuartige Heizsystem wurde durch Versuche im Enteisungsprüfstand der Technischen Universität Braunschweig (TU BS) im Hinblick auf seine Funktionalität und die Energieeffizienz erprobt. Der Enteisungsprüfstand der TU BS ist ein Windkanal in einer Tiefkühlkammer mit einer Wassereinspritzanlage. „Wir konnten also realistische Versuchsbedingungen wie bei einem Flug durch eine Wolke mit den Effekten der Anströmung, der niedrigen Temperatur und den in der Luft befindlichen Tropfen schaffen“, so Pototzky. Dabei kamen verschiedene Heizstrategien zum Einsatz. Das auftreffende Wasser, das sofort zu Eis gefriert, kann entweder geschmolzen oder mit mehr Energieeinsatz verdampft werden. Diese Strategie nennt sich Anti-Icing (Eisverhütung), da zu keiner Zeit Eis auf der beheizten Flügelvorderkantenfläche zugelassen wird. Um Energie zu sparen, gibt es eine alternative Strategie, das De-Icing (Enteisung), bei der ein Eisansatz auf der Flügelvorderkante erlaubt ist, solange er sich in bestimmten Grenzen befindet. Das Eis wird hier mit einem periodischen Zyklus abgeschmolzen. Während der Versuche konnte die Funktionalität dieser Heizstrategien nachgewiesen und die Energieeffizienz optimiert werden.
Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR