Benutzer:Najagut/Vereisung

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In der Luftfahrt bezeichnet Vereisung die Bildung von Wassereis auf einem Flugzeug. Vereisung hat in der Geschichte der Luftfahrt zu zahlreichen tödlichen Unfällen geführt. Die Eisbildung und -Ansammlung kann die Außenflächen eines Flugzeugs betreffen - in diesem Fall spricht man von Vereisung der Flugzeugzelle - oder das Triebwerk, was zu Vergaservereisung, Vereisung des Lufteinlasses oder allgemeiner zu Triebwerksvereisung führt. Diese Phänomene können, müssen aber nicht unbedingt zusammen auftreten. Nicht alle Flugzeuge, insbesondere Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt, sind für Flüge bei bekannter Vereisung (FIKI) zugelassen, d. h. für Flüge in Gebiete mit Vereisungsbedingungen, die aufgrund von Pilotenberichten, Beobachtungen und Vorhersagen sicher oder wahrscheinlich sind. Um eine FIKI-Zulassung zu erhalten, müssen die Flugzeuge mit geeigneten Eisschutzsystemen ausgestattet sein, um Unfälle durch Vereisung zu verhindern.

Definition

Eis auf Tragfläche

Vereisungsbedingungen liegen vor, wenn die Luft Tröpfchen von unterkühltem Wasser enthält. Sie gefrieren bei Kontakt mit einer potenziellen Keimbildungsstelle, in diesem Fall die Teile des Flugzeugs, und verursachen Vereisung. Die Vereisungsbedingungen werden quantitativ durch die durchschnittliche Tröpfchengröße, den Flüssigwassergehalt und die Lufttemperatur charakterisiert. Diese Parameter wirken sich auf das Ausmaß, die Art und die Geschwindigkeit aus, die die Eisbildung an einem Flugzeug charakterisieren. Die Federal Aviation Regulations enthalten eine Definition von Vereisungsbedingungen, für die einige Flugzeuge zugelassen sind. Sogenannte SLD-Bedingungen (supercooled large droplet) sind Bedingungen, die diese Spezifikation überschreiten und eine besondere Gefahr für Flugzeuge darstellen, die alle Flugzeuge zu vermeiden versuchen müssen. Qualitativ gesehen geben die Pilotenberichte die Vereisungsbedingungen in Bezug auf ihre Auswirkungen auf das Luftfahrzeug an und hängen von den bereits vorhandenen Fähigkeiten des Luftfahrzeugs ab. Verschiedene Flugzeuge können dieselben quantitativen Bedingungen als unterschiedliche Vereisungsgrade melden, was zur Folge hat, dass sie unterschiedlich stark vereist sind. Eisdetektoren werden häufig eingesetzt, um das Vorhandensein von Vereisungsbedingungen anzuzeigen.

Arten von Struktureis

Bild von klarem Eis

• Klares Eis ist oft klar und glatt. Unterkühlte Wassertröpfchen oder gefrierender Regen treffen auf eine Oberfläche, gefrieren aber nicht sofort. Oft bilden sich „Hörner“ oder Vorsprünge, die in den Luftstrom hineinragen und ihn glätten. Diese Form von Eis wird auch Glasur genannt.
• Raueis ist rau und undurchsichtig und entsteht durch unterkühlte Tropfen, die beim Aufprall schnell gefrieren. Es bildet sich meist entlang des Staupunkts eines Schaufelblatts und passt sich im Allgemeinen der Form des Schaufelblatts an.
• Gemischtes Eis ist eine Kombination aus Klar- und Reif-Eis, das beide Eigenschaften aufweist.
• Frosteis entsteht, wenn Wasser auf ungeschützten Oberflächen gefriert, während das Flugzeug stillsteht, noch bevor der Flug beginnt. Dies kann bei Flugversuchen gefährlich sein, da es die Grenzschichtströmung eines Tragflügels unterbricht, was zu einem vorzeitigen aerodynamischen Strömungsabriss und in einigen Fällen zu einem drastisch erhöhten Luftwiderstand führt, der den Start gefährlich oder unmöglich macht, was wiederum vorzeitig zu Unfällen führen kann.
• SLD-Eis bezieht sich auf Eis, das sich unter SLD-Bedingungen (supercooled large droplet) bildet. Es ähnelt dem Klareis, dehnt sich aber aufgrund der großen Tröpfchengröße auf ungeschützte Teile des Flugzeugs aus und bildet schneller größere Eisformen als bei normaler Vereisung, gegen die fast alle Flugzeuge nicht ausreichend geschützt sind. Dies war ein Faktor beim Absturz von American Eagle Flight 4184.

Auswirkung

Bild von einem vereisten Propellermotor

Wenn der Flügel mit Eis verunreinigt ist, kommt es normalerweise zu einem Strömumgsabriss bei einem geringeren Anstellwinkel und damit zu einer höheren Fluggeschwindigkeit, da der Auftriebskoeffizient deutlich verringert und der Luftwiderstand erhöht wird[5]. Selbst kleine Eismengen haben eine Auswirkung, und wenn das Eis rau ist, kann es dennoch eine große Auswirkung sein. Daher ist es ratsam, die Anfluggeschwindigkeit zu erhöhen, wenn sich Eis auf den Tragflächen befindet. Wie stark diese Erhöhung ausfällt, hängt sowohl vom Flugzeugtyp als auch von der Menge des Eises ab. Die Stalleigenschaften eines Flugzeugsmit vereisten Tragflächen werden sich verschlechtern, und ernsthafte Probleme mit der Rollsteuerung sind nicht ungewöhnlich. Der Eisansatz kann asymmetrisch zwischen den beiden Tragflächen sein, was eine Kalibrierung erfordert. Außerdem wird der äußere Teil eines Flügels, der normalerweise dünner ist und daher das Eis besser aufnehmen kann, wahrscheinlich zuerst überziehen.

Auswirkungen auf unbenannte Flugzeuge

Unbemannte Flugzeuge sind eine aufstrebende Technologie mit einer Vielzahl von kommerziellen und militärischen Anwendungen. Die Vereisung während des Flugs tritt bei unterkühlten Wolken oder gefrierendem Niederschlag auf und stellt eine potenzielle Gefahr für alle Luftfahrzeuge dar. Die Vereisung von UAVs während des Fluges stellt eine erhebliche Einschränkung des Einsatzbereichs dar[6].

Unbemannte Flugzeuge sind im Vergleich zu bemannten Flugzeugen empfindlicher und anfälliger für Vereisung[7]. Die Hauptunterschiede zwischen UAVs und bemannten Flugzeugen in Bezug auf Vereisung sind

• Größe und Gewicht: Kleine Flugzeuge vereisen schneller, und es bildet sich mehr Eis pro Flächeneinheit als bei großen Flugzeugen. UAVs sind in der Regel kleiner als bemannte Flugzeuge und daher anfälliger für Vereisung. Außerdem kann sich die zusätzliche Masse, die durch die Eisablagerungen entsteht, bei UAVs mit strengen Gewichtsbeschränkungen schnell negativ auswirken.
• Fluggeschwindigkeit: Hohe Fluggeschwindigkeiten führen zu einer Erwärmung der Tragflächen oder Propeller des Flugzeugs, was der Vereisung bis zu einem gewissen Grad entgegenwirken kann. UAVs fliegen mit niedrigeren Geschwindigkeiten als bemannte Flugzeuge und profitieren nicht von demselben Erwärmungseffekt. Daher kann die Vereisung bei UAVs in einem breiteren Temperaturbereich auftreten als bei bemannten Flugzeugen.
• 'Laminare Strömung': Die Reynolds-Zahl von UAVs ist etwa eine Größenordnung niedriger als die von bemannten Flugzeugen. Dies führt dazu, dass UAVs in Strömungsregimen arbeiten, in denen laminare Strömungseffekte stärker ausgeprägt sind als turbulente Strömungseffekte. Da die laminare Strömung leichter gestört wird als die turbulente Strömung, sind die negativen Auswirkungen der Vereisung
• Typ: Drehflügler-UAVs sind in der Regel empfindlicher gegenüber Vereisung als Starrflügler-UAVs[8].

Bild von einem vereisten Flugzeug

Die Teile des UAV, die der Vereisung am meisten ausgesetzt sind, sind der Fluggeschwindigkeitssensor, die Vorderkante der aerodynamischen Oberflächen, die Rotoren und die Propeller. Die Vereisung von UAVs ist ein globales Phänomen, und Vereisungsbedingungen in der Einsatzhöhe können das ganze Jahr über auf der ganzen Welt auftreten. Besonders groß ist das Vereisungsrisiko jedoch in den subarktischen Gebieten, der Arktis und der Antarktis. In weiten Teilen der nordischen Länder sind beispielsweise von September bis Mai 35 % bis über 80 % der Zeit Vereisungsbedingungen zu verzeichnen[8].

Vorbeugung und Beseitigung

Enteisen einer Embraer Legacy 450 vor dem Flug. Es gibt mehrere Methoden, um die Gefahren der Vereisung zu verringern. Die erste und einfachste besteht darin, Vereisungsbedingungen ganz zu vermeiden, was jedoch bei vielen Flügen nicht praktikabel ist.

Schutz vor dem Flug

Wenn sich vor dem Start Eis (oder andere Verunreinigungen) auf einem Flugzeug befinden, müssen diese von kritischen Oberflächen entfernt werden. Die Beseitigung kann auf verschiedene Weise erfolgen:

Bild von einer Flugzeug Enteisung

• Mechanische Mittel, die so einfach sein können wie die Verwendung eines Besens oder einer Bürste zum Entfernen von Schnee
• Anwendung von Enteisungsflüssigkeit oder sogar heißem Wasser zur Entfernung von Eis, Schnee usw.
• Einsatz von Infrarotheizungen zum Schmelzen und Entfernen von Verunreinigungen
• Unterbringung des Flugzeugs in einem beheizten Hangar, bis Schnee und Eis geschmolzen sind
• Positionierung des Flugzeugs in Richtung Sonne, um die Aufheizung der schnee- und eisbedeckten Oberflächen zu maximieren. In der Praxis ist diese Methode aufgrund der Zeit- und Wetterbedingungen auf dünne Verschmutzungen beschränkt.

Alle diese Methoden beseitigen bestehende Verschmutzungen, bieten aber keinen praktischen Schutz bei Vereisung. Wenn Vereisungsbedingungen bestehen oder vor dem Start erwartet werden, werden Enteisungsflüssigkeiten verwendet. Diese sind dicker als Enteisungsflüssigkeiten und halten den Auswirkungen von Schnee und Regen eine Zeit lang stand. Sie sind dazu bestimmt, beim Start vom Flugzeug abzuscheren und bieten keinen Schutz während des Fluges.

Schutzsysteme während des Fluges

Hauptartikel: Eisschutzsysteme

Ein Enteisungsstiefel an der Tragfläche eines Dash 8-Flugzeugs. Die Rillen entstehen, wenn der Stiefel mit Luft aufgeblasen wird, um angesammeltes Eis aufzubrechen und zu entfernen.

Um ein Flugzeug vor Vereisung während des Fluges zu schützen, werden verschiedene Formen der Vereisungsbekämpfung oder Enteisung eingesetzt:

• Ein gängiger Ansatz ist die Zuführung von Triebwerkszapfluft in Kanäle entlang der Vorderkanten von Flügeln und Leitwerken. Die Luft erwärmt die Vorderkante der Oberfläche, wodurch das Eis bei Kontakt schmilzt oder verdampft. Bei Flugzeugen mit Turbinenantrieb wird die Luft aus dem Verdichterbereich des Triebwerks abgesaugt. Bei Flugzeugen mit Turbolader und Kolbenmotor kann die Zapfluft aus dem Turbolader abgesaugt werden.
• Einige Flugzeuge sind mit pneumatischen Enteisungsschuhen ausgestattet, die Eisansammlungen auf der Oberfläche zerstreuen. Diese Systeme benötigen weniger Triebwerkszapfluft, sind aber in der Regel weniger effektiv als eine beheizte Oberfläche.
• Einige wenige Flugzeuge verwenden ein Tragflächensystem mit Hunderten von kleinen Löchern in den Vorderkanten, aus denen bei Bedarf Enteisungsflüssigkeit austritt, um die Bildung von Eis zu verhindern.
• Elektrische Heizungen werden ebenfalls eingesetzt, um Flugzeuge und Komponenten (einschließlich Propeller) vor Vereisung zu schützen. Die Beheizung kann kontinuierlich (in der Regel bei kleinen, kritischen Bauteilen wie Pitot-Sensoren und Anstellwinkelschaufeln) oder intermittierend erfolgen, was eine ähnliche Wirkung wie die Verwendung von Enteisungsstiefeln hat.

In all diesen Fällen werden in der Regel nur kritische Flugzeugoberflächen und -komponenten geschützt. Insbesondere wird in der Regel nur die Vorderkante eines Flügels geschützt.

Vergaserwärme wird bei Vergasermotoren eingesetzt, um Vereisung zu verhindern oder zu beseitigen. Motoren mit Kraftstoffeinspritzung sind nicht anfällig für Vergaservereisung, können aber unter verstopften Einlässen leiden. Bei diesen Motoren ist oft eine alternative Luftquelle vorhanden.

Es gibt einen Unterschied zwischen Enteisung und Vereisungsschutz. Enteisung bezieht sich auf die Entfernung von Eis von der Flugzeugzelle; Anti-Icing bezieht sich auf die Verhinderung von Eisansammlungen auf der Flugzeugzelle.

Historische Unfälle und Vorfälle

Diese Liste ist unvollständig; Sie können helfen, indem Sie fehlende Einträge hinzufügen.(Dezember 2019)

Bild von einem Flugzeug im Schneesturm

Bild von einem Flugzeug Unfall

Datum	Unfall
4 November 2010	Aerocaribbean-Flug 883
24 Juli 2014	Air-Algérie-Flug 5017
13 Januar 1982	Air-Florida-Flug 90
1 Juni 2009	Air-France-Flug 447
10 März 1989	Air-Ontario-Flug 1363
01 April 1993	1993 Tennessee Fairchild Merlin crash
15 Oktober 1943	American Airlines Flight 63 (October 1943)
31 Oktober 1994	Simmons-Airlines-Flug 4184
12 Dezember 1985	Multinational-Force-and-Observers-Flug 1285R
21 November 2004	China-Eastern-Airlines-Flug 5210
12 Februar 2009	Colgan-Air-Flug 3407
9 January 1997	Comair-Flug 3272
27 Februar 2001	Loganair-Flug 670A
21 Dezember 2002	TransAsia-Airways-Flug 791
21 November 2004	China-Eastern-Airlines-Flug 5210
16 August 2005	West-Caribbean-Airways-Flug 708
12 Februar 2009	Colgan-Air-Flug 3407
1 Juni 2009	Air-France-Flug 447
4 November 2010	Aerocaribbean-Flug 883
9 January 2011	Iran-Air-Flug 277
18 Mai 2011	Sol-Líneas-Aéreas-Flug 5428
24 Juli 2014	Air-Algérie-Flug 5017
11 Februar 2018	Saratov-Airlines-Flug 703
9 August 2024	VoePass-Linhas-Aéreas-Flug 2283

Siehe auch

• Flugzeugenteisung
• Akkretion (Meteorologie)
• Kategorie:Durch Eis verursachte Unfälle und Zwischenfälle mit Flugzeugen

Weblinks

• siehe Wikipedia:Weblinks

Einzelnachweise

Hinweis: siehe Hilfe:Einzelnachweise#Beispiel. So einen Beleg erstellt man mithilfe von ref-Tags verwendet beispielsweise so … Airframe Icing dabei ist zu prüfen, ob die Information, die ihr belegen wollt dort tatsächlich vorhanden ist.

Einzelnachweise

1. Wadel, Mary (3. August 2017). „Airframe Icing“. NASA Glenn Research Center. National Aeronautics and Space Administration. Abgerufen am 8. Juni 2019.

2. Wadel, Mary (31. Juli 2017). „Engine Icing“. NASA Glenn Research Center. National Aeronautics and Space Administration (Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde). Abgerufen am 8. Juni 2019.

3. Yodice, John S. (1. August 2005). „Das Gesetz über 'bekannte Vereisung'“. AOPA Pilot Magazine. Vol. 48, no. 8. Archiviert vom Original am 1. Januar 2015. Abgerufen am 25. April 2013.

4.„Federal Aviation Regulations, Teil 25, Anhang C“. Archiviert vom Original am 2012-03-19. Abgerufen am 2008-09-20.

5. Martin, Swayne (Januar 29, 2022). „Wie sich Eis auf die Flügel auswirkt und warum es zu einem frühzeitigen Strömungsabriss führt“. Bold Method - Fliegen lernen.

6. Hann, Richard; Johansen, Tor (2020). „Unsettled Topics in Unmanned Aerial Vehicle Icing (EPR2020008 Research Report) - SAE Mobilus“. saemobilus.sae.org. doi:10.4271/epr2020008. hdl:11250/3113980S2CID 226200723. Abgerufen am 2021-02-12.

7. Hann, Richard (2020). Atmospheric Ice Accretions, Aerodynamic Icing Penalties, and Ice Protection Systems on Unmanned Aerial Vehicles. NTNU. ISBN 978-82-326-4749-1.

8. „UAV Atmospheric Icing Limitations“. Mai 2021. Abgerufen am 2021-12-08.

Externe Links

• NASA Flugzeug-Vereisungstraining

• 14 CFR 25 Appendix C - Atmospheric Icing Conditions for Aircraft Certification