- NASA führt neue Tests durch, um das Verständnis der Vereisung durch überkühlte große Wassertropfen zu verbessern.
- Überkühlte große Wassertropfen können einen Durchmesser von 2,000 Mikrometern erreichen und unterscheiden sich von herkömmlichen vereisenden Wolken.
- Neue Sonden ermöglichen die Echtzeitmessung der Tropfengröße und erhöhen die Datengenauigkeit.
- Diese Tests werden das Design der nächsten Generation von Verkehrsflugzeugen unterstützen.
Zwischen gewöhnlichen Wolken und Regen besteht eine Gefahr, die Luftfahrtingenieure seit dem Absturz eines Pendlerflugzeugs 1994 nicht vollständig berücksichtigen konnten. Das Glenn Research Center der US-Luftfahrtbehörde NASA führt eine Reihe neuer Tests durch, um das Verständnis der Industrie für diese Gefahr und die Werkzeuge zur Konstruktion von Flugzeugen, die ihr standhalten können, zu verbessern. Diese Bedrohung wird als „Vereisung durch überkühlte große Wassertropfen“ bezeichnet und tritt auf, wenn Flugzeuge durch Wolken fliegen, die ungewöhnlich große Wassertropfen enthalten. Die Temperatur dieser Tropfen liegt weit unter 32 Grad Fahrenheit, sie gefrieren jedoch nicht, weil ihnen der Staub oder andere winzige Partikel fehlen, die für die Kristallisation erforderlich sind.
Sobald diese Tropfen auf die Flugzeugoberfläche treffen, gefrieren sie augenblicklich.
Die Gefahr durch überkühlte große Wassertropfen
Die Größe ist entscheidend, da die meisten Flugzeuge für Standard-Vereisungswolken ausgelegt und zertifiziert sind, deren Tropfendurchmesser zwischen etwa 2 und 100 Mikrometern liegt. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer breit. Diese Bedingungen sind gut verstanden, und Luftfahrtingenieure verfügen über ausgereifte Werkzeuge zu ihrer Modellierung. Überkühlte große Wassertropfen fallen in eine andere Kategorie; ihr Durchmesser kann 2,000 Mikrometer erreichen, eine Größe, die eher mit gefrierendem Regen am Boden in Verbindung gebracht wird. Ihre Masse und ihr Impuls ermöglichen es ihnen, die Vorderkanten von Tragflächen und Stabilisatoren zu durchdringen und Bereiche weiter hinten am Flugzeug zu erreichen, in denen herkömmliche Entvereisungssysteme nicht wirksam sind.
Das bedeutet, dass Schutzmaßnahmen, die für Standard-Vereisungsbedingungen ausgelegt sind, bei Vorhandensein großer Tropfen Teile des Flugzeugs gefährdet lassen können.
Tests und Anwendung der neuen Sonden
Die von der NASA durchgeführten Tests finden im Icing Research Tunnel des Glenn Research Center in Cleveland statt. NASA-Forscher setzen neue Sonden ein, die eine verbesserte Echtzeitmessung der Tropfengröße in den künstlich erzeugten Wolken des Tunnels ermöglichen. Diese neuen Sonden können Tropfen mit einem Durchmesser von mehr als 45 Mikrometern erfassen und ihre Größe in Echtzeit analysieren. Die Forscher werden diese Messergebnisse mit denen einer anderen Sonde kombinieren, die Tropfen unter 45 Mikrometern misst, um ein vollständiges Bild des gesamten Tropfengrößenbereichs in realen Vereisungswolken zu erhalten.
Die NASA beschreibt den Prozess der Kreuzvalidierung der neuen Sonde mit einer älteren, arbeitsintensiven Technik, bei der nach Testläufen Bilddaten zur Tropfengröße nachbearbeitet werden. Dieser Vergleich wird es der Behörde ermöglichen, die Genauigkeit der neuen Sonde bei der Erfassung des größeren Tropfenendes des Größenbereichs zu verifizieren – genau dort, wo die von der Industrie verwendeten Ingenieurwerkzeuge mit den größten Unsicherheiten konfrontiert sind.
Diese Testkampagne ist ein Meilenstein des Subsonic Flight Demonstration Project, das zum Integrated Aviation Systems Program der NASA gehört und der Research and Technology Mission Directorate unterstellt ist. Die NASA teilte mit, dass die detaillierte Analyse der gesammelten Daten läuft und nach Abschluss mit der Luftfahrtgemeinschaft geteilt wird. Das Kernproblem der Arbeit liegt darin, dass die von der Industrie zur Flugzeugkonstruktion verwendeten Ingenieurmodelle zwar für typische Vereisungsbedingungen hinreichend validiert sind, jedoch Fragen bei der Erfassung der Physik überkühlter großer Wassertropfen bestehen. Besser kalibrierte Messsysteme im Tunnel bedeuten besser kalibrierte Computermodelle, was Herstellern, die die nächste Generation von Verkehrsflugzeugen entwickeln, zuverlässigere Designwerkzeuge an die Hand gibt und die Regulierungsbehörden unterstützt, die die Zertifizierungsstandards für diese Flugzeuge festlegen.
Entscheidende Tests zur Erhöhung der Flugsicherheit
Das Phänomen der Vereisung durch überkühlte große Wassertropfen stellt eine erhebliche Bedrohung für die Flugsicherheit dar, insbesondere wenn Flugzeuge durch Wolken mit ungewöhnlich großen Tropfen fliegen. Die neuen Tests der NASA verbessern nicht nur das Verständnis dieser Gefahr, sondern erhöhen auch die Wirksamkeit bestehender Entvereisungssysteme. Durch die Echtzeitmessungen der neuen Sonden können Forscher die Tropfengröße genauer erfassen, was für die Konstruktion von Flugzeugen, die solchen Gefahren standhalten, entscheidend ist. Die Ergebnisse dieser Forschung werden der Luftfahrtindustrie helfen, künftig sicherere Luftfahrzeuge zu entwickeln, und den Regulierungsbehörden die notwendigen Daten liefern, um die allgemeinen Flugsicherheitsstandards zu erhöhen.