Fortschritte in Sachen Eissimulation
Da Vereisungsbedingungen eines der größten Risiken für Flugzeugtriebwerke - und für die Sicherheit des Luftverkehrs - darstellen, ist der Zertifizierungsprozess selbst für die ausgefeiltesten Flugzeugtriebwerke anspruchsvoll, um es gelinde auszudrücken. Bevor ein neuer Motor an einem Flugzeug in Betrieb genommen werden darf, muss er zunächst einen strengen Zertifizierungsprozess durchlaufen. Ein Teil dieses mehrstufigen Prozesses beinhaltet die Zertifizierung für den Einsatz unter Vereisungsbedingungen. Und weil Vereisungsphänomene so komplex sind, sind Zertifizierungstests nie einfach. Die größte Herausforderung besteht darin, dass Ingenieure, wenn es um Vereisung und ihre Wirkung auf Flugzeugtriebwerke geht, nur auf eine sehr geringe Vorhersagefähigkeit zurückgreifen können. Infolgedessen müssen sie sich auf ein sehr fragmentiertes Wissen verlassen, das auf vergangenen empirischen Daten beruht. Für die Entwicklung der nächsten Motorengeneration ist es dringend notwendig, diese Vereisungsaspekte schon frühzeitig im Entwurfsprozess besser vorherzusagen und auf Basis dieser Informationen modernste Eisschutzsysteme zu entwickeln. Dank neuer, vom EU-finanzierten STORM-Projekt entwickelter Simulationsmethoden ist es den Ingenieuren nun möglich, diese Vereisungsaspekte leichter vorherzusagen. Insbesondere kann die Simulationslösung genaue Vorhersagen hinsichtlich Eisfreisetzung, Eisakkretion mit Rücklaufaspekten und Eis-Trajektorie machen. Basierend auf dieser verbesserten Kenntnis des Motorenverhaltens unter Vereisungsbedingungen hat das Projekt den Grundstein für die Entwicklung mehrerer innovativer Technologien für den Eisschutz gelegt. "Die Forschung von STORM hat wesentlich dazu beigetragen, die Kosteneffizienz für zukünftige Motoren zu verbessern und eine höhere Wettbewerbsfähigkeit im Bereich von Eisschutzsystemen zu schaffen", sagt Projektkoordinator Morgan Balland. Aufbau einer Wissensbasis Für jeden der drei Schwerpunkte - Eisfreisetzung, Eisakkretion und Eis-Trajektorie - sammelten, analysierten und konsolidierten die Forscher alle verfügbaren Informationen und schufen so ein umfassendes Wissenscenter, auf dem Simulationstests, Entwürfe und technologische Entwicklungen aufbauen könnten. Zum Beispiel identifizierten die STORM-Forscher auf der Grundlage einer gründlichen Literaturrecherche verschiedene Arten der Messung der Ei-Adhäsion. "Hier konnten wir einen standardisierten Ansatz zur Messung der Eisfreisetzung auf Basis einer Auswahl von Referenzmaterialien und Testbedingungen einführen", erklärt Balland. Während der Tests des Projekts zur Eisblock-Trajektorie identifizierten die Forscher fünf Eisformen, die typische Formen der Akkretion für Motor- und Flugzeuganwendung darstellten. "Wenn Ingenieure zu Beginn des Entwurfsprozesses über ein solches Wissen verfügen, können sie Flugzeugtriebwerke entwerfen, die jeder dieser Eisformen standhalten können, statt Entwürfe auf besten Vermutungen zu basieren", sagt Balland. Neue Technologien Diese Forschung legte auch die Grundlage für die Entwicklung mehrerer neuer Technologien zur Minderung von Vereisungsrisiken. Zum Beispiel entwickelten die Forscher in Bezug auf Beschichtungstechnologie eine Score-Karte mit verschiedenen Anwendungsanforderungen. "Parallel dazu haben wir auch eine Liste der vielversprechendsten Beschichtungen auf der Grundlage früherer Forschungsprojekte und Partnerempfehlungen erstellt", ergänzt Balland. Hinsichtlich Technologien für aktive Eisschutzsysteme identifizierte das Projekt drei potenzielle Lösungen und führte erfolgreich die Prüfung ihrer Motor- und Gondelkomponenten durch. Große Auswirkungen Dank der Forschung des Projekts haben Konstrukteure von Flugzeugtriebwerken nun Zugang zu einer umfangreichen Datenbank über mechanische Eigenschaften von Eis - zusammengestellt zu einer validierten Simulation und einem europäischen Standardverfahren für Eisfreisetzungsversuche. Dazu gehören neben anderen wesentlichen Informationen detaillierte Modelle zum Phänomen der Eisfreisetzung sowie bewährte Praktiken. "Mit diesen Informationen werden wir eine Verkürzung der Konzeptentwurfsphase für nachgerüstete Motoren und neue Motorenarchitekturen sowie eine Reduzierung der Vorlaufzeit und Kosten für die Prüfung dieser Designs erleben", so Balland. "Am wichtigsten ist, dass dies zu sichereren Flugzeugtriebwerken und sichereren Flugreisen führen wird."
Schlüsselbegriffe
STORM, Luftfahrt, Flugzeugtriebwerke, Luftverkehr, Vereisung, vereiste Flugzeugmotoren
