Kooperation mit Airbus und der TU Dresden 21.04.2020, 09:42 Uhr

Eisfrei fliegen: Fraunhofer-Institut entwickelt wasserabweisende Flugzeughaut

Wenn Flugzeuge enteist werden müssen, kommt es regelmäßig zu Verspätungen. Mithilfe eines Spritzwagens wird das Flugzeug mit einer dampfenden Brühe abgespritzt. Dresdner Forscher am Fraunhofer-Institut haben eine Oberfläche entwickelt, die stark wasserabweisend ist. Was es mit der eisabweisenden Flugzeughaut auf sich hat.

Fraunhofer eisabweisende Haut

Die vom Fraunhofer IWS Dresden federführend entwickelte Oberfläche macht es Eis wesentlich schwerer anzuhaften.

Foto: Fraunhofer IWS Dresden

Die Enteisung von Flugzeugen ist teuer, langwierig und dazu noch umweltschädlich. Wieso müssen die Maschinen überhaupt enteist werden? In der Flughöhe ist es doch immer eisig. Herrschen sibirische Winde oder liegt die gesamte Landschaft unter einer Eisdecke, verstehen Passagiere das Entfrosten ja noch. Aber bei wenigen Minusgraden tritt eher Verwunderung auf.

Das Wunder von Göttröra zeigt wie gefährlich Eis sein kann

Das Enteisen von Flugzeugen muss regelmäßig vorgenommen werden, schließlich ist es auch eine Vorsichtsmaßnahme. In der Geschichte der Luftfahrt haben Piloten schon oft heikle Situationen erlebt, wenn Maschinen bei scheinbar unkritischen Temperaturen nicht enteist wurden. 1991 startete eine McDonnell Douglas MD-81 der Skandinavian Airlines vom Flughafens Stockholm. Nach 25 Sekunden befand sich der Flieger auf mehreren Hundert Metern Höhe. Doch schnell begann das rechte Triebwerk zu stottern. 40 Sekunden später fiel das linke Triebwerk aus. In einer Höhe von 1.000 Metern verlor das Flugzeug komplett an Schub. Normalerweise hat das einen Absturz zur Folge. Dass der Start vom Stockholmer Flughafen nicht in einem Unglück endete, war pures Glück. Den Piloten gelang es, die Maschine im Gleitflug auf ein Feld zu lenken. Der Flieger zerbrach in drei Teile, doch alle 129 Menschen an Bord überlebten. Heute nennt man dieses Ereignis das “Wunder von Göttröra”.

Die Ursache war eine unzureichende Enteisung. Die Temperaturen lagen knapp oberhalb des Gefrierpunktes, sodass das Bodenpersonal lediglich den Schnee auf den Tragflächen entfernte. Doch die Flügel waren komplett mit einer Eisschicht überzogen. Diese wurde aufgrund der anscheinend “zu warmen” Temperaturen nicht entfernt.

Eis ist in der Flugbranche eine ganzjährige Herausforderung – im Winter in Bodennähe, ganzjährig in Flughöhe. In der Luft können die Temperaturen bei einer Höhe von mehr als 10.000 Metern oft unter minus 50 Grad fallen.

Ein Flugzeug wird in erster Linie enteist, wenn der verantwortliche Pilot das anordnet. In der Regel ist das bei winterlichen Minustemperaturen der Fall. Allerdings kann eine Anordnung auch bei leichten Plustemperaturen getroffen werden zum Beispiel wenn der Pilot fürchtet, dass der Treibstoff in den Flügeln so kalt ist, dass er Regenwasser gefrieren lassen könnte. Die Enteiser haben an den Flughäfen dieser Welt von Ende Oktober bis Ende März Hochsaison.

Eisabweisende Flugzeughaut aus Dresden

Dresdner Forscher haben in Kooperation mit Airbus nun eine eisabweisende Flugzeughaut entwickelt. Die manuelle Enteisung von Flugzeugen dauert nämlich lange, ist kostspielig und umweltschädlich. Die Oberfläche aus dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) ist stark wasserabweisend. Dafür sorgen Strukturen im Mikro- und Submikrometerbereich. An der Entwicklung ist ebenfalls die Technische Universität (TU) Dresden beteiligt. Das Ziel des Verfahrens ist es, Flugzeugoberflächen schneller und umweltschonender von Eis zu befreien. Am Boden setzt das Bodenpersonal Chemikalien ein, um die Maschine von Schnee und Eis zu befreien. In der Luft schützen Heizelemente die Oberflächen. Nachhaltig ist das nicht, weiß auch Tim Kunze, Leiter des Teams Oberflächenfunktionalisierung.

Ein Teil der Normvorgaben sieht die ausschließliche Verwendung biologisch abbaubarer Stoffe vor. Wasserabscheider sorgen dafür, dass Grundwasser nicht verunreinigt wird. Moderne Flughäfen verfügen auch über Recycling-Anlagen. Nicht verflogene Frostschutzmittel werden zur Wiederverwertung aufgefangen. Generell ist die Enteisung teuer und wird den Fluglinien nach Verbrauch in Rechnung gestellt.

Das Team des IWS hat eine Lösung gefunden, die verhindert, dass sich Eis an den Tragflächen festfiert. Dazu lassen sich Oberflächenstrukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich generieren, die das Anhaften von Eis verhindern oder stark reduzieren. Zudem brauche es weniger Energie, um Eis, das bereits auf dem Träger anfriert, wieder zu lösen. Langfristig sollen umweltschädliche Enteisungsmittel minimiert werden. Das Fluggewicht könne sich durch die potentiell kleineren Heizaggregate ebenfalls verringern.

Die Methode kommt bereits im realen Flugtest mit einem Airbus 350 zum Einsatz. Erste Versuche im Windkanal zeigten Erfolge. „Ist die Struktur stabil? Ist der Effekt stabil? Das ist gerade in Arbeit“, erklärt Kunze. Am Ende soll ein industriereifes Produkt herauskommen. Der Anti-Icing-Effekt könnte laut dem Fraunhofer-Institut auch für andere Bereiche, wie Turbinen, von Relevanz sein.

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