Wie Österreich Technologieführer im Bereich Enteisung wurde

Ob Vereisungstests im Klima-Windkanal, Vereisungsmodelle, Eissensoren, Anti-Eis-Materialien oder innovative Enteisungssysteme - die gezielte Förderung und Bündelung von Projekten rund um die Enteisung von Luftfahrzeugen legte den Grundstein für Forschungserfolge und Produktentwicklungen.

Die gute Zusammenarbeit der österreichischen Enteisungs-Player in nationalen und internationalen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben wird durch herausragende Ergebnisse belohnt:

So kann im Klima-Wind-Kanal Wien der Rail Tec Arsenal die Vereisung von verschiedenen Luftfahrzeugen in Originalgröße wie Helikopter und kleinere Flugzeuge studiert werden; ein lukratives neues Geschäftsfeld, das mittlerweile von allen namhaften Herstellern genutzt wird.

Erfolgreiche F&E Kooperationen führten unter anderem zur Gründung des Austrian Institute for Icing Sciences (AIIS), das Zertifizierungstests im Rail Tech Arsenal mittels 3D-Scan dokumentiert und komplexe Eisstrukturen mittels additiven Fertigungsverfahren nachbaut. Das Institut steht im engen Kontakt zur FH Joanneum, die über spezielle Simulationskompetenzen, wie die Entwicklung von Vereisungscodes, und wichtige Forschungsinfrastruktur verfügt. Ebenso auf wissenschaftlicher Ebene glänzt das Austrian Institute of Technology (AIT). Hier wird der Eis-Ansatz auf Flugzeugstrukturen und ihr aerodynamischer Effekt mittels numerischer Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics) untersucht.

Die Enteisungssysteme der österreichischen Firma Villinger (LDI) zählen zu den modernsten und leistungsfähigsten am Weltmarkt, und sind hinsichtlich Technologie und zugrundeliegendem Know-how überlegen.

Experten für Anti-Eisbeschichtungen basierend auf hydro- oder eisphobischen Materialien sind im AAC (Aerospace and Advanced Composites) zu finden. Wenn es um Sensorik zur Eis-Detektion geht, ist man bei eologix sensor technology richtig.

Wie wichtig Österreich als internationaler Vereisungshotspot geworden ist, zeigt die Ansiedelung einer internationalen Enteisungs-Koryphäe mit seiner Firma Aerotex in Wien.

Mit dem Ziel der weiteren Fokussierung vielfältiger Kompetenzfelder in der luftfahrtbezogenen Vereisungs- und Enteisungsforschung in Österreich entwickelte das BMVIT die Enteisungsstrategie für den österreichischen Luftfahrtsektor 2030+. Sie unterstützt zusätzlich die Erhöhung der Sichtbarkeit und der strategischen Position auf europäischer und internationaler Ebene.

Der Kompetenzschwerpunkt Enteisung lässt sich durch die folgenden Innovation Booster beispielhaft illustrieren:

Innovation BoosterDer Klima-Wind-Kanal hebt ab

Die klimatische Erprobung von Luftfahrtprodukten ist zeitaufwendig, schlecht reproduzierbar und teuer. Klima-Wind-Kanäle bieten die Möglichkeit der klimatischen Simulation und werden für Kaltstarttests von Triebwerken, Vereisungstests und Untersuchungen von Bauteilen unter extremen Temperaturen angewendet.

In Österreich zählen Wettersimulation und Klimaerzeugung zu den Stärken des Klima-Wind-Kanals von Rail Tec Arsenal (RTA), die weltweit größte Forschungsinfrastruktur für Schienenfahrzeuge. Kundenanfragen führten 2012 zu Überlegungen, diese erprobte Wind- und Wettersimulation auch für die Luftfahrt weiter auszubauen. Seither werden Triebwerke, Helikopter und ganze Kleinflugzeuge hier getestet; inklusive der Auswirkungen von Vereisungen durch Kälte und Luftfeuchtigkeit. Um auch realistische Wolken für Zulassungstests in der Luftfahrt herstellen zu können, wurde ein mobiles Icing Rig entwickelt, mit dem sich der große Klima-Wind-Kanal in den weltweit größten Icing Wind Tunnel umbauen lässt. 2014 erfolgte gemeinsam mit Leonardo (vormals Agusta Westland) und der European Aviation Safety Agency (EASA) der erste Zulassungstest an einem Hubschraubertriebwerkseinlass unter Volllast. Neben Vereisungstests können klimatische Tests bei Windgeschwindigkeiten bis zu 300 km/h durchgeführt werden.

Zahlreiche bahnbrechende Entwicklungen und Erkenntnisse für den Forschungsbereich Luftfahrtenteisungssysteme wurden und werden hier getestet.

Das ist einzigartig:

  • Größter Icing Wind Tunnel für Luftfahrzeuge
  • Testung mit laufenden Triebwerken bis 1800 PS
  • Erzeugung von gefrierendem Regen gemäß EASA Certification Standards CS-25/ CS-29 Appendix O

Darin liegt Entwicklungspotential:

  • Eigenständiger Klima-Wind-Kanal für die Luftfahrt in Österreich
  • Erster Rotorprüfstand in Europa
  • Erzeugung von naturnahem Kunstschnee und Supercooled Large Droplets
  • Forschung und Entwicklung im Bereich Enteisung (icing) gekoppelt mit Vereisungsschutz (anti-icing)
  • Umfassendes Dienstleistungsangebot für Zulassungstests: Vorbereitung, Durchführung, Dokumentation, Simulation

Flexibilität ist gefragt – nicht der Große, sondern der Schnelle gewinnt.

Hermann Ferschitz (Rail Tec Arsenal)

Meilensteine

Innovation BoosterVereisungsprozesse verstehen hilft Geld sparen

Flugversuche für die Untersuchung von Vereisungseffekten zur Zertifizierung von Fluggeräten sind sehr aufwendig, kosten Zeit und Geld. Daher wird gerade verstärkt in die Modellierung und Vorhersage von Eisanalgerungen investiert. Es ist dies ein sicherheitsrelevantes Thema, das auch in die ACARE-Forschungsagenda aufgenommen wurde.

In Österreich beschäftigen sich vornehmlich zwei Organisationen mit der Modellierung von Vereisungsprozessen: der Fokus von FH JOANNEUM Graz liegt in der numerischen Simulation und Eiscodeentwicklung, das Augenmerk des Austrian Institute of Icing Sciences (AIIS) auf der Dokumentation mittels 3D-Scantechnologien und der dazugehörigen Auswertung. Beide Institute können für Forschungszwecke auf einen kleinen Vereisungs-Windkanal an der FH JOANNEUM zurückgreifen. Vereisungsprozesse sind ausgesprochen komplex, reagieren mittunter sehr ausgeprägt auf kleinste Veränderungen und erschweren dadurch kontrollierte Test- und Messverfahren. Erst die gegenwärtig zur Verfügung stehenden hohen Rechenleistungen erlauben eine fundierte Erforschung und die daraus resultierende numerische Simulation. Nur die Unterstützung durch öffentliche Forschungsmittel erlaubt, ein grundlegendes Verständnis von Vereisungsprozessen zu entwickeln und anzuwenden.

Das ist einzigartig:

  • Testplanung, Dokumentation und Simulation aus einer Hand
  • Aufbau einer europäischen Validierungsdatenbank zur Verbesserung der Simulationsmodelle
  • Additive Fertigungsmethoden zur Herstellung komplexer künstlicher Eisstrukturen
  • Analyse von Oberflächenrauheiten von Eisstrukturen

Darin liegt Entwicklungspotential:

  • Entwicklung von Vereisungsmodellen
  • Zeitaufgelöste Scans des Eiswachstums (4D-Scans)
  • Vereisungswindkanal in der Vertikalen zur Simulation großer Tropfen
  • Modellierung von Oberflächenrauheiten

Staatliche Förderung ist essentiell für die Erforschung von Nischen und Technologien, die sehr viel Know-How erfordern.

Wolfgang Hassler (FH Joanneum)

Meilensteine

Innovation BoosterModerne Enteisungssysteme heizen neuen Märkten ein

Herkömmliche thermische Enteisungssysteme verbrauchen viel Energie, sind störanfällig und haben oft einen negativen Einfluss auf die Aerodynamik. Hinzu kommt, dass z.B. thermische „bleed air“ Systeme, wie sie bei fast allen herkömmlichen Großflugzeugen verwendet wurden, für neue Flugzeuge in Composite-Bauweise (z.B. Boeing 787 Dreamliner) aufgrund der Hitzeentwicklung nicht mehr anwendbar sind.

Die Firma Villinger hat die Herausforderung angenommen und ein elektro-thermisches Enteisungssystem entwickelt, bei dem unter anderem selbst entwickelte elektrisch beheizbare Beschichtungen angewendet werden. Ausgehend von einem Take Off Projekt zur Enteisung von Propellern folgten bald Entwicklungen zur Tragflächen- und Rotorblattenteisung, bis hin zu Enteisung von Hubschraubern, Flugzeugen in der CS23 Kategorie und UAVs mit Spannweiten bis 20m. Die entwickelte Enteisungstechnologie führt zu deutlich verringertem Energieverbrauch und höherer Robustheit. Außerdem kann sie aerodynamisch sauber in die Struktur des Luftfahrzeuges integriert werden, was wiederum in eine Verringerung des Treibstoffverbrauchs und Verbesserung der Flugleistung resultiert. Villinger ist bereits nach EASA Part21 G (Production Organisation) zertifiziert, und betreibt nach wie vor Forschung und Entwicklung z.B. im europäischen Cleansky Programm oder mit NASA. 

F&E Projekten unterstützten maßgeblich die Entwicklung dieser Enteisungstechnologie und führten zu zahlreichen strategischen Partnerschaften.

Das ist einzigartig:

  • Selbstregelnde, vollständig in die Struktur integrierte Enteisungssysteme
  • Gewinner des „Luftfahrt – Oscar" Crystal Cabin Award - als erste österreichische Firma
  • Erstes Kabinenheizsystem auf Infrarotbasis

Darin liegt Entwicklungspotential:

  • Enteisungssysteme für Großflugzeuge (CS 25-LPA Standard)
  • Enteisungssystem für „kleine" Hubschrauber z.B. Airbus AH 145 (ÖAMTC Rettung)
  • Enteisungssystem für Windräder

Nicht aufgeben, aus Fehlern lernen und vorausschauen!

Markus Villinger (Villinger R&D)

Meilensteine