Infrarotspektroskopische Messung der Phasenanteile von Wasser in vereisungsrelevanten Wolken

Die Vereisung von Luftfahrzeugkomponenten stellt eine grundlegende Problematik bei der Gewährleistung der Sicherheit in der Luftfahrt dar und ist damit auch ein zentrales Thema in der Zulassung von Luftfahrzeugen. Das Regulativ der Luftfahrtbehörden (EASA - Certification Specifications und FAA - Code of Federal Regulations 14) fordert für die Sicherstellung der Betriebstauglichkeit von Flugzeugen und dessen Komponenten den Nachweis der Konformität mit diesen Bestimmungen in unterschiedlichen Vereisungsbedingungen (z.B. EASA CS-25, Appendices C/O/P, und CS-E). Anlassbezogen wurden in den letzten Jahren weitere, für den sicheren Flugbetrieb kritische Vereisungsbedingungen in die Gesetzgebung aufgenommen. Zu diesen zählen sogenannte Supercooled-Large-Droplet- (große unterkühlte Tropfen, SLD), Mixed-Phase- (gemischt flüssige und gefrorene Wasser-Bestandteile) und Ice-Crystal-Icing-Umgebungen (hoher Anteil an Eiskristallen). Diese Umgebungsbedingungen können nur bedingt zuverlässig und reproduzierbar in der heute international verfügbaren Vereisungstestinfrastruktur nachgestellt werden, sind jedoch künftig in der Erprobung und Zertifizierung von Luftfahrzeugkomponenten und Enteisungstechnologien, sowie der Validierung von numerischen Simulationsmodellen für die Luftfahrtindustrie unerlässlich. Mangels geeigneter Messtechnik für die Anteile flüssiger Wassertropfen und gefrorener Eispartikel am Gesamtwassergehalt (Liquid- und Ice-Water-Content) sind die Anforderungen dieser Zertifizierungskriterien nur schwer zu erfüllen.

Hier setzt das Sondierungsprojekt „AquaPhase“ an. Dieses hat zum Ziel, auf Basis von infrarot-spektroskopischen Technologien ein praktikables Konzept zur Phasenunterscheidung, also zur Unterscheidung von Wassertropfen und Eispartikeln bzw. Schnee für die Vereisungsforschung und -entwicklung auszuarbeiten, zu evaluieren und in weiterer Folge als Standard zu etablieren. Im Vorhaben erfolgt der Entwurf eines Messsystems und die experimentelle Validierung der Technologie, welche eine zuverlässige Messung der Phasenanteile in Vereisungsumgebungen, ohne die Nachteile einer aufwendigen optischen Messung der Partikelmorphologie, ermöglichen soll. In der Folge wird ein für Vereisungsinfrastruktur-Betreiber und Luftfahrtindustrie hochrelevantes, möglichst automatisiertes Messsystem zu Test- und Zertifizierungszwecken entworfen und das technische sowie ökonomische Potenzial als Grundstein für zukünftige F&E-Vorhaben analysiert und bewertet.