ADWICE - Das Diagnose- und Warnsystem zur Erkennung vereisungsgefährdeter Lufträume
Autor: Sonja Rosczyk
Partner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Oberpfaffenhofen, Deutscher WetterDienst (DWD)
Flugzeugvereisung im Flug ist eine der größten Gefahren für die allgemeine Luftfahrt, wie weltweite Unfallstatistiken belegen. Sie tritt auf, wenn ein Flugzeug durch Bereiche mit unterkühltem Wolken- oder Regenwasser fliegt. Eisansatz am Flugzeug kann die Aerodynamik und Flugeigenschaften so stark verändern, dass keine Kontrolle mehr möglich ist. Der sicherste Weg diese Gefahr zu umgehen, wäre die Vermeidung von Lufträumen, in denen eine potentielle Vereisungsgefahr herrscht. Dies setzt allerdings die Erkennung und Vorhersage solcher Gebiete voraus. Da die numerischen Vorhersagemodelle den Flüssigwassergehalt der Atmosphäre bisher jedoch nur unzureichend analysieren können, wurde zu diesem Zweck eine Reihe so genannter Expertensysteme entwickelt. Diese schätzen die Vereisungsgefahr mit Hilfe verschiedener Datenquellen - wie Messungen, Beobachtungen und auch Modelldaten - ab, die Angaben über die Temperatur, die Feuchte und das aktuelle Wetter liefern.
Das deutsche System zur Erkennung vereisungsgefährdeter Lufträume ADWICE (Advanced Diagnosis and Warning System for aircraft ICing Environments) wurde seit 1998 in Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Physik der Atmosphäre (IPA) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Deutschen WetterDienst (DWD) und dem Institut für Meteorologie und Klimatologie (IMuK) der Universität Hannover entwickelt. ADWICE liefert eine stündliche Diagnose der Vereisungsgefahr im Europäischen Luftraum, basierend auf dem meteorologischen Verständnis der atmosphärischen Strukturen in Zusammenhang mit bestimmten Beobachtungen (Schauer, Nieselregen, gefrierender Regen, usw.). Momentan benutzt ADWICE Daten des Lokal Modells (LM) des DWD, sowie Beobachtungen (SYNOP/METAR) und Radarbilder. Aktuelle Forschungen am IMuK zielen auf die Einbindung von Satellitendaten in das System, um die Unterscheidung von wolkigen (und damit potentiell gefährlichen) und wolkenlosen Bereichen der Atmosphäre zu verbessern. Dies soll in Form mehrerer Diplomarbeiten in den nächsten zwei Jahren verwirklicht werden. Seit 2004 steht ADWICE den Flugwetterberatern des DWD operationell zur Verfügung.
Weitere Informationen über den wolkenphysikalischen Hintergrund und die Effekte von Flugzeugvereisung, mögliche Präventivmaßnahmen und Probleme.
Weitere internationale Expertensysteme zur Vorhersage der Vereisungsgefahr:
SIGMA (System of Icing Geographic identification in Meteorology for Aviation), Frankreich
CIP (Current Icing Potential), USA
HIRLAM icing index, Schweden
Was ist Flugzeugvereisung? - Wolkenphysikalischer Hintergrund
- In unterkühlten Wolken gibt es flüssige Wassertröpfchen bis etwa -40°C
- Bei Kontakt mit einem Körper ist ein spontaner Phasenübergang möglich - auf ein Flugzeug auftreffende Tröpfchen gefrieren und bilden Eisansatz
- Die Art und Menge des Eisansatzes wird bestimmt von
- der Temperatur
- dem Flüssigwassergehalt
- dem Tropfengrößenspektrum
- sowie diversen flugzeugspezifischen Parametern
- Meteorologische Voraussetzungen
- Temperatur nahe 0°C:
- Höherer Flüssigwassergehalt ® stärkerer Eisansatz
- Tropfen gefrieren nicht vollständig und sind noch fließfähig ("runback ice")
- Größere Tropfen:
- Höhere Auftreffwahrscheinlichkeit
- Stärkeres Eiswachstum
Was sind die Folgen von Flugzeugvereisung?
- Eis setzt sich an den der Luftströmung ausgesetzten Teilen des Flugzeuges an, besonders: Flügelvorderkanten, Flugzeugnase, Propeller, Antennen, Instrumenteneinlässe etc.
- Eisansatz an einer Tragflächenvorderkante (li) und an Instrumenten (re)
- Gewicht und Luftwiderstand nehmen zu, Auftrieb und Schub nehmen ab - es kann zu Strömungsabriss und Absturz des Flugzeuges kommen
- Effekte von Vereisung auf die Flugeigenschaften
- Jedes Jahr gibt es wieder Vorfälle und Unfälle aufgrund von Vereisung. Besonders Propellermaschinen und kleine Privatflugzeuge sind betroffen. Oft wird die Gefahr nicht erkannt oder unterschätzt
Bisherige Schutzmaßnahmen im Rahmen der Flugzeugzulassung
- Pneumatische Enteisung: So genannte pneumatische boots werden an den Tragflächenvorderkanten montiert und können aufgeblasen werden. Dadurch wird Eisansatz abgesprengt
- Pneumatische Boots
- Thermische Enteisung: Die Tragflächen werden durch elektrische Heizung oder Heißluft erwärmt - Eisansatz wird vorgebeugt.
- Jedes Flugzeug muss für Flüge in Vereisungsbedingungen zertifiziert sein - sonst darf es in vereisungsgefährdeten Lufträumen nicht fliegen.
Probleme
- Kleinere Flugzeuge haben nicht genügend Energie zur Verfügung für wirkungsvolle Enteisung
- Die Zulassungsbedingungen beinhalten nicht zwingend Testflüge unter so genannten SLD Bedingungen (SLD = super-cooled large drops = große unterkühlte Tropfen, Durchmesser > 50µm)
- SLDs können bis in Bereiche fließen, die nicht mehr von Enteisungsanlagen geschützt werden.
- Die Eisansatzrate (Geschwindigkeit des Eiswachstums) ist bei SLDs wesentlich höher als unter "normalen" Vereisungsbedingungen.
Lösungswege
- Verbessertes Pilotentraining und Erhöhung des Gefahrenbewusstseins
- Überarbeitete Zulassungsbedingungen
- Verbesserte Vorhersagen zur Vermeidung vereisungsgefährdeter Lufträume - Vermeidung von Eisansatz (z.B. ADWICE)
- Entwicklung und Verbesserung von Eisdetektoren zum Einsatz am Flugzeug
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