Mikrowellen für die Flugsicherheit
Bild eines Airbus A340: An der Vorderseite der Tragflächen sind die beweglichen Vorflügel deutlich zu erkennen.
Einige kritische Strukturen des Flugzeugs sind besonders durch Eis gefährdet, beispielsweise können die sogenannten Vorflügel - das sind ausfahrbare, das Strömungsprofil verlängernde Kanten an den Tragflügelvorderseiten - gerade bei niedrigen Geschwindigkeiten während Start oder Landung zu einem Abreißen des Luftstroms führen. Andere Effekte sind Erhöhung des Luftwiderstandes, Gewichtszunahme und damit erhöhter Treibstoffverbrauch.
Wegen dieser für die Flugsicherheit wichtigen Problematik existieren Standardverfahren zur Enteisung im Flug: Bei der Warmluftenteisung wird den Triebwerken Warmluft entnommen und mit Rohrsystemen an gefährdete Stellen geleitet. Bei der Flüssigkeitsenteisung wird Enteisungsflüssigkeit aus einem Reservoir über Rohre und poröse Stahlbleche nach außen befördert. Bei der elektrischen Enteisung werden gefährdete Stellen direkt durch Heizmatten erwärmt. Das erste und das dritte Verfahren haben einen hohen Energiebedarf, das zweite Verfahren ist in der Anwendungsdauer durch die Menge der Enteisungsflüssigkeit begrenzt.
Für die Zukunft kommen weitere Probleme dazu: Bei neuartigen wirtschaftlicheren Triebwerken kann nicht mehr ausreichend warme Luft entnommen werden, außerdem erfordert eine treibstoffsparende Leichtbauweise den Einsatz von kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen. Da diese Faserverbundwerkstoffe gute Wärmeisolatoren sind, behindern sie den Übergang von Wärme an die vereisungsgefährdete Außenwand, so daß Warmluftsysteme nicht mehr eingesetzt werden können.
Im Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik des Forschungszentrums Karlsruhe wurde jetzt ein Verfahren entwickelt, das eine sofortige Aufheizung der gefährdeten Bauteile durch Millimeterwellen vorsieht. Diese kurzwelligen Mikrowellen werden mittels eines Gyrotrons oder Magnetrons erzeugt (ähnlich wie im Mikrowellenherd) und können beispielsweise durch Wellenleiter leicht zu vereisungsgefährdeten Zonen transportiert werden. Im Vergleich zu allen konventionellen Verfahren durchdringt die Mikrowelle sofort das Faserverbundmaterial und durchwärmt es, um einem Eisansatz vorzubeugen. Die Mikrowellen liegen in einem Frequenz- und Leistungsbereich, in dem sie die Bordelektronik des Flugzeuges nicht beeinflussen können.
Die für den Leichtbau unverzichtbaren Hochleistungswerkstoffe können mit einem im Institut für Strukturmechanik des DLR in Braunschweig entwickelten und patentierten Verfahren zu Hochleistungsleichtbaustrukturen mit nahezu beliebiger Komplexität und Integrität verarbeitet werden. Dies schafft die Voraussetzung dafür, die für die Mikrowellentechnik erforderlichen Leitsysteme ohne großen Aufwand in die Struktur zu integrieren.
"Die Mikrowellenheizung erfüllt die Anforderungen an ein Enteisungssystem für Flugzeuge mit Verbundwerkstoffen in idealer Weise", erläutert Dr. Lambert Feher, der diese Entwicklungsarbeiten im Forschungszentrum Karlsruhe leitet. "Eine gleichmäßige und sehr schnelle Erwärmung der gefährdeten Bauteile ist gekoppelt mit niedriger Leistungsaufnahme und wirtschaftlicher Gewichtseinsparung."
An der Entwicklung ist auch die Daimler-Chrysler Aerospace Airbus GmbH in Hamburg bzw. Bremen beteiligt. Ein Patent ist inzwischen erteilt.
Joachim Hoffmann 3. September 1999
