Vereisung während des Flugs muss im Entwurf, in der Auslegung und im Betrieb von Luftfahrzeugen berücksichtigt werden. Denn Eisbildung an Tragflächen, Leitwerken, Rotoren oder Triebwerkseinlässen beeinflusst Strömungsmechanik, Auftrieb und Steuerbarkeit und erhöht zugleich den Energiebedarf von Schutzsystemen.
Flugzeug der Zukunft
Mit neuen Flugzeugarchitekturen, elektrifizierten Antrieben und verschärften Effizienz- und Nachhaltigkeitszielen stoßen etablierte Auslegungsansätze zunehmend an ihre Grenzen. Parallel dazu steigen die regulatorischen Anforderungen an realitätsnahe, nachvollziehbare Nachweise von Vereisungseffekten – idealerweise bereits in frühen Entwicklungsphasen.
Die zentrale Herausforderung liegt dabei in der Balance zwischen physikalischer Genauigkeit, Rechenaufwand und industrieller Anwendbarkeit.
Das AIT verfolgt im Bereich In-flight Icing einen integrierten Ansatz, der numerische Simulation, experimentelle Validierung und datengetriebene Methoden systematisch verbindet.
Die Basis dafür sind hochaufgelöste dreidimensionale Simulationen der Eisakkretion unter realistischen atmosphärischen Bedingungen, gekoppelt mit aerodynamischen Analysen vereister Konfigurationen. Diese werden durch Messkampagnen in internationalen Vereisungswindkanälen sowie durch eigens entwickelte optische Mess- und Auswerteverfahren abgesichert.
Aufbauend auf dieser physikalischen Basis werden KI-gestützte Methoden eingesetzt. Physikbasierte neuronale Netze und datengetriebene Surrogatmodelle (diese Modelle bilden komplexe Simulationen auf Basis vorhandener Daten vereinfacht ab und ermöglichen dadurch deutlich schnellere Prognosen – Anm. d. Red.) ermöglichen es, zentrale Icing-Größen – etwa Tröpfchenfelder, Impingement-Zonen (Auftreffbereiche, an denen sich Eis bilden kann – Anm. d. Red.), Eisformen oder aerodynamische Leistungsänderungen – mit hoher Genauigkeit und deutlich reduziertem Rechenaufwand vorherzusagen.
Dadurch lassen sich komplexe Vereisungseffekte erstmals effizient in Entwurfs- und Optimierungsprozesse integrieren. Dies erlaubt eine Reduktion der Rechenzeiten um mehrere Größenordnungen bei gleichzeitiger Beibehaltung der für sicherheitskritische Anwendungen erforderlichen Genauigkeit.
Forschung für sichere Mobilität
Die AIT-Expertise im Bereich In-flight Icing ist international sichtbar und durch zahlreiche wissenschaftliche Publikationen, Konferenzbeiträge und Kooperationen mit führenden Industrie- und Forschungspartnern untermauert.
Internationale Auszeichnungen, darunter ein EREA Best Paper Award, bestätigen die wissenschaftliche Qualität und den Innovationsgrad.
Für die Industrie ergeben sich daraus verkürzte Entwicklungszyklen und geringere Testaufwände sowie neue Freiheitsgrade bei der Auslegung energieeffizienter Eis- und Enteisungsschutzsysteme – ein wesentlicher Aspekt insbesondere für elektrisch betriebene und hybride Luftfahrzeuge.
Zukünftige Aktivitäten konzentrieren sich auf die Skalierung KI-gestützter Methoden hin zu integrierten digitalen Workflows, die Abbildung vollständiger Flugzeugkonfigurationen, die Kopplung mit digitalen Zwillingen sowie die Einbindung passiver und hybrider Schutzkonzepte.
Durch belastbare digitale Nachweisketten für Vereisung wird ein wesentlicher Beitrag zu sicheren, effizienten und regulatorisch akzeptierten Luftfahrtsystemen der nächsten Generation geleistet.
