Warum bildet sich kein Eis am Rumpf?

Das tut es, aber am Rumpf ist viel weniger davon als am Flügel.

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie sich Eis auf der Flugzeugstruktur ansammelt:

1. Beim Flug durch Luft mit unterkühlten Wassertröpfchen gefriert das Wasser beim Aufprall. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Wasser auf die Rumpfnase oder auf die Vorderkante der Tragflächen und Leitwerke trifft: Es bildet sich eine klare Eisfläche.
2. Beim Durchfliegen von feuchter Luft nahe dem Gefrierpunkt kühlt der Druckverlust der umströmenden Luft ein Hindernis ab , so dass die Feuchtigkeit kondensiert und sich, sofern es die Temperatur zulässt, Eisansammlungen bilden . Diese verstärken wiederum die Saugspitzen, was dazu führt, dass mehr Eis gesammelt wird.

Die Vorderkante des Flügels zeigt die ausgeprägtesten Saugspitzen, sodass sie das meiste Eis sammeln. Wenn jedoch die Vereisungsbedingungen stimmen, wird auch die Rumpfnase ihren Anteil an Eis aufnehmen. Entlang der Länge des Rumpfes ist der Druck ähnlich dem Umgebungsdruck, sodass sich nur dann Eis ansammelt, wenn er bei Eisregen auf dem Boden sitzt.

Vereiste Triebwerksgondel im Vereisungsforschungstunnel des NASA Lewis (jetzt Glenn) Research Center ( Bildquelle ). Hier wird Wasser in den Tunnel gesprüht und bildet unterkühlte Tropfen.

In beiden Fällen hat die Vereisung nichts mit der Grenzschicht zu tun – bei unterkühltem Wasser ist es einfache Ballistik, während im zweiten Fall der Eisbildung der Druck der Flugzeugumströmung dominiert.

Um Ihnen richtig antworten zu können, muss ich zunächst das Konzept der Grenzschicht vorstellen. Wenn ein Flugzeug unter normalen Bedingungen (ich meine, normalerweise hohe Reynolds-Zahl) über die Luft fliegt, bildet die Luftströmung eine kleine Schicht um das Flugzeug herum, die als Grenzschicht bezeichnet wird (Bildquelle Portland State University )

Die vorherige Abbildung gibt Ihnen eine Skizze, wie die Grenzschicht um ein Tragflächenprofil herum ist, ähnlich der Abbildung, die Sie um das Flugzeug herum sehen werden. Beachten Sie die folgenden Verhaltensweisen der Luft:

• Die Grenzschicht wächst nach unten.
• Die Grenzschicht ist am Anfang sehr dünn.
• Die Luftströmung (die reibungsfreie Strömung ...) folgt der Form der Grenze der Grenzschicht, nicht der Form des Schaufelblatts.

Nehmen wir nun an, die Luft enthält einige Wassertropfen. Je nach Größe der Wassertropfen können sie sich verhalten, indem sie der Luft folgen oder wie Kugeln, die einem geraden Weg folgen. In Wirklichkeit haben die Tropfen ein Zwischenverhalten, sie haben eine gewisse Trägheit und brauchen einige Zeit, um sich an die Strömung anzupassen.

Basierend darauf werden einige Tropfen, die den Stromlinien leicht über oder unter dem Flugzeug folgen, fast den Stromlinien folgen, die über die Grenzschicht fliegen und nicht über die Oberfläche strömen.

Einige Tropfen treffen jedoch direkt über der Oberfläche des Flugzeugs auf, was als "Stagnationspunkt" bezeichnet wird. Sobald sie sich über dieser Oberfläche befinden, verhalten sie sich wie eine feuchte Oberfläche, die sich in der Luft bewegt ... die Tropfen breiten sich entlang der Oberfläche aus und verlassen sie schließlich der Oberfläche, dabei bildet sich aufgrund der Lufttemperatur und der Wärmeaustauschverhältnisse an der Oberfläche etwas Eis.

Mit der vorherigen Erklärung können wir verstehen, warum sich im hinteren Teil des Rumpfes kein Eis bildet, einfach weil die Grenzschicht ihn "schützt" und das vorne angesammelte Wasser den hinteren Teil einfach nicht erreicht.

Um Orte zu finden, an denen Sie Eis in einem Flugzeug finden können, suchen Sie einfach nach Staupunkten (an denen die Strömung vereinfacht "auftrifft") und der Umgebung. Wo haben wir diese Bereiche?

• Flügelvorderkanten (Bildquelle AirDorrin )

• Triebwerkseinlässe ( Bildquelle NASA )

• Instrumente (Bildquelle AviationWeather )

• Selten Frontscheiben (Bildquelle flyjoe180 bei Wings over new Zeland )

• Vorderer Rumpf (kein Bild gefunden).

Wenn das Flugzeug am Boden ist, wird natürlich der "Schutz" der Grenzschicht entfernt, wodurch das Flugzeug jeglicher Eisbildung ausgesetzt wird.