Wintereinbruch in Norddeutschland. Temperaturen bis minus zehn Grad, 30cm Neuschnee und überfrierende Glätte machen uns in diesen Tagen das Leben schwer. Für den gemeinen Flusianer ist das Wetter allerdings die perfekte Ausreden um sich tage- und nächtelang hinter dem heimischen Schreibtisch zu verschanzen. Im gut geheizten Homecockpit stellt sich dem Ein oder Anderen dann allerdings die Frage, wie das mit dem kalten Wetter eigentlich dort draußen, auf dem klirrend kalten Vorfeld läuft: Anti-ice, De-icing, Fluide-Type I, Probe-Heat – was bedeutet das eigentlich und wie funktioniert Fliegen im Winter?
Mit der kalten Jahreszeit kommen auch Schnee und Eis. Zu Weihnachten und in der Skisaison darf es gern täglich frischer Neuschnee sein, im Alltag sorgt der gefrorene Niederschlag aber zumeist für Chaos. Gefühlt kommt das Winterwetter jedes Jahr erneut vollkommen überraschend und ohne Vorankündigung. Es legt Straßen, Bahnhöfe und öffentliche Einrichtungen lahm und stellt unsere Gewohnheiten immer wieder verblüffend stark auf den Kopf.
Während auf der Straße in erster Linie Gefahren durch Glätte entstehen und der Alltag hauptsächlich unter der ungewohnten Kälte leidet, stellen Eis und Schnee die Luftfahrt vor komplexere Herausforderungen. Um den Risiken des Winterwetters Herr zu werden, gibt es verschiedene Systeme und Verfahren: De-icing-Maßnahmen und Anti-ice-Systeme ermöglichen den sicheren Betrieb im Winter. Für Flüge bei Schneefall und kalten Temperaturen gibt es zudem besondere Procedures. Vieles davon lässt sich im Simulator mittlerweile sehr realistisch nachstellen. Addons wie GSX oder die A320-Reihe von FSLabs simulieren die Besonderheiten des Fliegens im Winter mit verschiedenen Details. Wie der Betrieb in der kalten Jahreszeit funktioniert und was es zu beachten gibt, erfahrt ihr in diesem Artikel.
Wie beeinflussen Schnee und Eis den Luftverkehr?
Zunächst stellt sich die Frage, inwiefern das Winterwetter das Fliegen überhaupt einschränkt. Die Vergangenheit hat gezeigt, dass Schnee und Eis ein nicht zu vernachlässigendes Gefahrenpotenzial für den Luftverkehr darstellen. Unglücke wie beispielsweise die Abstürze von Air Florida Flug 90 oder USAir Flug 405 haben die verehrende Wirkung des kalten Niederschlags auf tragische Weise demonstriert. Obwohl Schnee und Eis oft gemeinsam auftreten, bergen sie allerdings zwei unterschiedliche Gefahrenpotenziale, die es zu erkennen gilt:
Schnee stellt aufgrund seiner kohäsiven Eigenschaften ein Problem für die Aerodynamik eines Flugzeuges dar. Das Phänomen ist bekannt: anders als Regen fließt Schnee von einer Oberfläche nicht ab, sondern besitzt die Fähigkeit sich „aufzuhäufen“. Lagert er sich auf den Tragflächen eines Flugzeuges ab, verändern sich ihre Strömungseigenschaften und die Aerodynamik des Flugzeuges wird beeinflusst. Je nach Dicke der Schneeschicht kann das dazu führen, dass der notwendige Auftrieb zum Abheben nicht mehr generiert werden kann. Zudem generieren die Massen zusätzlcihes Gewicht. Diese Problematik bildet in erster Linie vor dem Start einen Risikoherd, spielt während des Fluges allerdings kaum eine Rolle, da sich der Schnee aufgrund der vorhandenen Luftströmung nicht mehr ablagern kann.
Auch Eis beeinflusst die aerodynamischen Eigenschaften eines Flugzeuges. Bildet es sich an den Flügelvorderkanten, wird die anströmende Luft empfindlich gestört und kann in der Folge nicht mehr optimal über die Tragfläche strömen. Der zusätzliche Widerstand verschlechtert die Langsamflugeigenschaften und kann auch bereits bei höheren Geschwindigkeiten zum Strömungsabriss führen. Anders als Schnee stellen Vereisungen jedoch auch ein Risiko für Triebwerke und Sensorik des Flugzeuges dar. Sie können sich zudem auch während des Fluges bilden. Moderne Strahltriebwerke erfordern einen gleichmäßigen Luftstrom. Vereisungen an den Engine-Inlets beeinflussen diesen Strom und resultieren in Luftverwirbelungen, die die Leistungsfähigkeit der Aggregate einschränken können. Angesaugte Eiskristalle bzw. Eisfragmente können zudem zu Beschädigungen innerhalb der Triebwerke führen. An den Sensoren außerhalb des Flugzeuges führen kalte Temperaturen und Feuchtigkeit zu Störungen. Pitot-, Total Air Temperature-, Angle-of-Attack- oder andere Sensoren können durch Eis kontaminiert werden und als Resultat falsche Werte liefern, oder sogar gänzlich ausfallen.
Nicht zuletzt kann Glätte den Luftverkehr auch auf dem Boden vor Herausforderungen stellen: Da das Fahrwerk eines Flugzeuges (noch) nicht angetrieben ist, fehlt es an Traktion: Glatte Rollwege können schnell zur Schlitterpartie werden, wie dieses Video aus Russland zeigt.
Eis und Schnee im Simulator
Vereisungen und Schneefall sind in den gängigen Simulatoren in unterschiedlicher Komplexität umgesetzt. Lockheed Martin simuliert in Prepar3D zwar Vereisungen, abgesehen von zusätzlichem Gewicht haben sie allerdings keinen Einfluss auf Flugeigenschaften oder Aerodynamik. Visuell sind keine Eisansätze umgesetzt, Schnee sammelt sich auf den Tragflächen ebenfalls nicht an.
Auch X-Plane stellt von Haus aus keine Eisansätze oder Schneeablagerungen am Flugzeug dar. Im Gegensatz zu Prepar3D gibt es allerdings eine virtuelle Simulation der Auswirkungen von Eis und Schnee auf Aerodynamik und Sensorik. Unachtsames Einfliegen in Schlechtwetterzonen ohne aktivierte Anti-Ice-Systeme kann den Flug somit schnell zum ungeplanten Abenteuer machen oder sogar gänzlich beenden. X-Plane setzt darüber hinaus auch die Auswirkungen von kontaminierten Pisten und Rollwegen um: Bei verschneiten Betriebsfläche kann es durchaus passieren, dass in Kurven die Traktion des Bugfahrwerks fehlt. Um nicht das gleiche Schicksal wie die Piloten von S7-Airlines aus vorangegangenem Video zu erleiden, ist vorsichtiges und vorausschauendes Rollen angesagt.
Für beide Simulatoren gibt es abseits der „Bordmittel“ diverse Addons, die das virtuelle Winterwetter sowohl visuell, als auch funktional aufwerten. Die FSLabs A320-Serie und die Leonardos Maddog stellen Eisansätze und Schneeablagerungen am Flugzeug sichtbar dar und berücksichtigen Kontaminiation im Flugmodell. Ground Services X von FSDreamTeam simuliert bei Winterwetter den Entseisungsprozess am Gate. Für X-Plane gibt es das kostenlose Plugin Icing Simulator, mit dem das Winterwetter im Simulator umfangreicher dargestellt wird. Enteisen funktioniert hier sogar von Haus aus, allerdings ohne Animationen.
Im Flugsimulator von Microsoft gab es kurz nach Release einen Bug der das ganze Flugzeug trotz aktiver Enteisung und ungeachtet der Witterungsumstände nahezu komplett einfrieren ließ. Zwischenzeitig war das Problem anscheinend behoben, zuletzt gabe es aber wieder vermehrt Berichte über ungewöhnliche Vereisungen. Im Flightsimulator-Forum gibt es umfangreiche Diskussionen und viele Bilder zu diesem Phänomen.
Schutz vor Schnee und Eis
Damit die Gefahren durch Schnee und Eis effektiv abgewehrt werden können, gibt es Systeme und Verfahren, die gezielt bei Winterwetter eingesetzt werden. Dabei kann zunächst zwischen flugzeugseitigen Systemen, Einrichtungen am Boden und besonderen Verfahren differenziert werden. Je nach Flugzeugtyp, Flughafen, Region und/oder Fluggesellschaft geht man unterschiedlich mit dem Thema um, deswegen übernehme ich für die folgende Zusammenfassung an dieser Stelle keine Garantie auf Vollständigkeit.
Enteisung am Boden
Wer auf den Luxus einer Garage oder eines Carports verzichten muss, kennt diesen Moment: Der Blick aus dem Fenster, zehn Zentimeter Neuschnee, der Griff zu Handschuhen und Handfeger. Den Wagen vor der heimischen Haustür vom gefrorenen Niederschlag zu befreien mag mühselig sein, ein verschneites Flugzeug freizuräumen stellt dagegen jedoch eine bedeutend größere Herausforderung dar. Eingangs habe ich bereits erwähnt, dass Schneeablagerungen zu empfindlichen Einschränkungen der Aerodynamik führen können. Bereits eine dünne Schicht auf den Tragflächen reicht aus, damit der erforderliche Auftrieb bei berechneter Geschwindigkeit nicht zustande kommt und einen erfolgreichen Start unmöglich macht. Eine sorgfältige Entfernung der Schneemassen vor dem Start ist daher unabdingbar.
Anders als beim heimischen Auto wird alllerdings nicht gefegt oder gekratzt, sondern heißes Enteisungsmittel verwendet. Vor dem Start erfolgt eine ausgiebige Behandlung der Trag- und Steuerflächen, sowie des ganzen Rumpfes mit einer besonderen Glycole-Mischung. Oftmals wird dieser Prozess selbst dann angestoßen, wenn kein sichtbarer Niederschlag vorhanden ist. Bei kalten Temperaturen und feuchter Luft können sich Eisansätze bilden, die in erster Linie eine Gefahr für die Sensorik des Flugzeuges darstellen. Üblicherweise wird daher bei Temperaturen um den Gefrierpunkt und diesigem Wetter bereits rein präventiv ein sog. De-icing durchgeführt. Zur gezielten Behandlung des Luftfahrzeugs gibt es verschiedene Entseisungsmittel, die sog. Fluid Types, die sich in ihrer Zusammensetzung und der resultierenden Hold Over Time (HOT), der Zeit, die zwischen Behandlung und Start bzw. einer erneuten Behandlung liegen darf, unterscheiden.
Type I stellt eine einfache Mischung aus Wasser und Glycole dar. Es ist das meistgenutzte Enteisungsmittel und befreit die behandelten Flächen von Vereisungen. Fluid Type I schützt allerdings nicht nachhaltig vor weiteren Vereisungen. Nach einer Behandlung mit diesem Enteisungsmittel sollte der Start daher binnen weniger Minuten erfolgen, da es ansonsten zur erneuten Eisbildung kommen kann.
Type II enthält zusätzlich ein Verdickungsmittel, das dafür sorgt, dass das Enteisungsmittel für längere Zeit am Flugzeug haften bleibt. Fluid Type II schützt bis zu 45 Minuten vor weiterer Kontamination durch Eis und Schnee. Es erfordert aufgrund des Verdickers jedoch eine Rotationsgeschwindigkeit von mehr als 100 Knoten, da sich das Mittel erst oberhalb dieser Geschwindigkeit löst und andernfalls selbst für Einschränkungen der Aerodynamik sorgt.
Type III enthält ebenso wie Type II ein Verdickungsmittel, damit die behandelten Flächen länger vor Schnee und Eis geschützt sind. Im Gegensatz zu Type II löst es sich jedoch schon bei geringeren Geschwindigkeiten und kann daher bei Flugzeugen genutzt werden, die aufgrund ihrer geringen Größe bereits unter 100 Knoten abheben. Aus diesem Grund ist die Haltbarkeit im Vergleich zu Type II geringer und beträgt in günstigen Fällen nur etwa zwanzig Minuten.
Type IV verfügt über die gleichen Eigenschaften wie Type II, ist allerdings langanhaltender und ermöglicht daher eine HOT von bis zu einer Stunde. Es hat Type II weitestgehend ersetzt.
Die tatsächliche Hold Over Time ist abhängig von Temperatur, Stärke und Art des Niederschlags, vorherrschenden Winden, dem Grad der Sonneneinstrahlung und einigen weiteren Faktoren. Je nach Flughafen und Auslastung erfolgt die Enteisung entweder direkt an der Parkposition oder auf gesonderten De-icing-Pads, die meist in unmittelbarer Nähe der Startbahn liegen. Letztere Option hat sich an großen Flughäfen mehr und mehr zum Standard entwickelt. Zwar wird im Gegensatz zum De-icing an der Parkposition ein zweckgebundener Bereich benötigt, dem gegenüber stehen allerdings diverse Vorteile: Zum einen müssen die Enteisungsfahrzeuge nicht zeitaufwendig von Position zu Position disponiert werden, sondern können abfliegende Flugzeuge der Reihe nach abfertigen. Dadurch werden Wartezeiten vermieden und der Prozess kann zentralisiert durchgeführt werden. Zum anderen kann die Enteisung auf diese Weise näher an der Startbahn durchgeführt werden, sodass die Hold Over Time einen geringeren Einfluss hat. Nicht zuletzt stellen die verwendeten Mittel eine Umweltbelastung dar und müssen nach Verwendung aufgefangen werden. Das fällt an dedizierten De-icing-Pads leichter als an jeder einzelnen Parkposition.
In München gab es anstelle mobiler Enteisungsfahrzeuge einige Jahre lang ein einmaliges System, das sogenannte Gantry. Unter dem portalartigen Gerüst wurden die Flugzeuge in unmittelbarer Nähe zur Startbahn enteist. Aufgrund fehlender Kompatibilität zu modernen Flugzeugtypen ist die Anlage jedoch bereits vor langer Zeit abgebaut worden.
Damit auch von außen und aus großer Entfernung zu erkennen ist, ob und mit welchem Mittel ein Flugzeug enteist wurde, wird jedem Fluid Type ein bestimmter Farbton beigemischt, der nach der Behandlung auf der Außenhaut und den Tragflächen erkennbar ist. Type I wird mit rot-orange markiert, Type II weiß bzw. klar, Type III grün-gelb und Type IV smaragt-grün.
Enteisungssysteme am Flugzeug
Die bodenseitige Enteisung schützt das Flugzeug vor und während des Startvorgangs vor Vereisungen. Da sich die schützende Glycole-Schicht jedoch noch vor dem Abheben löst, sind in der Luft bordeigene Systeme zum Schutz vor Vereisung erforderlich. Zwar stellt Schnee im Flug keine weitere Gefahrenquelle mehr dar, die Risiken durch Eisansätze verschärfen sich jedoch im Gegensatz zur Situation am Boden. Bereits das Durchfliegen einer Wolke bei kalten Temperaturen kann dazu führen, dass Triebwerke, Tragflächenkanten oder Sensoren mit einer dünnen Schicht Eis überzogen werden. Sichtbarer Niederschlag verschärft dieses Risiko zusätzlich.
Die meisten Anti-Ice-Systeme funktionieren auf thermischer Basis. In diesem Fall werden empfindliche Bereiche wie Triebwerkseinlässe, Vorflügel und Sensoren beheizt, um die Bildung von Eisansätzen zu verhindern. Bei Strahlflugzeugen wird zu diesem Zweck heiße Zapfluft von den Triebwerken verwendet, es gibt allerdings auch Systeme, die mittels Elektronik Wärme erzeugen. Flugzeuge wie die Bombardier Dash-8 oder die ATR 42/72 verfügen zudem über aktive De-Icing-Systeme, mit denen es durch aufblasbare Gummilippen möglich ist, Eisansätze abzulösen.
Zeitgenössische Verkehrsflugzeuge verfügen in der Regel über zwei getrennte Anti-Ice-Systeme: Das Wing Anti-Ice und das Engine oder Nacelle Anti-Ice. Die Verwendung der beiden Systeme unterscheidet sich leicht zwischen verschiedenen Flugzeugtypen, Fluggesellschaften und Betreibern. Üblicherweise werden Wing und Engine Anti-Ice am Boden bei Temperaturen unter 10 Grad und sichtbarer Feuchtigkeit (etwa Regen oder Nebel) aktiviert. In der Luft können die Schalter je nach Handbuch ab 40 Grad und niedriger auf OFF gestellt werden. Treten erneut Icing-Conditions auf, wird Engine Anti-Ice aktiviert. Im Hinblick auf die Notwendigkeit von Wing Anti-Ice liefern Eisansätze an der Windschutzscheibe oder den Scheibenwischern einen Hinweis darauf, die Schalter wieder in die ON-Position zu bringen. Am Airbus gibt es zu diesem Zweck den Ice-Indicator zwischen den Windschutzscheiben. Während Engine Anti-Ice immer präventiv aktiviert wird, wartet man mit der Aktivierung von Wing Anti-Ice zumeist bis sich ein kleiner Eisansatz gebildet hat und nutzt das System dann als De-Icer. Die exakten Verfahren unterscheiden sich hier allerdings zwischen den Flugzeugtypen und insbesondere zwischen den Betreibern.
Sobald die Bedingungen es zulassen, sollten die Anti-Ice Systeme wieder ausgeschaltet werden um eine Überhitzung zu vermeiden. In einigen Flugzeugen gibt es zu diesem Zweck AUTO-Funktionen der Anti-Ice Systeme . In diesem Fall werden Daten von gesonderten Eissensoren bezogen und auf Grundlage dessen Wing bzw. Engine Anti-Ice automatisch geschaltet.
Generell ist zu berücksichtigen, dass die Nutzung der Anti-Ice-Systeme immer zu Leistungseinbußen führen. Die abgezapfte Luft steht dem Triebwerk nicht mehr zur Verfügung, um Vortrieb zu erzeugen und somit muss Anti-Ice streng bei der Berechnung der Takeoff-Performance einkalkuliert werden. In älteren Flugzeugen, wie etwa der 747 Classic, dürfen bestimmte Leistungsparameter bei aktiviertem Anti-Ice nicht unterschritten werden und erfordern während des Fluges daher eine erhöhte Aufmerksamkeit. In modernen Cockpits wird bei aktiviertem Anti-Ice der Hinweis TAI, kurz für Thermal Anti-Ice, auf dem Engine Display dargestellt, um auf die Leistungseinschränkungen aufmerksam zu machen.
Fenster und Sensoren werden aufgrund der kleineren Fläche auch bei großen Flugzeugmustern durch elektrische Systeme beheizt. Window und Probe Heat werden üblicherweise präventiv, unabhängig der Witterungsumstände genutzt. Meist wird die Aktivierung in einer Checkliste nach dem Triebwerksstart gegengeprüft. Je nach Flugzeugtyp und Ausstattungsvariante können auch diese Systeme automatisch betrieben werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Auto-Modus nur aktiv ist, wenn mindestens ein Triebwerk läuft. Sollen Fenster und Sensoren bereits am Gate beheizt werden, damit Scheiben nicht beschlagen oder Eisansätze an den hervorstehenden Sonden entstehen, müssen die Systeme aktiv auf ON geschaltet werden.
Hat man erstmal einen Überblick über die Risiken, Einschränkungen und möglichen Gegemaßnahmen bei winterlichem Wetter, steht dem Ausflug über die verschneite Flugsimulator-Welt nichts mehr entgegen. Viele Informationen über die genauen Verfahren und die exakte Funktionsweise der Systeme finden sich übrigens in den Handbüchern der Flugzeuge. Dort kann man auch exakte Leistungsparameter und Grenzwerte nachschlagen.
Ein letzter Tipp zum Schluss: Mit einem warmen Getränk und aufgedrehter Heizung lässt sich das Wetter am Schreibtsch oder im Homecockpit noch besser genießen!
Ein wunderbarer Artikel! Vielen Dank dafür!
*Schlaubischlumpfmodus AN*
Ein kleiner Nachtrag dennoch. Typ 4 besteht aus 100% Glykol.
Glycol ist aber nicht wie im Artikel belastend für die Umwelt, sondern ist biologisch abbaubar. Aufgrund der Masse, kommen damit aber viele Klärwerke nicht zurecht.
Leider gibt es derzeit nur 3 Airports in der Welt (München, Montreal und Olso), die das Mittel auffangen und direkt am Airport recyceln. In München wird dabei ca. 65-75% des aufgefangenen Mittels wiederverwendet (als Typ I).
Da nicht jedes Flugzeug, aufgrund fehlender Propellerberemse (Dash 8 zB.), mit laufenden Triebwerken enteist werden kann, wird die Enteisung auf dem Vorfeld durchgeführt und mittels spezieller Kehrmaschine aufgesaugt und dann recycelt.
*Schlaubischlumpfmodus AUS*
🙂
Hallo Sven,
danke für deinen Kommentar! Zum Aspekt der Umweltbelastung: Meines Wissens nach ist Glycol zwar biologisch abbaubar, kann aufgrund seiner Eigenschaften aber Lebewesen, die Sauerstoff aus Flüssigkeiten beziehen beinträchtigen. Es „stört“ also die Biodiversität, insbesondere in Wasserschutzgebieten. Daher lässt man es nicht gern unkontrolliert abfließen. Danke auch für die die Hinweise zu München, Montreal und Oslo! Das war mir im Detail nicht bewusst.
Hi Tom,
Du hast natürlich recht, Grundsätzlich ist jedes vom Menschen ausgebrachtes Mittel in der Umwelt nicht gut für diese. Ich wollte nur den Aufschrei diverser „Gestalten“ verhindern, die bei solchen Themen immer aus ihren Löchern hervorkommen. 😀
Zumindest für den Flughafen München kann gesagt werden, dass hier sehr viel Anstrengungen unternemmen wurden und werden, damit es zu keiner Schädigung der Umwelt kommt. Die Auflagen und Kontrollen sind hier verdammt hoch, da der Flughafen in einem Wasserschutzgebiet liegt. Dies gilt natürlich auch für die Flächenenteisung. Es wäre zu wünschen, dass es an jedem größeren Airport solche Recyclingstationen gäbe. Leider ist das auch eine Kostenfrage. Gerade für die Infrastruktur.
Es gab (gibt) mal Versuche Flugzeuge mit Infrarotpanels zu enteisen (meines Wissen waren da Versuche in Olso) Hat aber leider nicht funktioniert.
Mal schauen, was die Zukunft so bringt.
Definitiv. Da dürfen wir gespannt sein!
Wer sich für das Thema Infrarot-Enteisung interessiert: 1995 gab diesbezüglich auch Versuche in den USA, wenn auch nur in kleinem Rahmen: Link zu Flightglobal