Die NASA setzt auf 3D-Druck, um die Tools für die Flugzeug-Vereisungsforschung zu verbessern

Die Luftfahrtinnovatoren der NASA verwenden die modernsten verfügbaren Forschungsinstrumente, einschließlich 3D-Druck, um neue Daten zu generieren, die Flugzeugherstellern und -betreibern helfen, eine der ältesten Sicherheitsherausforderungen der Luftfahrt effizienter zu bewältigen – nämlich die Vereisung.

Diese Daten, die 2020 öffentlich verfügbar sein werden, sind das Ergebnis eines fünfjährigen kooperativen Forschungsprogramms, an dem die NASA, die Federal Aviation Administration (FAA), das French Aerospace Lab (ONERA) und mehrere US-amerikanische Universitäten beteiligt waren.

Der Schlüssel zu diesem neuen Datensatz, der ein besseres Verständnis der Eisbildung und ihrer Auswirkungen auf ein Flugzeug bietet, ist das Aufkommen des 3D-Drucks als Forschungsinstrument.

In der Vergangenheit beruhte die Vereisungsforschung auf der Erzeugung von echtem Eis in einem speziell ausgerüsteten Windkanal, in dem superkalte Wassertröpfchen über eine Flugzeugoberfläche – häufig einen Flügel – geblasen werden, die bei Kontakt einfrieren.

Unter diesen kontrollierten Bedingungen stimmen die resultierenden Eisformen gut mit den in der Natur gebildeten überein, die Methoden zur Dokumentation und Analyse dieser Formen waren jedoch relativ einfach.

Messungen dieser Aufzeichnungen lieferten einige der Daten, die in Computercodes verwendet wurden, die Simulationen durchführten, um mehr über die Auswirkungen verschiedener Eisformen auf die Aerodynamik eines Flugzeugs zu erfahren und diese vorherzusagen.

Über die Jahre haben Forscher versucht, komplexere Formen durch klassische Modellbaumethoden, bei denen Formen und Gussteile zum Einsatz kommen, künstlich herzustellen und zu messen. Diese Modelle würden dann an Flugzeugoberflächen befestigt und in Windkanälen getestet.

Mit der Verfügbarkeit des immer ausgefeilteren 3D-Drucks und der Möglichkeit, Objekte zu scannen, um ein 3D-Modell in einem Computer zu erstellen und zu bearbeiten, ist die Vereisungsforschung in eine neue Ära der Produktivität eingetreten.

“Als wir mit diesem Projekt begannen, hatten wir keine wirklich gute Fähigkeit, das Eis in drei Dimensionen zu messen und es mit einem High-Fidelity-3D-Drucker wiederzugeben”, sagte Broeren. “Jetzt haben wir diese Möglichkeiten.”

“Wenn wir unser Verständnis verbessern können, wie sich Eis auf Flugzeuge im Flug auswirkt, können uns diese Daten mit höherer Wiedergabetreue in mehrfacher Hinsicht helfen”, sagte Broeren.

Das Projekt startete 2015 mit dem Vereisungswindkanal von GRC. Die Forschung wurde bis Ende 2018 fortgesetzt, als die Tests im Windkanal von ONERA in Frankreich abgeschlossen wurden.

Seitdem erarbeiten, verfeinern und teilen Forscher ihre Ergebnisse in Form von Fachbeiträgen und Präsentationen. Der endgültige Datensatz wird veröffentlicht, wenn die Fünfjahresvereinbarung am 31. Mai 2020 offiziell endet.