Wetternews: Wenn Flugzeuge vereisen

24.01.23 von MeteoSchweiz Blog

Vereisung ist in der Luftfahrt ein wichtiges Thema. Setzt an einem Luftfahrzeug Eis an, so hat dies Auswirkungen auf das Flugverhalten, ja es kann die Flugfähigkeit sogar stark einschränken.

Doch wann entsteht Eis an Flugzeugen? Und was lässt sich gegen diese Gefahr tun?

Auswirkungen von Vereisung

Setzt Eis an der Flugzeugzelle oder an Propellerblättern an, so kann dies Auswirkungen auf das Flugverhalten haben:

Eis an den Tragflächen verändert die aerodynamische Form des Flügels und verringert den Auftrieb
Das Gewicht des Flugzeugs wird erhöht und der Schwerpunkts des Flugzeugs kann sich so verschieben, dass das Flugzeug nicht mehr steuerbar ist
Sensoren am Flugzeug (für die Geschwindigkeit, die Temperatur oder den Luftdruck) können zufrieren und entsprechende Anzeigen damit keine oder falsche Werte liefern
Bewegliche Teile des Flugzeugs wie Steuer- oder Landeklappen können blockiert werden

Schematische Darstellung der Vereisung an der Tragfläche. (MeteoSchweiz)

Arten von Eis: Klareis, Raueis, Reif

Eis kann in verschiedenen Formen auftreten. Primär sind dies:

Klareis: An der Flügelvorderkante aufprallende unterkühlte Wassertröpfchen fliessen vor dem Anfrieren der Flugzeugoberfläche entlang nach hinten und gefrieren dann zu einer glatten und festen Eisschicht.
Raueis: Bei kleinen Wassertröpfchen und tieferen Temperaturen gefriert das Wasser rasch nach dem Aufprall, ohne sich weit über die Oberfläche zu verteilen. Zudem können auch Eiskristalle anfrieren. Es entsteht eine poröse und weissliche Eissschicht.
Reif bildet sich durch Resublimation des Wasserdampfs auf der Aussenhaut des Flugzeuges. Es bildet sich ein weisser, kristalliner Eisüberzug. Im Gegensatz zu obigen Eis-Arten kann diese Form auch bei einem Flug durch wolkenlose Gebiete entstehen. Sehr häufig kann sich Reif aber auch in wolkenlosen Nächten auf parkierten Flugzeugen bilden.

Meteorologische Faktoren

Damit Flugzeugvereisung auftreten kann, müssen verschiedene Voraussetzungen gegeben sein.

Zunächst muss die Temperatur natürlich unter dem Gefrierpunkt liegen. Man geht davon aus, dass Vereisung bei Temperaturen zwischen Null und rund -40°C auftreten kann. Ist es kälter, ist die Luft zu trocken und es fehlt das nötige Wasser. Am stärksten ist die Vereisung zwischen Null und -20 Grad.

Tiefe Temperaturen alleine reichen freilich nicht. Damit Eis entstehen kann, ist auch Wasser nötig. Bei Temperaturen unter null Grad ist dieses in Form von unterkühlten Wassertröpfchen in der Luft vorhanden. Je höher der Flüssigwassergehalt ist, desto grösser ist die Gefahr von Vereisung. Auch Aufwindbewegungen können einen Einfluss haben. So werden beispielsweise in Quellwolken Wassertröpfchen rasch in grosse Höhen mit tiefen Temperaturen gehoben und sorgen dort für verstärkte Vereisungsbedingungen.

Entscheidend für die Vereisungsintensität ist auch die Tröpfchengrösse. Vereinfacht gesagt ist die Vereisung umso stärker, je grösser die Tropfen sind.

Neben den meteorologischen Aspekten spielen aber auch Eigenschaften des Flugzeugs eine Rolle. Genannt seien hier die Form der Tragfläche, die Geschwindigkeit des Flugzeugs, oder aber auch zum Beispiel die Temperatur der Flugzeugzelle.

Vorhersage und Warnung vor Vereisung

Zonen mit Vereisungsbedingungen lassen sich vorhersagen. Als designierter Flugwetterdienst stellt MeteoSchweiz den entsprechenden Nutzerinnen und Nutzern solche Vorhersagen zur Verfügung. Im Falle von schwerer Vereisung werden auch Warnungen für die entsprechenden Gebiete des Luftraums ausgegeben, sogenannte SIGMET. Nachfolgend ein Beispiel eines SIGMET-Bulletins für den Luftraum Schweiz über starke Vereisung (Severe Icing, SEV ICE), in diesem Fall zwischen den Flugflächen 120 und 200 (entspricht in etwa dem Bereich zwischen 4000 und 6000 m ü.M.):

LSAS SIGMET I01 VALID 111303/111700 LSZH- LSAS SWITZERLAND FIR/UIR SEV ICE FCST AT 1303Z WI N4757 E00900 – N4726 E00951 – N4549 E00720 – N4556 E00632 – N4605 E00547 – N4740 E00749 – N4757 E00900 FL120/200 NC FCST AT 1700Z WI N4552 E00612 – N4537 E00743 – N4629 E00830 – N4620 E00927 – N4704 E01031 – N4804 E00910 – N4552 E00612=

De-Icing und Anti-Icing

Zonen mit starker Vereisung werden von den Pilotinnen und Piloten nach Möglichkeit umflogen, oder zumindest nur kurz durchflogen. Es gibt aber auch verschiedene Verfahren, die Bildung von Eis zu verhindern (Anti-Icing) oder auch um Eis zu entfernen (De-Icing). Bei entsprechenden Bedingungen werden Flugzeuge deshalb vor dem Start mit Enteisungsflüssigkeit behandelt und so von Eis (und Schnee) befreit, bzw. präventiv vor Vereisung geschützt.