Zellenvereisung (Airframe Icing)
Zellenvereisung ist die Eisanlagerung auf den Tragflächen, am Rumpf, an Steuerflächen und an Sonden des Flugzeugs. Eine der größten Gefahren für PPL-VFR-Flüge im Winter und in nassen Wolken.
Quelle: FAA AC 91-74B Pilot Guide: Flight in Icing Conditions; ICAO Annex 6 Part II; EASA SIB 2017-09.
Gefahren durch Vereisung
Vereisung am Flugzeug stellt erhebliche Gefahren dar, einschließlich erhöhter Stall-Geschwindigkeit, Verschiebung des Schwerpunkts, Blockierung von Steuerflächen, Verschlechterung der Tragflügelform mit der Folge von Stalls und möglichem Triebwerksausfall ("icing on aircraft poses significant dangers including increased stall speed, centre of gravity shifts, control surface blocking, wing shape deterioration leading to stalls, and potential engine failure"):
| Auswirkung | Mechanismus |
|---|---|
| Auftriebsverlust | Veränderung der Tragflügel-Profil-Form durch Eis-Belag |
| Erhöhung der Stall-Geschwindigkeit | Reduzierter Auftrieb, erhöhter Widerstand |
| CG-Verschiebung | Eis konzentriert sich an Vorderkanten, ggf. asymmetrisch |
| Versteifung der Steuerflächen | Bei dicker Eisschicht — Querruder/Höhenruder schwergängig |
| Pitot/Statik blockiert | falsche Anzeigen IAS/Altimeter/VSI |
| Triebwerks-Ausfall | Vereisung im Vergaser oder Lufteinlass → kein Brennluft-Fluss |
Vereisungsarten
| Typ | Bildung | Eigenschaften |
|---|---|---|
| Rauh-Eis (Rime Ice) | Bei tieferen Temperaturen (-10 bis -20 °C), kleine unterkühlte Tropfen | Milchig, rau, leicht. Verändert Profil-Form (Auftriebsverlust). |
| Klar-Eis (Clear Ice) | Bei wärmeren Temperaturen (0 bis -10 °C), große unterkühlte Tropfen (FZRA) | Glasklar, hart, sehr schwer. Schwer zu erkennen. |
| Misch-Eis (Mixed Ice) | Übergangsbereich | Kombiniert raue und glasige Eigenschaften |
| Frost (Hoar Frost) | Sublimation auf unterkühlten Oberflächen | Federartig, dünn, kann starten verhindern |
Freezing Rain — extrem gefährlich
Die gefährlichsten Vereisungsbedingungen sind in Freezing Rain zu finden ("the most dangerous icing conditions are found in freezing rain"):
- Flüssiger Regen, der bei Kontakt sofort gefriert.
- Erzeugt klares Eis in kürzester Zeit auf allen Flächen.
- Profil-Verformung extrem schnell.
- Konsequenz: sofort Vereisungszone verlassen (siehe Subject 070 Lesson "Schlechte Sicht — Vereisungszone").
Vereisung durch Freezing Rain ist vor Warmfronten oder Warmfront-Okklusion nach winterlichen Kälteperioden zu erwarten (siehe Lesson Niederschlag).
Freezing Level — Schlüssel zum Vermeiden
Die Höhe des Freezing Levels ist eine der wichtigsten Voraussetzungen zur Vermeidung von Aircraft-Icing (siehe Lesson Niederschlag).
Vereisung am oder nahe Boden
Bildung von Reif, Vereisung von Spritzwasser oder Schneematsch, einer Schneedecke, Schneeregen oder Freezing Rain können Vereisung am oder nahe Boden verursachen ("formation of hoar frost, icing of spray water or slush, a snow cover, sleet or freezing rain can cause icing at or close to the ground"):
- Pilot prüft vor Take-off die Flugzeug-Oberfläche.
- Auch dünne Eis-Schicht ist Take-off-verbietend.
Sublimation in wolkenfreier Luft
Sublimation von Wasserdampf in wolkenfreier Luft kann zur Bildung von Hoar Frost auf einem Flugzeug führen (siehe Lesson Luftfeuchte) — bei stark unterkühltem Flugzeug.
Supercooled Aircraft + High Humidity Air
Wenn ein deutlich unterkühltes Flugzeug in eine Luftschicht mit hoher Feuchtigkeit fliegt, kann auch in wolkenfreier Luft bei Temperaturen über 0 °C Airframe-Vereisung auftreten (siehe Lesson Luftfeuchte).
Mountain-Side im Winter vs. Sommer
Es ist möglich für ein Flugzeug, im Winter unter einem Berggipfel zu fliegen und im Sommer darüber bei gleichem atmosphärischem Druck und angezeigter Höhe, weil bei kälterer Luft als der ICAO-Standardatmosphäre die wahre Höhe niedriger ist als die angezeigte ("it is possible for an aircraft to fly below a mountain top in winter and above it in summer at the same atmospheric pressure and indicated altitude because when true air temperature is colder than the ICAO standard atmosphere"):
- Im Winter (kalt): angezeigte Höhe > wahre Höhe → Flugzeug tatsächlich tiefer.
- Im Sommer (warm): angezeigte Höhe ≈ wahre Höhe.
Schichten der Vereisung
In stratiformen Wolken: In stratiformen Wolken können Piloten normalerweise keine Flugsicht, Niesel und Vereisung bei Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt erwarten ("in stratiform clouds, pilots can normally expect no flight visibility, drizzle, and icing at temperatures around or below freezing").
In Cb-Wolken: Cumulonimbus (Cb) Wolken mit großer vertikaler Ausdehnung weisen oft keine Flugsicht, schwere Turbulenz, schwere Vereisung bei Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt, und elektrische Entladung durch intensive konvektive Aktivität und unterkühlte Wassertropfen auf ("cumulonimbus (Cb) clouds with great vertical extent often feature no flight visibility, severe turbulence, severe icing at temperatures around or below freezing, and electrical discharge due to intense convective activity and supercooled water droplets").
In flachen Cumulus: In flachen Cumulus-Wolken werden oft folgende Bedingungen angetroffen: keine Flugsicht, leichte bis mäßige Turbulenz, leichte Vereisung bei Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt ("in shallow cumulus clouds often, the following conditions are encountered: no flight visibility, light to moderate turbulence, light icing at temperatures around or below freezing").
Cold weather operations*; FAA-H-8083-25B PHAK Kap. 13.*