Neutronen-Radiografie von Wasserablagerungen in der Isolierung von Flugzeugen. (Bild: casas)
Neutronen-Radiografie von Wasserablagerungen in der Isolierung von Flugzeugen. (Bild: casas)
  • Forschung

FRM II misst mit Neutronen Feuchtigkeit in Isolierung:Dem Wasser in Flugzeugen auf der Spur

Wenn es beim Landeanflug von der Decke der Flugzeugkabine tropft, dann ist das nur eine von vielen unangenehmen Folgen von zu viel Feuchtigkeit in der Isolierung des Flugzeugrumpfes. Physiker der Technischen Universität München (TUM) und Ingenieure der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH) haben nun einen Ausschnitt einer Flugzeugwand während eines simulierten Transatlantikfluges mit Neutronen untersucht. An der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der TUM wollten sie herausfinden, wo und wie sich die Feuchtigkeit in der Flugzeugisolierung niederschlägt, um dies zukünftig zu verhindern.

Trockene Luft in Flugzeugen ist für viele Passagiere sehr unangenehm. Für die Sicherheit ist sie jedoch geradezu unabdingbar. Denn feuchte Luft dringt durch die Kabine in die Isolierung des Flugzeugbauches und schlägt sich an der kalten Außenwand als Wasser oder Eis nieder. „Die mehreren hundert Kilo Wasser, die sich aus der Atemluft der Fluggäste dort ansammeln, entsprechen dem Gewicht von mehreren Passagieren“, erklärt Dr. Burkhard Schillinger, der die Flugzeugisolierung am FRM II mit Neutronen untersucht hat. Das Wasser gefriert oder schwappt während des Fluges unkontrolliert im Bauch hin und her, was negativen Einfluss auf die Flugstabilität haben kann. „Und das zusätzliche Gewicht schleppt das Flugzeug jedes Mal unnötig mit sich herum“, sagt Schillinger.

Auch die Isolierung leidet unter der Feuchtigkeit: Sie isoliert schlechter, und es kann sich Schimmel bilden. Schlimmstenfalls können sogar in der Elektrik, die sich in der Flugzeugwand befindet, Kurzschlüsse entstehen. „Derzeit muss bei Flugzeugen die Isolierung alle ein bis zwei Jahre ausgetauscht werden“, sagt Andreas Joos, Diplom-Ingenieur am Institut für Thermofluiddynamik der TU Hamburg-Harburg. Seit 20 Jahren kennt man das Problem der Feuchtigkeit in der Flugzeugisolierung und seit über 10 Jahren wird dazu an der TU Hamburg-Harburg geforscht. Anfangs tropfte gar bei Landeanflügen das getaute Wasser auf die Passagiere. Inzwischen gibt es spezielle Isoliermaterialien und ein ausgeklügeltes Wasserleitsystem im Rumpf von Flugzeugen. Nach der Landung wird ein großer Teil des getauten Wassers abgepumpt. „Doch das klappt nicht an allen Ecken und Kanten des Flugzeugs“, erklärt Burkhard Schillinger. Viel Wasser verbleibt im Bauch des Flugzeugs.

An der TUHH sucht man deshalb gemeinsam mit der TUM nach Lösungen, wie man das Wasser im Flugzeugbauch besser ableiten kann. „Dafür ist es wichtig zu wissen, wie genau sich das Wasser niederschlägt, ob es den Umweg über flüssig nimmt oder gleich gefriert. Und wir wollten wissen, wo es sich ansammelt: In der Isolierung oder an der Außenwand?“, sagt Joos.

Um dem Wasser im Flugzeug auf die Spur zu kommen, hat die TUHH gemeinsam mit einem Industriepartner die Isolierung mit Neutronen am Instrument ANTARES (Advanced Neutron Tomography and Radiography Experimental System) der Forschungs-Neutronenquelle in Garching untersucht. Ein Versuchstand der TUHH simuliert eine Flugzeugwand, über die feuchte Luft geleitet wird, die der Atemluft der Passagiere gleicht. „Wir können dort alle Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnisse eines Transatlantikfluges nachahmen“, erklärt Burkhard Schillinger.

Die Neutronen des FRM II der TU München zeigen genau, wo sich während der Steigphase, des Fluges, des Sinkfluges und der Bodenphase Wasser oder Eis befinden. „Wir haben zunächst konventionelle Messtechniken, zum Beispiel aus der Bauphysik angedacht, diese liefern allerdings eine zu schlechte Auflösung. Da sehen wir mit Neutronen sehr viel mehr“, sagt Joos. Die Neutronen aus dem Reaktor treffen auf die verschiedenen Materialien in der Flugzeugwand. Vom Wasser werden sie am meisten abgebremst. So entstehen am Instrument ANTARES mit Hilfe einer Spezialkamera eine Art Röntgenbilder, welche mit hoher räumlicher Auflösung die Wasserverteilung in der Isolierung abbilden.

Erste Ergebnisse zeigen, dass die Wasserverteilung gut messbar ist. Die Isolierung nimmt vor allem in der Startphase viel Feuchtigkeit auf. „Für uns ist es wichtig, den zeitlichen Verlauf der Feuchtigkeitszunahme zu sehen“, sagt Andreas Joos von der TUHH. So können die Wissenschaftler herausfinden, ob die Feuchtigkeit sich schneller auflöst, wenn das Flugzeug beispielsweise eine halbe Stunde länger am Boden bleibt.

Als nächstes wollen die Hamburger Forscher neue Modelle bauen und diese an der Forschungs-Neutronenquelle in Garching untersuchen. Eine Flugzeugwand mit einem Fenster beispielsweise und eine mit einer Stützstrebe. Denn das Wasser schlägt sich an verschiedenen Konstruktionen unterschiedlich nieder. Auch neue Isolierungsmaterialien sollen getestet werden.

Bildmaterial:


http://mediatum2.ub.tum.de/node?cfold=804170&dir=804170&id=804170

Kontakt:

Dr. Burkhard Schillinger
Technische Universität München
Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)
Lichtenbergstr. 1, D 85748 Garching
Tel: +49 (0)89 289 12185
E-Mail - Internet

Technische Universität München

Corporate Communications Center

Weitere Artikel zum Thema auf www.tum.de:

Physiker Josef Lichtinger begutachtet die

Lithium im Gehirn

Experimente mit Neutronen an der Technischen Universität München (TUM) zeigen, dass sich in der weißen Gehirnsubstanz das Antidepressivum Lithium stärker anreichert als in der grauen. Das lässt vermuten, dass es anders…

Gitter aus Spinwirbeln

Magnetische Monopole löschen Daten

Ein vor 80 Jahren postuliertes physikalisches Phänomen könnte den entscheidenden Schritt zur Realisierung neuartiger, extrem kompakter und langlebiger Datenspeicher durch magnetische Wirbel liefern. Wissenschaftler der…

Metallisches Terbium. (Foto: Astrid Eckert / TUM)

Radionuklid-Therapie gegen kleine Tumore und Metastasen

Im Kampf gegen Krebs könnte der Medizin schon bald ein neuer Verbündeter zur Seite stehen: Terbium-161. Seine wichtigste Waffe: Konversions- und Auger-Elektronen. Aufbauend auf dem Radionuklid Terbium-161 haben…

Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II). (Foto: Andrea Voit / TUM)

Bund stärkt Neutronenforschung in Garching

Die wissenschaftliche Nutzung der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) durch deutsche und internationale Forscher wird für die nächsten zehn Jahre mit insgesamt 198 Millionen Euro vom Bundesministerium…

Prof. Dr. Pfleiderer bereitet eine Probe in der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz vor. (Photo: Wenzel Schuermann / TUM)

Strom bewegt magnetische Wirbel

Schneller, kleiner und energiesparender sollen die Rechner der Zukunft sein. Dazu müssen die Daten schneller geschrieben und verarbeitet werden. Diesem Ziel sind Physiker der Technischen Universität München (TUM) und der…

Dreiachsen-Spektrometer PUMA im FRM II. (Foto: Wenzel Schuermann / TUM)

Supraleitung bei hohen Temperaturen

Magnetische Wechselwirkungen könnten bewirken, dass bestimmte Materialien Strom verlustfrei leiten, und zwar bei höheren Temperaturen als klassische Supraleiter wie etwa Blei. Dazu haben Wissenschaftler vom…

Blick in die Probenkammer der Positronenquelle. (Foto: Jakob Mayer / TUM)

Mit Antiteilchen auf Fehlersuche

Die geheimnisvolle Antimaterie ist nicht nur exotisches Beiwerk in Kinofilmen wie „Illuminati“, sondern auch ein faszinierendes Wissenschaftsgebiet. An der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der…

Neutronenstrahlung eröffnet wertvolle Einblicke in die Renaissance-Köpfchen des Florentiner Paradiestores. (Foto: Ralf Schulze / TUM)

Prophet unter der Neutronenlupe

Kunstgeschichte und Physik haben auf den ersten Blick nicht viel gemeinsam. Beim europäischen Forschungsprojekt Ancient Charm gehen die beiden Disziplinen jedoch eine enge Zusammenarbeit ein. So werden an der…

Römische Merkur Statuette. (Foto: Martin Mühlbauer)

Nippes aus dem alten Rom

Einen Blick in eine römische Gottheit hinein warfen jetzt Physiker an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München (TUM). Sie untersuchten für die Archäologische…

Sebastian Mühlbauer bei der Vorbereitung eines Experiments

Magnetische Wirbelfäden in der Elektronensuppe

Physiker der Technischen Universität München (TUM) und der Universität zu Köln haben in der metallischen Verbindung Mangansilizium eine neue Form magnetischer Ordnung entdeckt. Das Gitter aus magnetischen Wirbelfäden, über…

Uwe Wasmuth im FRM II mit seinem Werkstück. (Foto: TU München)

Spannungen in Stahl gegossen

Spannungen in Metallen führen zu Verformungen und schlimmstenfalls zu Rissen im Material. Betroffen von solchen Eigenspannungen sind vor allem Werkstücke, die aus zwei verschiedenen Metallen bestehen, wie etwa…

Ein glühender Metalltropfen schwebt zwischen zwei Spulen im Neutronenstrahl. (Foto: Andrea Voit/TUM)

Schwerelose Experimente mit geschmolzenem Metall

Untersuchungen, die sonst nur in der Schwerelosigkeit des Weltalls gelingen, führt Professor Andreas Meyer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln mit einem neuen Messverfahren derzeit an der…

3D-Tomografie einer Säugetierlunge. (Bild: Robert Metzke, Burkhard Schillinger, TU München)

Neue Strategien könnten Tausenden das Leben retten

Aktuellen Schätzungen zufolge werden in Europa jedes Jahr mehr als 100.000 Patienten mit akutem Lungenversagen intensivmedizinisch behandelt. Müssen Patienten mehrere Tage künstlich beatmet werden, sinkt die Überlebensrate…

Ein Zylinder aus mit Neutronen dotiertem Silizium. (Foto: W. Schürmann, TU München)

Halbleiter für energiesparende Hochleistungselektronik

Zwischen Thomas Alva Edison und George Westinghouse tobte um 1880 ein erbitterter Streit: Edison setzte auf Gleichstrom, Westinghouse wollte Wechselstrom-Netze einführen. Er hatte erkannt, dass es viel praktischer war, den…

Reaktorbecken im FRM II. (Foto: Andreas Heddergott)

TUM-Forschungsreaktor liefert die ersten Neutronen

Die Forschungs-Neutronenquelle FRM-II der Technischen Universität München in Garching hat heute die ersten Neutronen erzeugt. "Damit ist die Inbetriebsetzung der weltweit modernsten Neutronenquelle in das entscheidende…