Luftfahrt: Mehr Sicherheit durch bessere Vereisungsmodelle Postdoctoral Fellowship im Marie-S-Curie-Programm für Mariachiara Gallia
Dr. Mariachiara Gallia hat das renommierte Postdoc-Stipendium der Europäischen Kommission gewonnen. Sie ist leitende Wissenschaftlerin am Institut für Strömungsmechanik der Technischen Universität Braunschweig. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Vereisung an Luftfahrzeugen. Während ihrer Promotion am Politecnico di Milano (Italien) trug sie zur Entwicklung von „PoliMIce“, einer Software für Vereisung, bei und nahm am europäischen Projekt ICE-GENESIS teil, das darauf abzielt, die nächste Generation von 3D-Simulationswerkzeugen für Vereisung zu entwickeln. Wir haben sie zu ihrer Arbeit befragt und welche neuen Perspektiven sich durch das Stipendium ergeben.
Dr. Mariachiara Gallia. Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig
Sie konnten ein Stipendium Marie Skłodowska-Curie „Postdoctoral Fellowships“ gewinnen. Herzlichen Glückwunsch! Was bedeutet das für Sie?
Das Stipendium ist ein bedeutender Meilenstein in meiner Karriere. Ich fühle mich wirklich geehrt. Es ermöglicht mir, nach Abschluss meiner Promotion meine eigenen Forschungsideen zu einem Thema umzusetzen, für das ich eine tiefe Leidenschaft hege: die Vereisung während des Fluges. Ich hoffe, dass meine Arbeit dazu beitragen wird, unser Verständnis und die Wissensbasis für dieses komplexe Problem zu erweitern und letztlich die Sicherheit in der Luftfahrt zu verbessern.
Sie forschen zur Vereisung von Flugzeugen. Könnten Sie das umreißen – warum vereist ein Flugzeug und warum ist das ein Problem?
Flugzeugvereisung tritt auf, wenn ein Flugzeug durch Wolken fliegt, die unterkühlte Wassertröpfchen enthalten, die bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt noch flüssig sind. Wenn diese Tröpfchen auf die Oberfläche des Flugzeugs prallen, kommt es zur Eisbildung. Eis kann sich auf kritischen Oberflächen wie Flügelvorderkanten, Triebwerkseinlässen und Pitotrohren (Instrument zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit) ansammeln.
Durch das Eis verändert sich die aerodynamische Form von Tragflächen und Rotorblättern, was den Auftrieb erheblich verringern und den Luftwiderstand erhöhen kann. Dadurch wird zusätzliche Motorleistung erforderlich und die Sicherheit beeinträchtigt. Darüber hinaus kann Vereisung die Sicht behindern, zu Leistungsverlusten bei Triebwerken führen und wichtige Sensoren und Lüftungsöffnungen blockieren. Diese Effekte können zu gefährlichen Unfällen führen. Laut dem Bericht der Europäischen Agentur für Flugsicherheit (EASA) aus dem Jahr 2019 ist die Vereisung während des Fluges ein großes Sicherheitsrisiko für große Flugzeuge, was die Bedeutung meines Forschungsschwerpunkts unterstreicht.
Worum geht es im Projekt RESET, in dem Sie jetzt im Rahmen des Stipendiums forschen?
Das RESET-Projekt, das für „REthinking in-flight icing modelS validation through intEgrated uncerTainty analysis“ steht, konzentriert sich auf die Neubewertung numerischer Modelle für die Simulation der Eisbildung und die Integration experimenteller Tests in diese Simulationen. Die Mechanismen der Eisbildung sind noch immer nicht vollständig erforscht, und das Fehlen validierter Simulationswerkzeuge zwingt Flugzeughersteller dazu, teure Windkanal- und Flugtests durchzuführen, um die Sicherheitsvorschriften zu erfüllen, und aufwendig die Leistung von Eisschutzsystemen zu testen. Ein Konsens über die Zuverlässigkeit von Simulationen zur Einhaltung von Vorschriften, auch bekannt als Zertifizierung durch Analyse, könnte die Abhängigkeit von kostspieligen Tests verringern. Aufgrund des Mangels an validierten Simulationswerkzeugen bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen, die die Konstrukteure dazu zwingen, sich auf konservative, bewährte Lösungen mit nachgewiesenen Zertifizierungshistorien zu verlassen, die nicht mit den neuesten Forschungsfortschritten und -verbesserungen übereinstimmen.
Meine Forschung zielt darauf ab, die Art und Weise, wie Vereisungsmodelle validiert werden, zu verändern, indem ich die Verzerrungen durch Unsicherheiten untersuche. Ich schlage einen neuen statistischen Ansatz für die Validierung vor.
Darüber hinaus zielt meine Forschung darauf ab, einen wechselseitigen Austausch zwischen Experimenten und numerischer Simulation zu erreichen, bei dem ein kontinuierlicher Informationsaustausch zwischen beiden stattfindet und einer vom anderen profitieren kann. Wenn sich diese Methodik als erfolgreich erweist, hat sie das Potenzial, die Modellvalidierung in anderen luftfahrttechnischen Anwendungen wie Verbrennung, Wärmeübertragung und Fluid-Struktur-Wechselwirkungen zu verändern und zuverlässige Werkzeuge für die Konstruktion und Zertifizierung in der Luft- und Raumfahrt bereitzustellen.
Und eine letzte Frage: Sie kommen aus Italien und setzen an der TU Braunschweig Ihren Karriereweg fort – was macht die Universität in Ihren Augen attraktiv?
Der Ruf der TU Braunschweig für Exzellenz in der Luftfahrtforschung ist für mich ein wesentlicher Anreiz, an dieser Einrichtung zu arbeiten. Das Institut für Strömungsmechanik ist für seine hochmodernen Einrichtungen bekannt, insbesondere für den Vereisungswindkanal – eine einzigartige Forschungseinrichtung an europäischen Universitäten. Diese Ressource wird für meine Forschung zur Vereisung von entscheidender Bedeutung sein. Darüber hinaus bietet die Anwesenheit führender Experten auf diesem Gebiet ein hervorragendes Umfeld für Mentoring und Zusammenarbeit, was meiner Meinung nach für meine Entwicklung als Forscher von entscheidender Bedeutung ist.