Radom-Vogelschlag-Aufpralltest

Ungewöhnliche Ereignisse wie Vogelschlag können jederzeit auftreten. Wenn ein Flugzeug von Vögeln oder Fremdkörpern getroffen wird, muss vor dem nächsten Flug der ordnungsgemäße Inspektionsprozess durchgeführt werden, um festzustellen, ob das Flugzeug flugtauglich ist.

Ein Radom ist ein aerodynamisches, wetterbeständiges Gehäuse, das die Radarantenne schützt. Es besteht aus Materialien, die dem Radar das Senden und Empfangen von Funkwellen mit minimalen Störungen ermöglichen. Alle Radome von Verkehrsflugzeugen bestehen aus einer Verbundsandwichstruktur mit einem Wabenkern zwischen Innen- und Außenhaut.

Ein Vogelschlag oder ein anderer Fremdkörper kann dazu führen, dass sich die Sandwich-Verbundstruktur verformt und anschließend wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt, wobei die Außenseite kaum oder gar nicht beschädigt wird. Im Inneren können jedoch erhebliche Schäden entstehen. Erfahrungen aus dem Betrieb zeigen, dass die Außenseite des Radoms in der Regel nur minimale Aufprallnarben hinterlässt, der Wabenkern jedoch beschädigt werden kann und das Innere des Radoms an der Aufprallstelle zersplittern kann.

Werden Vogelschlagschäden am Boden nicht erkannt, durchläuft der beschädigte Bereich mehrere Flugzyklen. Die zwischen der Wabe und der abgetrennten Oberfläche eingeschlossene Luft bläht sich bei jedem Flug auf und bildet dort, wo die Oberfläche durch den niedrigen Umgebungsluftdruck in der Höhe aufgerissen wird, eine Blase. Wird der Schaden nicht erkannt, kann er je nach Größe und Lage die Bewegung der Wetterradarantenne stören und Wetterradarwarnungen auslösen.

Vogelschlag stellt eine erhebliche Bedrohung für die Flugsicherheit dar, insbesondere bei Start, Landung und Tiefflug. Zu den anfälligsten Flugzeugkomponenten bei solchen Vorfällen zählt die Radarkuppel, das aerodynamische und wetterfeste Gehäuse der Radarantenne, das sich typischerweise in der Flugzeugnase befindet. Radarkuppeln sind zwar so konstruiert, dass sie hohen Luftgeschwindigkeiten und Umwelteinflüssen standhalten, sind aber nicht besonders widerstandsfähig gegen die hohen Energien eines Vogelschlags.

Ein Radom (Radarkuppel) ist ein strukturelles, nichtmetallisches Gehäuse zum Schutz von Radargeräten und anderen empfindlichen elektronischen Geräten. Radome werden typischerweise aus modernen Verbundwerkstoffen wie Glasfaser oder kohlenstofffaserverstärkten Polymeren hergestellt und müssen drei wichtige Eigenschaften erfüllen:

• Elektromagnetische Transparenz: Ermöglicht die unverzerrte Durchleitung von Radarsignalen.
• Aerodynamisches Design: Sorgt für einen gleichmäßigen Luftstrom und reduzierten Luftwiderstand.
• Strukturelle Integrität: Beständig gegen Umwelt- und Betriebsbelastungen.

Aufgrund ihrer Lage in der Flugzeugnase sind Radome bei einem Vogelschlag oft der erste Kontaktpunkt. Zu den Auswirkungen eines Vogelschlags auf Radome gehören:

• Strukturschäden: Wenn ein Vogel mit hoher Geschwindigkeit mit einer Radarkuppel kollidiert, kann die Energieübertragung Folgendes verursachen:
  • Rissbildung oder Perforation der Radomschale
  • Delamination oder Faserbruch in Verbundwerkstoffen
  • Vollständige Durchdringung, die das Radarsystem freilegt
• Ausfall des Radarsystems: Schäden an der Radarkuppel können den Radarbetrieb beeinträchtigen durch:
  • Signaldämpfung oder -reflexion durch deformierte Oberflächen
  • Achten Sie darauf, dass kein Wasser oder Schmutz in das Radarfach gelangt.
  • Verursacht Kurzschlüsse oder Stromausfälle in elektronischen Komponenten
• Aerodynamische Verschlechterung: Eine beschädigte Radarkuppel verändert die Luftströmungseigenschaften, was zu erhöhtem Luftwiderstand, verringerter Kraftstoffeffizienz und in schweren Fällen zu potenzieller Instabilität der Steuerung führt.
• Sicherheits- und Betriebsrisiken: Vogelschläge, die das Radom gefährden, können Folgendes erzwingen:
  • Umleitungen oder Notlandungen
  • Flugzeuge wegen Inspektion und Reparatur am Boden
  • Verlust des Situationsbewusstseins bei Ausfall des Luft- oder Geländeradars unter widrigen Bedingungen

Hochgeschwindigkeits-Militärjets sind aufgrund der höheren kinetischen Energie beim Aufprall besonders anfällig. Einige Radomfehler führen zum Abbruch der Mission und zu teuren Wartungszyklen.

Im Rahmen der Zertifizierung durch die FAA und andere Aufsichtsbehörden werden Radome auf Vogelschlagfestigkeit geprüft. Simulierte Vogelschlagtests (mit Gelatineprojektilen spezifischer Masse und Geschwindigkeit) werden durchgeführt, um Folgendes zu bewerten:

• Schlagfestigkeit
• Materialleistung
• Post-Collision-Radar-Funktionalität

Die Luftfahrtindustrie verfolgt mehrere Strategien, um das Risiko eines Vogelschlags auf Radomen zu verringern:

• Materialinnovation: Es werden schlagfeste Verbundwerkstoffe entwickelt und energieabsorbierende Schichten innerhalb der Radomhülle eingesetzt.
• Designoptimierung: Eine verbesserte Geometrie dient dazu, Vögel abzulenken, anstatt den direkten Aufprall zu absorbieren. Verbesserte Verbindungstechniken verhindern zudem Delamination.
• Systeme zur Vogelschlagprävention: An Flughäfen werden radargestützte Vogelerkennungssysteme installiert und ein Habitatmanagement umgesetzt, um die Vogelpopulationen in der Nähe von Start- und Landebahnen zu reduzieren.
• Inspektion und Wartung: Es werden regelmäßige visuelle und zerstörungsfreie Inspektionen der Radome durchgeführt und Flugdaten analysiert, um potenzielle Aufprallereignisse zu erkennen.

Bei der Prüfung von Radarkuppeln auf Vogelschlag werden Hochgeschwindigkeits-Vogelschläge auf Radarkuppelstrukturen simuliert, um deren Haltbarkeit, Ausfallarten und anhaltende Radarfunktionalität zu bewerten. Diese Tests sind für die behördliche Zertifizierung und die Gewährleistung der Sicherheit in der zivilen und militärischen Luftfahrt unerlässlich. Die wichtigsten Testmethoden sind:

• Simulierter Vogelschlagtest (Vogelschlagtest): Dies ist die direkteste und einfachste Methode, um die Widerstandsfähigkeit einer Radarkuppel gegen Vogelschlag zu testen. Ein simulierter Vogel (meist ein Gelatineprojektil) wird mit einer Gaskanone oder Druckluftkanone in die Radarkuppel geschossen. Typische Vogelmassen liegen je nach Flugzeugtyp und Flugphase (Start, Steigflug, Reiseflug) zwischen 0,45 und 1,8 kg. Die für den Betrieb geeigneten Aufprallgeschwindigkeiten liegen typischerweise bei 200 bis 400 Knoten.

Die auf diesen Tests basierenden Standards lauten wie folgt:

• FAA 14 CFR Part 25.775 (für Transportflugzeuge)
• MIL-STD-3038 (für Militärflugzeuge)
• RTCA DO-160 Abschnitt 23 (Umgebungsbedingungen und Testverfahren)

Die Bewertungskriterien für diese Tests sind wie folgt:

• Strukturelle Integrität des Radoms nach dem Aufprall
• Keine Einstiche oder übermäßige Beschädigungen
• Fortgesetzte Funktionalität von Radarsystemen
• Radom nicht vom Körper getrennt

• Materialcharakterisierung und Fehleranalyse: Bei diesen Tests wird das Verhalten von Radom-Verbundwerkstoffen unter hohen Dehnungsraten und dynamischen Belastungen untersucht. Dabei kommen folgende Techniken zum Einsatz:
  • Dynamisch-mechanische Analyse
  • Rasterelektronenmikroskopie von Bruchflächen
  • Hochgeschwindigkeitskameraanalyse zur Erkennung von Delamination, Faserausriss oder Durchdringung beim Aufprall
  • Ermittlung der Versagensarten: Delamination, Rissbildung, Faserbruch

Während des Bewertungsprozesses werden Fehlerarten wie Delamination, Rissbildung und Faserbruch identifiziert und Materialien verglichen.

• Zerstörungsfreie Prüfung nach dem Aufprall: Ziel dieser Prüfung ist es, innere Schäden oder Delaminationen zu erkennen, die auf der Oberfläche nicht sichtbar sind. Zum Einsatz kommen Techniken wie Ultraschallprüfung, Thermografie, Scherradiografie und Röntgenradiografie.
• Finite-Elemente-Modellierung und -Simulation: Ziel dieser Tests ist die Modellierung und Vorhersage des Vogelschlagverhaltens in Radomstrukturen vor der physischen Prüfung. Zu den Hauptanwendungen gehören die Simulation der Vogelschlagdynamik, die Optimierung der Radomgeometrie und des Verbundaufbaus sowie die Reduzierung des Bedarfs an mehreren physischen Prototypen.
• Umwelt- und Alterungstests: Ziel dieses Tests ist die Bewertung des Radomverhaltens unter kombinierten Witterungs- und Aufprallbedingungen. Es werden Temperaturwechsel-, UV- und Feuchtigkeitstests durchgeführt. Aufpralltests dienen der Bewertung der Auswirkungen der Alterung auf die Vogelschlagfestigkeit.

Vogelschläge in Radarkuppeln stellen daher eine kritische Schnittstelle zwischen der Gefährdung durch Wildtiere und der Verwundbarkeit von Flugzeugsystemen dar. Obwohl solche Vorfälle relativ selten sind, können ihre Folgen sowohl finanziell als auch betrieblich schwerwiegend sein. Kontinuierliche Fortschritte in Materialwissenschaft, Radartechnologie und Wildtiermanagement sind entscheidend, um die Widerstandsfähigkeit von Radarkuppeln zu verbessern und die Flugsicherheit gegen natürliche Bedrohungen aus der Luft zu gewährleisten.

Unsere Organisation unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Test-, Mess-, Analyse- und Evaluierungsaktivitäten. Unser starkes Team verfolgt die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam und verbessert sich ständig. In diesem Zusammenhang bieten wir Unternehmen auch Radom-Vogelschlagtests an.