-Kanal Wien Klima-Wind-Kanal Wien

Qualität bei jedem Wetter

Rail Tec Arsenal – eine Erfolgsgeschichte Rail Tec Arsenal (RTA) ist ein international tätiges, unabhängiges Forschungs- und Testinstitut für Schienen-, Straßen- und Luftfahrzeuge sowie technische Einrichtungen, die extremen klimatischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Als weltweit anerkannter Know-how-Träger für Klimauntersuchungen betreibt RTA in Wien zwei moderne Klima-WindKanäle (KWK) zur Optimierung des thermischen Komforts in Massenverkehrsmitteln und zur Verbesserung der Verfügbarkeit und Sicherheit von Systemen in industriell sensiblen Bereichen. Im Jahr 2013 wurde eine der Anlagen mit einer Vereisungseinrichtung für Wolkensimulation, einer leistungsstarken Abgasanlage und einer permanenten Kerosinversor-

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gungsanlage für die Luftfahrt erweitert. Das breite Spektrum der Klimasimulation sowie das gebündelte Know-how aus allen Verkehrsbereichen bietet damit nun auch der Luftfahrtindustrie optimale Bedingungen für Produktentwicklung und Zertifizierung. Das qualifizierte Personal von RTA steht seinen Kunden auch beratend zur Verfügung, um optimale Testszenarien zu entwickeln. Technische Herausforderungen während der Testplanung und -phase werden gemeinsam gelöst, um allen Anforderungen gerecht zu werden. Die konsequente Umsetzung von Kundenwünschen und -anregungen führt zu einer laufenden Verbesserung der angebotenen Dienstleistungen.

Die Geschichte von RTA 1961

1974

2003

Die aus zwei Kammern bestehende Fahrzeugversuchsanlage in Wien wird in Betrieb genommen. Temperaturbereich: -40°C bis +50°C bei Geschwindigkeiten bis zu 120 km/h. Der Temperaturbereich wird auf -50°C bis +50°C und Windgeschwindigkeiten von 250 km/h erhöht, um auch Hochgeschwindig. keitszüge wie TGV und ICE zu testen.

2013

2016

Eröffnung des Icing Wind Tunnel (IWT), einer Vereisungseinrichtung für die Simulation von Cumulus- und Stratuswolken, die Tests an Flug- zeugen mit laufendem Triebwerk, ermöglicht.

Erweiterung der Vereisungseinrichtung zur Simu- lation der Vereisungsmöglichkeiten „freezing rain“ und „freezing drizzle“; Erhöhung der max. Wasserkonzentration von Cumuluswolken.

Im neu errichten Klima-Wind-Kanal am Standort Wien-Floridsdorf können nun neben Schienenfahrzeugen auch Busse, LKWs und Luftfahrzeuge getestet werden.

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Alle Wetter dieser Welt – auch für die Luftfahrt Der Klima-Wind-Kanal Wien von Rail Tec Arsenal bietet die Möglichkeit, Wettereinflüsse an Fahrzeugen und Komponenten unter realistischen Betriebsbedingungen zu untersuchen. Auf Knopfdruck kann hier nahezu jedes Wetter der Welt erzeugt werden – von extremer Sonneneinstrahlung bis hin zu Schnee, Regen, Eis und Wolken. Kombiniert mit Fahrtwind-,

Last- und Fahrzyklussimulation und laufenden Triebwerken lassen sich so praxisnahe Testszenarien realisieren. Die Anlage wurde speziell für Klimatests an Schienenfahrzeugen konzipiert, bietet aber auch optimale Testmöglichkeiten für die Luftfahrt.

Kaltstart Kaltstarttests an kompletten Hubschraubern können im Klima-Wind-Kanal von RTA bis -45°C durchgeführt werden, um die einwandfreie Funktion der Elektronik und der Triebwerke zu überprüfen. Eine moderne leistungsstarke Abgasabsauganlage ermöglicht einen längeren Lauf des

Triebwerks bei extremen Temperaturen. So können auch eventuelle Kondensationserscheinungen und Eiströpfchenbildung im Kraftstofftank sowie ein Zulegen des Kraftstofffilters untersucht werden.

Klimatisierung Die Verbesserung des Komfortangebots ist eine wichtige Maßnahme, um die Attraktivität von Luftfahrzeugen zu steigern. Insbesondere die Klimatisierung kann dabei einen fühlbaren Beitrag leisten. RTA hat jahrzehntelange Erfahrung

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in der Behaglichkeitsbeurteilung für Schienenfahrzeuge und war maßgeblich an der Standardisierung der Anforderungen in diesem Bereich beteiligt.

Bodennahes Eis Ground Ice bedeutet für die Luftfahrt aufwendige Enteisungsprozeduren vor dem Start des Flugzeugs. RTA kann dieses Wetterphänomen simulieren, um Enteisungssysteme zu untersuchen und zu entwickeln. So wurde im Zuge eines

national geförderten Projektes eine neuartige elektrische Enteisungseinrichtung für Kleinflugzeuge im Klima–Wind– Kanal untersucht und mit Messungen aus dem tatsächlichen Betrieb verglichen.

Tests bei hohen Temperaturen und Sonne In der Luftfahrt sollen neuartige Materialien helfen, Gewicht zu sparen und gleichzeitig die notwendige Stabilität des Flugzeugs zu erhalten. Hohe thermische Belastungen können allerdings zur Verformung und Alterung des Materials führen. Im Klima–Wind–Kanal von RTA können hohe

Temperaturen bis +60°C und Sonneneinstrahlungen bis 1000 W/m² erzeugt werden, um den Einfluss dieser Bedingungen auf das Komplettsystem zu untersuchen.

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Komponententests mit Schnee, Regen und Eisregen Die einwandfreie Funktion von Komponenten bei verschiedenen Wetterbedingungen ist eine Grundvoraussetzung für die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Luftfahrzeugen. Im Klima–Wind–Kanal von RTA können verschiedene

Niederschlagsformen wie Nass- und Trockenschnee, Regen und Eisregen simuliert werden, um Komponenten unter reproduzierbaren Bedingungen zu überprüfen und zu entwickeln.

Vereisungstests mit laufendem Triebwerk Hubschrauberhersteller müssen einen Tauglichkeitsnachweis für die Frischluftansauggitter der Triebwerke erbringen. Dafür muss das Triebwerk auch beim Flug durch verschiedene Wolkenformen und der damit verbundenen Vereisung über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten ausreichend mit Frischluft versorgt werden. RTA verfügt über eine der größten und modernsten Vereisungsein-

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richtungen weltweit, die den Flug durch verschiedene Wolken im Temperaturbereich von -2°C bis -30°C auch mit laufendem Triebwerk ermöglicht. Diese einzigartige Einrichtung garantiert eine realistische Simulation des tatsächlichen Flugbetriebes und wurde seit 2014 für mehrere Zertifizierungen gemeinsam mit unseren Kunden und der EASA erfolgreich eingesetzt.

Lowp er quiremnts

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Vereisungstests an Flügelkomponenten

Tragflügel von Flugzeugen sind mit unterschiedlichsten Enteisungsvorrichtungen versehen. Ein Nachweis der Funktionalität dieser Systeme ist unerlässlich und in den meisten Fällen nur im Maßstab 1:1 sinnvoll. Bei RTA können Flügelsegmente bis 3,5m Länge auf verschiedenste

Vereisungsbedingungen bis zu Geschwindigkeiten von 80m/s untersucht werden. Moderne Analysemöglichkeiten wie 3D-Scans erlauben neben einer präzisen Dokumentation auch eine Validierung bzw. Weiterentwicklung von Softwaretools.

Advanced IC TING ING Vereisungstests mit laufendem Rotor

Propeller oder Heckrotoren von Hubschraubern sind besonders vereisungsanfällig. Eine Weiterentwicklung von geeigneten Enteisungssystemen bzw. der Nachweis der Tauglichkeit kann im Icing Wind Tunnel von RTA auch mit hohen

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Drehzahlen durchgeführt werden. Modernste Analysemethoden wie Stroboskop- oder Hochgeschwindigkeitskameras helfen bei Nachweiserbringung und Produktentwicklung.

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kleiner KWK

Klima-Wind-Kanal (KWK) Beschreibung

kleiner KWK

großer KWK

Düsenaustrittsquerschnitt Abmessungen Breite / Höhe / Fläche Kontraktionsverhältnis Düse Teststrecke Querschnittsabmessungen Breite Höhe Fläche

3,5 m / 4,6 m / 16,1 m² 3,98

5,72

4,9 m bis 5,1 m 5,9 m bis 6,0 m 27,2 m² bis 28,7 m²

4,9 m bis 5,6 m 5,9 m bis 6,2 m 27,2 m² bis 32,2 m²

Abstand Düsenende zum Teststreckenbeginn (gleichzeitig auch Anfang des Seitensonnenfeldes) Teststreckenlänge Seitensonnenfeld Abmessungen Länge / Höhe

3,5 m / 11,45m 33,8 m

100,0 m

30,0 m / 4,3 m

60,0 m / 4,3 m

Garantierter maximaler Temperaturbereich Maximale Windgeschwindigkeit Einschränkung bei tiefen Temperaturen z.B.: für -20°C Maximaler Temperaturgradient im Temperaturbereich von -20°C bis +60°C Relative Luftfeuchte

-45°C bis +60°C 120 km/h

300 km/h

120 km/h

200 km/h 10 K/h 10 % bis 98 %

Strahlungsleistung des Seitensonnenfelds fixer Einstrahlwinkel 30° Betriebstemperatur > -10°C

200 W/m² bis 1.000 W/m²

Strahlungsleistung des Stirnsonnenfelds Windgeschwindigkeitseinschränkungen: bei Einstrahlwinkel < 45° bis 120 km/h bei Einstrahlwinkel >= 45° bis 50 km/h Betriebstemperatur > -10°C

200 W/m² bis 1.000 W/m²

Betriebstemperatur > -10°C Regen-, Schneeund Vereisungsanlagen

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Stationäre Deckenberegnungs- bzw. Vereisungsanlage Sprühgerüst für gesamte Düsenaustritts-querschnittsfläche Mobile (Schnee-) düse

großer KWK / IWT

Icing Wind Tunnel (IWT) Beschreibung Düsenaustrittsquerschnitt Abmessungen Breite / Höhe Kontraktionsverhältnis Düse

IWT Austrittsquerschnittsfläche 16,1 m²

IWT Austrittsquerschnittsfläche 8,75 m²

3,5 m / 4,6 m

3,5 m / 2,5 m

-

1,84

Distanz zwischen Vereisungseinrichtung und Testobjekt Teststreckenlänge Minimale Windgeschwindigkeit Maximale Windgeschwindigkeit Einschränkung bei tiefen Temperaturen bei -20°C und einer Triebwerksleistung von ca. 1.3 MW im KWK bei -30°C und einer Triebwerksleistung von ca. 1.3 MW im KWK

~ 11,5 mw 3m

3m

10 m/s 20 m/s

10 m/s 80 m/s

20 m/s

70 m/s

20 m/s

X3)

Maximaler Temperaturbereich für Vereisungssimulation LWC1) at 20 µm MVD2) bei min. Windgeschw. LWC at 40 µm MVD bei min. Windgeschw. LWC at 20 µm MVD bei max. Windgeschw. LWC at 40 µm MVD bei max. Windgeschw.

-2°C to -30°C 0,25 - 1.2 g/m³ 0,42 - 2.4 g/m³ 0,13 - 0.6 g/m³ 0,21 - 1.2 g/m³

Wasseraufbereitung (Temperatur / Leitwert) Druckluftaufbereitung

0,49 – 7,6 g/m³ 0,83 - 8,0 g/m³ 0,06 - 0,95 (1,9*) g/m³ 0,1 – 1,0 g/m³

+2°C bis +80°C / 0.06 µS/m bis zu +80°C

Abgasanlage

max. 9 kg/s mit +300 C

Wasserversorgung für Wasserwirbelbremse

max. 5.5 bar 700 l/min

Kerosin (JetA1) Tank für Permanentversorgung

max. 5.5 bar 700 l/min

1) liquid water content; 2) median volume diameter; 3) in Bearbeitung; *) geplante Erweiterung 2016

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Hohe Verlässlichkeit durch laufende Kalibrierung Seit der Eröffnung des Icing Wind Tunnels werden laufend Kalibrierungen gemäß SAE ARP 5905 durchgeführt. Dabei gilt es, die Anforderungen dieser Richtlinie wie in untenste-

hender Tabelle in [ ] angeführt zu erfüllen und die langfristige Beständigkeit der Werte zu belegen.

Measurement Instrumentation Maximum Uncertainty

Tunnel Centerline Temporal Stability

Spatial Uniformity

Limit Value

Airspeed

± 1% [± 1%]

± 2% [± 2%]

± 2% [± 2%]

[N/A]

Static Air Temperature below -30°C

± 2°C [± 2°C]

N/A [± 2°C]

N/A [± 2°C]

[N/A]

± 0.5°C [± 0.5°C]

± 0.5°C [± 0.5°C]

± 0.5°C [± 1°C]

[N/A]

O/R [± 0.25°]

[N/A]

O/R [± 0.2°]

O/R [± 0.3°]

(Air pressure-Off)

± 0.25% [± 0.25%]

± 2% [± 2%]

< 2% [< 2%]

2% [2%]

(Air pressure-On)

± 0.25% [± 0.25%]

± 2% [± 2%]

< 2% [< 2%]

5% [5%]

Pressure Altitude

N/A [± 50m]

N/A [± 50m]

[N/A]

[N/A]

Liquid Water Content

± 10% [± 10%]

± 20% [± 20%]

± 20% [± 20%]

[N/A]

Median Volume Diameter

± 10% [± 10%]

± 10% [± 10%]

[N/A]

[N/A]

± 3%

[N/A]

[N/A]

[N/A]

Aerodynamic Parameters

Static Air Temperature between -30°C and +5°C Flow Angularity Flow Turbulence

Cloud Uniformity Parameters

Relative Humidity

Anforderungen gemäß SAE ARP 5905 in [ ] sowie erzielbare Messwerte im IWT. Nicht erzielbare Werte: N/A („not available“), noch nicht kalibrierte Werte: O/R („on request“)

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Als akkreditierte Prüfstelle gemäß EN 17025 ist eine regelmäßige Kalibrierung aller erfassten physikalischen Messgrößen nach anerkannten Qualitätskriterien im KWK und IWT garantiert. Vor jedem Zertifizierungstest werden weiters stichprobenartige Messungen zur Überprüfung der Kalibrierung durchgeführt.

Abb. 1: Ausgleichskurve für die mittlere Tröpfchengrößen als Funktion von Wasser- und Luftdruck (pwater and pair)

Die Kalibrierkurven für die mittleren Tröpfchengrößen der zu simulierenden Wolken sind beispielhaft in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Abb. 1 zeigt die Ausgleichskurven der Tröpfchengrößen von 20µm bis 40µm über die Einstellwerte Wasser- und Luftdruck und Abb. 2 die gemessenen Abweichungen im Jahr 2013 und 2015. Die maximal zulässige Abweichung ist hier grau markiert.

Abb. 2: Vergleich der gemessenen und theoretischen Werte; grauer Bereich: max. zulässige Abweichung

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Offen für neue Herausforderungen Gemeinsam mit dem Kunden werden auch neue Anforderungen definiert, um die Grundlagen und Testmöglichkeiten für künftige Standardisierungen zu schaffen. Dies ermöglicht nicht nur eine effiziente und vom natürlichen Klima unabhängige, ganzjährige Zertifizierung, sondern auch eine zeit- und kosteneffiziente Produktentwicklung unter reproduzierbaren Bedingungen. Die künstliche Erzeugung von Niederschlagsformen bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen im KlimaWind-Kanal wird ständig weiterentwickelt. Das Ziel von RTA ist es, eine Testmöglichkeit für möglichst viele relevante klimatische Bedingungen in einer einzigen Testanlage zu bieten und so eine One-Stop Facility für alle Verkehrsmittel – einschließlich Luftfahrzeuge – zu schaffen.

Schnee zum Beispiel ist für alle Verkehrsmittel eine sicherheitsrelevante Niederschlagsform, die allerdings für Zertifizierungen im Luftfahrtbereich bis dato nicht künstlich erzeugt werden kann. In einem laufenden Forschungsvorhaben sollen gemeinsam mit der Hubschrauberindustrie, einem weltweit führenden Drohnenhersteller, mehreren Forschungsinstituten unter Begleitung der Luftfahrtbehörde EASA die dafür notwendigen Grundlagen und Testszenarien erforscht und entwickelt werden. RTA kann dabei auf seine jahrzehntelange Erfahrung im Bereich künstlicher Schneetests für andere Verkehrssparten zurückgreifen. RTA ist offen für alle Arten von Forschungsvorhaben, die einen Beitrag für die Industrie leisten oder die Dienstleistungen von RTA weiterentwickeln. So ist bzw. war RTA an folgenden Forschungsprojekten für die Luftfahrt maßgeblich beteiligt.

Isolierungstechnik GmbH

Wärme- , Kälte- , Schall- und Branddämmung

[email protected] · www.swk-iso.at 12

NEWAYS Management und Beratungs GmbH Wiener Strasse 8 · A - 9400 Wolfsberg www.neways-group.com

Nationale Projekte: • Aircraft anti-icing and de-icing through assemblies of conducting varnish and functional coatings (IceDrip) • Entwicklung und Erprobung von elektrischen Enteisungssystemen vor Take Off (ElectricGroundDeice) • Erforschung und Validierung eines Demonstrators zur simultanen LWC/IWC-Bestimmung in Vereisungswindkanälen (AquaSense) • Entwicklung eines energieoptimierten thermoelektrischen Tragflächen-Enteisungssystems für die Luftfahrt (e-Wing DeIcer) • Advanced Aircraft Propeller Ice Protection for increased Flight Performance and Reduced Fuel Consumption (AAP³) • Wolkenerzeugung für realistische Vereisungstests an Flugzeugkomponenten, mit/ohne De-Icing bzw. Anti-Icing Einrichtung (Aviation Icing Tests)

Europäische Projekte: • • •

Adaptable power density coating for energy efficient heating of cockpit and cabin (Helicomfort) Development and demonstration of materials and manufacturing process for ultra high reliability electric Anti-ice/ De-ice thermal layers for high strain rotor blades and helicopter airframe sections (No-Ice-Rotor) Starting Community for Ground Based Climatic Tests on Helicopters and Small Aircraft in the Field of Snow and Ice (SnIce)

Der Profi für Wasseraufbereitung und Wassertechnik

Reinstwasseranlagen/Osmoseanlagen Enthärtungsanlagen Trink- und Brauchwasseraufbereitung Dosiertechnik · Filtertechnik · Desinfektion

Tel. +43 800 400 171 196 I [email protected] I www.wetwater.at

AIT Austrian Institute of Technology GmbH Giefinggasse 2 · A-1210 Vienna · Tel. +43 (0) 50 550-0 [email protected] · www.ait.ac.at

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ENGINEERING LUFTFAHRT / AVIATION

VOM VEREISUNGSTEST ZUM 3D-MODELL

Hochauflösende 3D-Scans von komplexen Eisoberflächen • • • • • •

Detaillierte Dokumentation und Auswertung Bestimmung der angelagerten Eismasse 2D-Konturen extrahieren Input für CFD-Simulationen 3D-Druck …

Vereisungstest 3D-Scan Detaillierte Auswertung

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DI(FH) Reinhard PUFFING | Tel: 0316-5453-6400 | E-Mail: [email protected] FH JOANNEUM GmbH | Alte Poststraße 149 | 8020 Graz

Products: Wind Tunnels Test Automation Systems Custom Instrumentation Systems Services: Design Systems integration

5100 Orbitor Dr. · Suite 303, Mississauga · Ontario, CANADA L4W 4Z4 phone: +1 905 206 1311 · fax: +1 905 206 1378 · [email protected] · www.reacttech.com

DURCHFLUSS · DRUCK · FÜLLSTAND · TEMPERATUR · ANALYSE

Mess-und Regeltechnik

Qualität und technologischer Fortschritt

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und

Regeltechnik

technologischer

Regeltechnik

DUR Fortschritt

Bypass Niveaustandsanzeiger

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