Die Flugzeugvereisung, die durch das Auftreffen großer unterkühlter Tropfen (Supercooled Large Droplets, SLD) verursacht wird, ist eine große Gefahr für die Flugsicherheit. Das Erscheinungsbild nach dem Aufprall unterkühlter Tropfen hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, deren Einfluss jedoch noch nicht hinreichend bekannt ist. Die Tropfen treffen mit einer hohen Geschwindigkeit sowie unter einem Winkel relativ zur Oberfläche auf. Das begleitende Phänomen des Tropfensplash schränkt die gängigen numerischen Modelle zur Vorhersage des entstehenden Eisprofils stark ein. Zudem beeinflusst der Grad der Unterkühlung der autreffenden Tropfen ebenfalls die Eisbildung. In dem Rahmen des EU Projektes EXTICE und des DFG Projektes SFB - TRR 75, befasst sich diese Doktorarbeit zum einen mit der experimentellen Untersuchung des Einflusses der Unterkühlung auf dem Tropfenaufprall, zum anderen wird der schräge Tropfenaufprall mit hohen Geschwindigkeiten untersucht.

In dem ersten Experiment wurde der unterkühlte Tropfen erzeugt. Der Tropfenaufprall mit Phasenwechsel wurde mittels Schattenbild- und Infrarotaufnahme beobachtet. Der dynamische Ausbereitungsdurchmesser vom Tropfenaufprall auf eine Aluminiumoberflächen wurde gemessen. Zusammen mit einer analytischen Untersuchung wurde festgestellt, dass der Phasenwechsel beim Tropfenaufprall für die typische Flugzeugvereisung vernachlässigbar war. Der Aufprall unterkühlter Tropfen auf hydrophobe Oberflächen wies darauf hin, dass die erste Stufe der Vereisung hierbei eine wesentlich kürzere Dauer als in einer ruhrenden Flüssigkeit hatte. Die entstandenen Eiskristalle hatten eine ähnliche Form wie Schneeflocken. Der Tropfenrückprall von hydrophoben Oberflächen wurde durch die Kontakttemperatur beeinflusst. Die Kontakttemperatur wurde durch die Infrarotaufnahme gemessen. Bei niedrigen Kontakttemperaturen wurde ein asymmetrischer Tropfenrückprall beobachtet.

In dem zweiten Experiment wurde der Hochgeschwindigkeitsaufprall von einzelnen Tropfen auf ein trockenes und sich schnell bewegendes Ziel durch Schattenbildaufnahme mit einer Auflösung bis zu 1Mfps aufgenommen. Die Tropfengröße betrug 130μm} bis 200μm, die Zielgeschwindigkeit zwischen 10m/s und 63m/s. Das Ziel war zwischen 0° und 75° geneigt, um schräge Aufpralle untersuchen zu können. Sechs Verhaltensformen des Tropfens nach dem Aufprall wurden identifiziert: Ausbreitung, Prompt Splash, Corona-corona Splash, Corona-prompt Splash, einseitiger Splash sowie der aerodynamisch bedingte Zerfall. Der aerodynamische Zerfall, der nur beim Tropfenaufprall auf ein horizontales Ziel beobachtet wurde, war das Resultat einer Interaktion zwischen der sich ausbreitenden Lamelle und der Luftgrenzschicht über dem Ziel. Eine qualitative Kraftfeldanalyse auf der sich ausbreitenden Lamelle wies darauf hin, dass in dem Corona Splash die Oberflächenspannung der stabilisierende Faktor ist und die aerodynamische Kraft sowie die Trägheitskraft sich destabilisierend auswirken. Die Lamellendicke und die kritische Ausbreitungsgeschwindigkeit korrelieren miteinander in einer ergänzenden Weise. Dies führte bei unterschiedlichen Aufprallwinkeln zu abweichenden Grenzgeschwindigkeiten, für die Splash auftrat. Die Geschwindigkeit des Splash-Flüssigkeitsstrahls und die dynamischen Ausbreitungsradien wurden den Aufnahmen entnommen. Der Massenverlust wurde für die Aufpralle auf horizontale Ziele gemessen.