Wat is drone icing en hoe voorkom je het?

Drone icing is een serieus risico dat zowel je drone als je omgeving in gevaar kan brengen. Bij DroneLand adviseren we sterk om niet te vliegen onder omstandigheden waarin drone icing kan optreden. Maar wat houdt drone icing precies in en hoe kun je dit voorkomen?

Wat is drone icing?

Drone icing is het proces waarbij de propellers van een drone tijdens het vliegen bevriezen. Dit gebeurt meestal onder omstandigheden met hoge luchtvochtigheid, zoals mist, en temperaturen rond of onder het vriespunt. Tijdens het draaien koelen de propellers extra af door effecten zoals adiabatische afkoeling en het Venturi-effect, waardoor ijskristallen zich kunnen vormen op het oppervlak. Deze ijsvorming verhoogt het gewicht van de propellers, vermindert hun aerodynamische efficiëntie en kan leiden tot motoroverbelasting of zelfs het falen van de drone.

Van alle weersomstandigheden is drone icing verantwoordelijk voor 12% van de ongelukken¹. Het kan al optreden bij temperaturen vanaf 10 graden Celsius en na tientallen seconden, afhankelijk van factoren zoals de snelheid van de drone, de grootte van de propellers en de hoogte waarop de drone vliegt.

Deze ijsvorming leidt tot:

Toename in gewicht: Propellers worden zwaarder, waardoor motoren harder moeten werken. Dit kan leiden tot oververhitting en motorstoringen of complete motor falen. Slechtere aerodynamica: De vorm van de propellers verandert, waardoor de liftkracht vermindert. Hierdoor verliest de drone stabiliteit en wordt vliegen steeds moeilijker.

Als ijsvorming niet tijdig wordt opgemerkt, bestaat het risico dat de drone onvoldoende opwaartse kracht genereert en daardoor langzaam daalt of zelfs neerstort. Door snel in te grijpen en de drone direct te laten landen, kun je verdere schade aan de drone voorkomen.

Foto: Frederick Gordts / MaxxUAV / Dronepilots

Foto: Frederick Gordts / MaxxUAV / Dronepilots

Waarom is mist een risicofactor?

Mist bevat supergekoeld water – water dat onder het vriespunt ligt maar nog geen ijs is. Wanneer deze druppels botsen met de propellers van je drone, bevriest het water onmiddellijk, vooral op de voorkant (leading edge) van de propellers.

Hoe herken je icing?

Je drone reageert minder snel op throttle.
De drone voelt zwaarder aan en blijft moeilijker op hoogte.
Je merkt instabiliteit, vooral in stabilisatiemodi.

Daarnaast kun je een melding op je DJI-controller ontvangen met de tekst "Aircraft max power load reached." Deze melding geeft aan dat de motoren aanzienlijk harder moeten werken om de drone in de lucht te houden, wat vaak het gevolg is van verminderde efficiëntie van de propellers door ijsvorming.

Foto: Mchedlo / forum.dji

Foto: Richard Hann (Senior Researcher, Director UAV Icing Lab)

Welke factoren hebben de grootste invloed op drone icing?

De diameter van de propellors (Grotere propellers draaien doorgaans langzamer om dezelfde lift te genereren & De luchtstroom is minder gefocust op een klein gebied, waardoor de temperatuurdaling op specifieke punten (zoals de leading edge) minder extreem is.)²
De grootte van de waterdruppels (kleinere waterdruppels bevriezen sneller omdat ze minder thermische massa hebben en sneller afkoelen bij contact met een koud oppervlak)²
De hoeveelheid vloeibaar water in de lucht (Hoe meer water er in de lucht is hoe groter de kans op drone icing, omdat er meer water beschikbaar is om ijs te vormen)²
De temperatuur van de omgevingslucht (Icing treedt sneller op bij temperaturen rond of net onder het vriespunt (0 tot -10 °C), omdat waterdruppels dan vaak supergekoeld blijven en gemakkelijk bevriezen.)²
De snelheid waarmee de propellers draaien (Hogere rotatiesnelheden vergroten de kans op icing, omdat sneller draaiende propellers meer lucht en waterdruppels treffen. Dit versterkt ook het Venturi-effect en de adiabatische afkoeling.)²
De hoek tussen de richting van de luchtstroom en de oriëntatie van de propeller (Een grotere hoek (bijvoorbeeld 30°) verhoogt de kans op icing, omdat er meer botsingen plaatsvinden tussen waterdruppels en de leading edge van de propeller.)²
Het materiaal waaruit de propellers zijn gemaakt, zoals koolstofvezel (Materialen zoals koolstofvezel zijn minder gevoelig voor icing door hun lage thermische geleidbaarheid, waardoor ze minder warmte verliezen en ijsvorming langzamer plaatsvindt.)²

Wat zijn het Venturi-effect en adiabatische afkoeling, en hoe zorgen ze voor Drone Icing?

Deze afkoeling wordt versterkt door het Venturi-effect en adiabatische afkoeling. Het Venturi-effect zorgt ervoor dat lucht, wanneer het langs een oppervlak stroomt of door een vernauwing beweegt, sneller gaat stromen, waardoor de druk afneemt en de temperatuur lokaal daalt. Tegelijkertijd verlaagt adiabatische afkoeling de temperatuur verder doordat lucht snel beweegt en uitzet. Deze gecombineerde effecten maken de propellers extra gevoelig voor ijsvorming in vochtige omstandigheden, zoals mist.

Om de vraag te beantwoorden, hoe voorkom je Drone Icing?

Drone icing kun je voorkomen door niet te vliegen in omstandigheden waarin de kans op ijsvorming groot is, zoals mist, hoge luchtvochtigheid en temperaturen rond het vriespunt. Als je toch moet vliegen, houd de vluchtduur kort, vermijd stilhangen in de lucht en let goed op waarschuwingsmeldingen van je drone

Let tijdens het vliegen op het geluid van de propellers, want dit kan veranderen bij ijsvorming. Dit komt niet alleen door verminderde aerodynamica, maar ook doordat de vorm van de propellers verandert door het opgehoopte ijs. Deze verstoring veroorzaakt een afwijkend geluid, wat een belangrijke indicator is van ijsvorming. Als je dit opmerkt, land je drone dan onmiddellijk om verdere schade aan de propellers en motoren te voorkomen. Door de volgende voorzorgsmaatregelen te nemen, minimaliseer je de kans op ijsvorming en bescherm je je drone effectief:

Vermijd vliegen in mistige of ijskoude omstandigheden.
Wees alert bij temperaturen rond het vriespunt: Icing kan snel optreden, zelfs als het niet vriest.
Land bij afwijkend gedrag: Zodra je merkt dat de drone anders vliegt of minder stabiel is, land dan direct.
Luister naar het geluid van de drone, als dit verandert is er een kans dat ijsvorming al heeft plaatsgevonden.

Bronnen:

Overig gebruikte bronnen: