作者:罗伯特·S·阿里吉

NASA Tunnel Generates Decades of Icy Aircraft Safety Data
一位国家航空咨询委员会研究人员记录了 P-39L 于 1944 年 9 月 13 日在结冰研究隧道首次试运行后的状况。这架飞机太大,无法容纳在测试段中,因此它被安装在下游隧道面积更大。最初的测试分析了机头、螺旋桨叶片和天线上的结冰情况。1945 年夏天,P-39L 用于演示热气动靴防冰系统和加热螺旋桨叶片的有效性。图片来源:美国宇航局

1944 年 9 月 13 日,研究人员在国家航空咨询委员会 (NACA) 的新结冰研究隧道 (IRT) 中对贝尔 P-39L Airacobra 进行低温和冷冻水喷雾试验,以研究飞行中结冰的情况。自克利夫兰飞机发动机研究实验室(现为 NASA 格伦研究中心)首次运行以来,该设施已正常运行 80 年,至今仍然是世界上最古老、最大的结冰隧道之一。

在某些大气条件下,云中的水滴可能会在飞机表面结冰。机翼和尾翼前缘积冰会导致升力显着下降和阻力迅速增加。冰还会阻塞发动机进气口并增加重量。美国国家航空航天局 (NASA) 有着悠久的传统,致力于了解导致结冰的条件并开发防止和清除结冰的系统。

NACA 决定在实验室的高空风洞附近建造新的结冰隧道,以利用其强大的冷却设备和前所未有的制冷系统。该系统可将空气温度降低至 30 华氏度左右,使用喷嘴系统产生逼真且可重复的结冰条件,该喷嘴系统可产生极冷的小液滴,驱动风扇可产生高达 374 英里/小时的空速。

位于弗吉尼亚州汉普顿的 NACA 兰利纪念航空实验室有两个简陋的结冰隧道曾短暂运行过,但结冰研究主要依赖于飞行测试。克利夫兰复杂的新隧道为研究结冰物理、测试除冰系统和开发结冰仪器提供了一种更安全的方法。

第二次世界大战期间,入口结冰是 C-46 向中国盟军执行飞行补给任务时遭受重大损失的主要原因。1945 年 2 月,隧道中安装了 C-46 Commando 的大型导风罩,研究人员确定了问题的原因并重新设计了导风罩以防止结冰进入。这些修改后来被纳入 C-46 和康维尔 C-40 中。

尽管取得了这些早期的成功,NACA 工程师仍在努力改进该设施的液滴喷雾系统,因为缺乏能够产生足够小的液滴的小喷嘴。经过多年坚持不懈的试验和错误,1950 年,80 个喷嘴的系统取得了突破,该系统产生了正确模拟自然结冰云所需的均匀微小液滴。

NASA Tunnel Generates Decades of Icy Aircraft Safety Data
该模型于 2023 年安装在结冰研究隧道中,作为先进空中机动转子结冰评估研究的一部分,该研究旨在改进隧道中旋转模型的测试、验证 3D 计算模型并研究螺旋桨结冰问题。图片来源:美国宇航局

IRT 的使用在 20 世纪 50 年代有所增加,该设施产生的受控条件帮助研究人员定义了具体的产生结冰的。民航局(美国联邦航空管理局的前身)利用这些数据制定了全天候飞机的法规。该设施还为天线和天线提供了新的结冰保护。以及循环加热除冰系统的开发。

NACA 结冰计划的成功,以及喷气发动机的使用增加(允许在恶劣天气下巡航)减少了额外结冰研究的需要。1957 年初,就在 NACA 过渡到 NASA 之前,该中心的结冰计划终止了。尽管如此,IRT 在整个 20 世纪 60 年代和 1970 年代仍然活跃,支持行业测试。

到 20 世纪 70 年代中期,由于直升机、支线客机和通用航空飞机的使用增加,出现了新的结冰问题。该中心于 1978 年 7 月举办了一次结冰研讨会,来自世界各地的 100 多名结冰专家齐聚一堂,游说恢复 NASA 的结冰研究计划。

该机构同意提供资金来支持一小群研究人员并增加结冰设施的运营。1982 年,一场与结冰相关的致命空难促使 NASA 重新启动了成熟的结冰研究计划。

隧道的几乎所有主要部件随后都进行了升级。IRT 的使用量猛增,在此期间,新测试至少要等待一年。1988 年,该设施的运行时间比 1950 年以来任何一年都多。

该设施与双水獭飞机和计算机模拟以互补的方式使用,以改进除冰系统、预测工具和仪器。IRT测试还加速了OH-60黑鹰直升机的全天候认证。20 世纪 90 年代,结冰计划将注意力转向对抗过冷大水滴和水平尾翼结冰,前者可能导致未受前缘除冰系统保护的区域结冰,后者可能导致通勤飞机向前倾斜。

IRT 是 2000 年代该中心最繁忙的设施之一,如今仍继续保持稳定的测试计划,调查涡轮风扇发动机和螺旋桨的结冰情况、完善旋转模型的测试、验证 3D 模型等等。IRT 已用于开发几乎所有现代防冰系统,向监管机构提供关键的结冰环境数据,并验证领先的冰预测软件。80 年后,它仍然是维持 NASA 在太空领域领导地位的重要工具糖衣引文

:NASA 隧道生成数十年的冰冷飞机安全数据(2024 年 9 月 5 日)检索日期:2024 年 9 月 5 日来自 https://techxplore.com/news/2024-09-nasa-tunnel-generates-decades-icy.html

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