作者:羅伯特·S·阿里吉

NASA Tunnel Generates Decades of Icy Aircraft Safety Data
一位國家航空諮詢委員會研究人員記錄了P-39L 於1944 年9 月13 日在結冰研究隧道首次試運行後的狀況。下游隧道面積更大。最初的測試分析了機頭、螺旋槳葉片和天線上的結冰情況。1945 年夏天,P-39L 用於展示熱氣動靴防冰系統和加熱螺旋槳葉片的有效性。圖片來源:美國太空總署

1944 年 9 月 13 日,研究人員在國家航空諮詢委員會 (NACA) 的新結冰研究隧道 (IRT) 中對貝爾 P-39L Airacobra 進行低溫和冷凍水噴霧試驗,以研究飛行中結冰的情況。自從克利夫蘭飛機發動機研究實驗室(現為 NASA 格倫研究中心)首次運作以來,該設施已正常運作 80 年,至今仍然是世界上最古老、最大的結冰隧道之一。

在某些大氣條件下,雲中的水滴可能會在飛機表面結冰。機翼和尾翼前緣積冰會導致升力顯著下降和阻力迅速增加。冰也會阻塞引擎進氣口並增加重量。美國國家航空暨太空總署 (NASA) 有著悠久的傳統,致力於了解導致結冰的條件並開發防止和清除結冰的系統。

NACA 決定​​在實驗室的高空風洞附近建造新的結冰隧道,以利用其強大的冷卻設備和前所未有的冷凍系統。該系統可將空氣溫度降低至華氏30 度左右,使用噴嘴系統產生逼真且可重複的結冰條件,該噴嘴系統可產生極冷的小液滴,驅動風扇可產生高達374 英里/小時的空速。

位於維吉尼亞州漢普頓的 NACA 蘭利紀念航空實驗室有兩個簡陋的結冰隧道曾短暫運行過,但結冰研究主要依賴飛行測試。克利夫蘭複雜的新隧道為研究結冰物理、測試除冰系統和開發結冰儀器提供了更安全的方法。

第二次世界大戰期間,入口結冰是 C-46 向中國盟軍執行飛行補給任務時遭受重大損失的主要原因。1945 年 2 月,隧道中安裝了 C-46 Commando 的大型導風罩,研究人員確定了問題的原因並重新設計了導風罩以防止結冰進入。這些修改後來被納入 C-46 和康維爾 C-40 中。

儘管取得了這些早期的成功,NACA 工程師仍在努力改進該設施的液滴噴霧系統,因為缺乏能夠產生足夠小的液滴的小噴嘴。經過多年堅持不懈的試驗和錯誤,1950 年,80 個噴嘴的系統取得了突破,該系統產生了正確模擬自然結冰雲所需的均勻微小液滴。

NASA Tunnel Generates Decades of Icy Aircraft Safety Data
該模型於 2023 年安裝在結冰研究隧道中,作為先進空中機動轉子結冰評估研究的一部分,該研究旨在改進隧道中旋轉模型的測試、驗​​證 3D 計算模型並研究螺旋槳結冰問題。圖片來源:美國太空總署

IRT 的使用在 20 世紀 50 年代有所增加,該設施產生的受控條件幫助研究人員定義了具體的產生結冰的。民航局(美國聯邦航空管理局的前身)利用這些數據制定了全天候飛機的法規。該設施還為天線和天線提供了新的結冰保護。以及循環加熱除冰系統的開發。

NACA 結冰計畫的成功,以及噴射引擎的使用增加(允許在惡劣天氣下巡航)減少了額外結冰研究的需要。1957 年初,就在 NACA 過渡到 NASA 之前,該中心的結冰計畫終止了。儘管如此,IRT 在整個 20 世紀 60 年代和 1970 年代仍然活躍,並支持行業測試。

到 1970 年代中期,由於直升機、支線客機和通用航空飛機的使用增加,出現了新的結冰問題。該中心於 1978 年 7 月舉辦了一次結冰研討會,來自世界各地的 100 多名結冰專家齊聚一堂,遊說恢復 NASA 的結冰研究計畫。

該機構同意提供資金來支持一小群研究人員並增加結冰設施的運作。1982 年,一場與結冰相關的致命空難促使 NASA 重新啟動了成熟的結冰研究計畫。

隧道的幾乎所有主要部件隨後都進行了升級。IRT 的使用量激增,在此期間,新測試至少要等待一年。1988 年,該設施的運行時間比 1950 年以來任何一年都多。

該設施與雙水獺飛機和電腦模擬以互補的方式使用,以改善除冰系統、預測工具和儀器。IRT測試也加速了OH-60黑鷹直升機的全天候認證。20 世紀 90 年代,結冰計畫將注意力轉向對抗過冷大水滴和水平尾翼結冰,前者可能導致未受前緣除冰系統保護的區域結冰,後者可能導致通勤飛機向前傾斜。

IRT 是 2000 年代該中心最繁忙的設施之一,如今仍繼續保持穩定的測試計劃,調查渦輪風扇發動機和螺旋槳的結冰情況、完善旋轉模型的測試、驗​​證 3D 模型等等。IRT 已用於開發幾乎所有現代防冰系統,向監管機構提供關鍵的結冰環境數據,並驗證領先的冰預測軟體。80 年後,它仍然是維持 NASA 在太空領域領導地位的重要工具糖霜引文

:NASA 隧道產生數十年的冰冷飛機安全資料(2024 年 9 月 5 日)檢索日期:2024 年 9 月 5 日取自 https://techxplore.com/news/2024-09-nasa-tunnel-generates-decades-icy.html

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