美国宇航局隧道生成数十年的冰冻飞机安全数据

Josiah02 · 发表于 2024-9-9 16:40:07

1944 年 9 月 13 日，研究人员在美国国家航空咨询委员会 (NACA) 的新结冰研究隧道 (IRT) 中将一架贝尔 P-39L Airacobra 置于极寒天气和冰水喷雾中，以研究飞行中的冰堆积情况。自首次在克利夫兰的航空发动机研究实验室（现为 NASA 的格伦研究中心）运行以来，该设施已定期运行了 80 年，至今仍是世界上最古老、规模最大的结冰隧道之一。
在某些大气条件下，云层中的水滴会冻结在飞机表面。机翼和尾翼前缘的冰层积聚会导致升力显著下降，阻力迅速增加。冰还会堵塞发动机进气口并增加重量。NASA 长期以来一直致力于了解结冰的条件，并开发防止和消除冰层积聚的系统。
NACA 决定在实验室高空风洞附近建造新的结冰风洞，以充分利用其强大的冷却设备和前所未有的制冷系统。该系统可以将空气温度降低到华氏零下 30 度左右，使用喷嘴系统产生细小、极冷的水滴，以及驱动风扇产生高达每小时 374 英里的空速，从而产生逼真且可重复的结冰条件。
位于弗吉尼亚州汉普顿的 NACA 兰利纪念航空实验室曾短暂运行过两条简易的结冰风洞，但结冰研究主要依赖于飞行测试。克利夫兰的这条精密新风洞为研究结冰物理学、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，进气口结冰是导致 C-46 为中国盟军提供补给时遭受重大损失的主要原因。1945 年 2 月，C-46 突击队的大型进气口被安装在隧道中，研究人员确定了问题的原因并重新设计了进气口以防止结冰的水滴进入。这些改进后来被应用于 C-46 和康维尔 C-40。
尽管取得了这些早期的成功，但 NACA 工程师们仍努力改进设施的液滴喷雾系统，因为缺少能够产生足够小液滴的小型喷嘴。经过多年的反复试验，终于在 1950 年取得了突破，一个 80 喷嘴系统产生了均匀的微小液滴，可以正确模拟自然结冰云。
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：NASA
20 世纪 50 年代，IRT 的使用率有所提高，该设施产生的受控条件帮助研究人员确定了产生结冰的特定大气条件。美国民航局（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规定。该设施还为天线和喷气发动机的新型结冰保护以及循环加热除冰系统的开发做出了贡献。
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）减少了对额外结冰研究的需求。1957 年初，就在 NACA 转为 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 70 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，新的结冰问题也随之出现。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 多位结冰专家齐聚一堂，呼吁恢复 NASA 的结冰研究计划。
该机构同意提供资金支持一小队研究人员并增加结冰设施的运行。1982 年，一场与结冰有关的致命空难促使 NASA 恢复了全面的结冰研究计划。
随后，几乎所有隧道的主要部件都进行了升级。IRT 的使用率猛增，在此期间，至少要等待一年才能进行新的测试。1988 年，该设施的运行时间比 1950 年以来的任何一年都要长。
该设施与双水獭飞机和计算机模拟相辅相成，用于改进除冰系统、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，除冰计划将注意力转向对抗过冷大液滴，这种液滴可能导致前缘除冰系统未保护的区域结冰，以及尾翼结冰，这可能导致通勤飞机向前倾斜。
IRT 是 21 世纪该中心最繁忙的设施之一，如今仍保持着稳定的测试计划，研究涡扇发动机和螺旋桨结冰、改进旋转模型测试、验证 3D 模型等等。IRT 被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，并验证领先的结冰预测软件。80 年后，它仍然是维持 NASA 在结冰领域领先地位的关键工具。

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