Dos semanas, 130 nudos y un ala en flecha. La campaña de pruebas del modelo interior de la NASA para obtener datos de hielo.

En febrero de 2015, los ingenieros de la NASA pasaron dos semanas haciendo algo que parece simple y requiere precisión cuidadosa. Congelaron un ala en flecha a propósito. La campaña de pruebas del modelo interior, parte del esfuerzo de investigación sobre hielo en alas en flecha dentro del programa Common Research Model, se creó para capturar lo que ocurre cuando se forma hielo en la sección interior de un ala en flecha durante el despliegue de los flaps. Esa zona es especialmente interesante porque allí se encuentran el fuselaje, los dispositivos de alta sustentación y un flujo de aire complejo. Cuando el hielo entra en escena, la aerodinámica puede cambiar de maneras sorprendentes.

¿Alguna vez te has preguntado cómo saben los investigadores lo que el hielo le hace a un ala antes de que una aeronave vuele? La respuesta está en los túneles de viento, las barras de rociado y las matrices de pruebas cuidadosamente elegidas. Durante dos semanas, del 24 de febrero al 6 de marzo de 2015, el equipo expuso un modelo de ala interior a una variedad de condiciones de hielo que imitan entornos de vuelo reales. Las temperaturas totales del aire oscilaron entre unos -23,8 °C y -1,4 °C. Las velocidades se mantuvieron constantes en 130 nudos. Los diámetros volumétricos medios, o MVD, variaron de 20 a 35 micras, y los contenidos de agua líquida, o LWC, fueron de 0,6 a 1,4 g/m³. El ángulo de ataque varió entre 2,1 y 4,4 grados, y un subconjunto de mediciones de presión incluyó ajustes de flaps de 0 a 15 grados. Estas son las condiciones que una aeronave de transporte con turbina podría encontrar mientras vuela en espera o desciende a través de nubes con gotas de agua superenfriada.

Lo que hace tan útil a esta campaña es el nivel de detalle del registro de pruebas. Cada fila de datos incluye parámetros del túnel y del rociado, como la presión del aire, la presión del agua, la duración del rociado y la hora exacta en que se encendió el sistema de rociado. La primera entrada, la ejecución TG2401, se realizó a -8,7 °C, 130 nudos, un MVD de 25 micras y un LWC de 1,0 g/m³, con un ajuste de flaps de 13,6 grados. Las ejecuciones posteriores pasaron a aire más frío, probaron gotas más grandes y más pequeñas, y ajustaron el contenido de agua. Una ejecución mantuvo la temperatura total a -20 °C con gotas de 35 micras y un LWC de 0,6 g/m³. Otra usó gotas de 20 micras con un contenido de agua ligeramente mayor. El resultado es una matriz que permite a los investigadores separar los efectos de la temperatura, el tamaño de las gotas y la concentración de agua en la forma del hielo.

Más allá de las condiciones del túnel, la campaña produjo un conjunto de datos de coeficientes de presión organizado por número RDG. Esos datos indican el ángulo de ataque, la deflexión de los flaps y la velocidad del túnel. Esto ayuda a explicar cómo cambia el campo de presión a lo largo del ala interior a medida que se acumula hielo y se mueven los flaps. Las fotos de las formas de hielo y los datos de masa de acumulación de hielo acompañan a los registros de prueba, de modo que los modeladores obtienen referencias visuales y cuantitativas.

¿Qué significa esto para la aviación moderna? La acumulación de hielo en alas en flecha es un desafío conocido, especialmente en góndolas, slats y flaps. En la sección interior del ala, donde el flujo de aire está influenciado por el fuselaje y los sistemas de alta sustentación, el hielo puede cambiar el momento de la separación del flujo y el comportamiento de la pérdida. El Common Research Model ofrece una geometría abierta y bien documentada que permite a la industria y al mundo académico validar sus herramientas computacionales con datos de pruebas físicas. La campaña de pruebas del modelo interior es una adición clave a ese marco. Brinda a los modelos de simulación datos reales de acumulación de hielo para mejorar la confianza en la predicción del hielo y en los métodos de certificación de aeronaves.

La campaña se inserta en una línea de investigación más amplia de la NASA que incluye las configuraciones CRM de alta velocidad, CRM-NLF y CRM-HL. Al combinar datos detallados del túnel con mediciones de masa de hielo y presión, la NASA ayuda a los diseñadores a predecir los efectos del hielo en etapas tempranas del desarrollo y a construir aeronaves de transporte más seguras y eficientes. Para cualquiera que participe en la certificación de aeronaves para volar en condiciones de hielo conocido, el conjunto de datos del modelo interior es una referencia valiosa. Es un mapa que ayuda a los ingenieros a entender cómo responden las alas en flecha cuando las condiciones de congelación alteran el borde de ataque.