2 Semanas, 130 Nós e uma Asa Enflechada. Por Dentro da Campanha de Testes do Modelo da Seção Interna da NASA para Dados de Gelo.

Fonte: NASA Glenn Research Center, Cleveland, Ohio.

Em fevereiro de 2015, engenheiros da NASA passaram duas semanas fazendo algo que parece simples e exige precisão cuidadosa. Eles congelaram uma asa enflechada de propósito. A Campanha de Testes do Modelo da Seção Interna, parte do esforço de Pesquisa de Gelo em Asa Enflechada do programa Common Research Model, foi criada para capturar o que acontece quando o gelo se forma na seção interna de uma asa enflechada durante a operação dos flaps. Essa área é especialmente interessante porque a fuselagem, os dispositivos de alta sustentação e o fluxo de ar complexo se encontram ali. Quando o gelo entra nesse cenário, a aerodinâmica pode mudar de maneiras surpreendentes.

Você já se perguntou como os pesquisadores sabem o que o gelo faz a uma asa antes de uma aeronave voar? A resposta são túneis de vento, barras de pulverização e matrizes de teste cuidadosamente escolhidas. Durante duas semanas, de 24 de fevereiro a 6 de março de 2015, a equipe expôs um modelo de asa interna a uma variedade de condições de formação de gelo que imitam ambientes reais de voo. As temperaturas totais do ar variaram de cerca de -23,8°C a -1,4°C. As velocidades ficaram estáveis em 130 nós. Os diâmetros volumétricos medianos, ou MVD, variaram de 20 a 35 mícrons, e os conteúdos de água líquida, ou LWC, foram de 0,6 a 1,4 g/m³. O ângulo de ataque variou entre 2,1 e 4,4 graus, e um subconjunto de medições de pressão incluiu ajustes de flap de 0 a 15 graus. Esses são os tipos de condições que uma aeronave de transporte com motores a turbina pode encontrar ao realizar espera ou descer através de nuvens com gotículas de água super-resfriada.

O que torna a campanha tão útil é o nível de detalhe do registro de testes. Cada linha de dados inclui parâmetros do túnel e da pulverização, como pressão do ar, pressão da água, duração da pulverização e o horário exato em que o sistema de pulverização foi ligado. A primeira entrada, o ensaio TG2401, ocorreu a -8,7°C, 130 nós, com MVD de 25 mícrons e LWC de 1,0 g/m³, com ajuste de flap de 13,6 graus. Os ensaios seguintes passaram para ar mais frio, testaram gotículas maiores e menores e ajustaram o conteúdo de água. Um ensaio manteve a temperatura total em -20°C com gotículas de 35 mícrons e LWC de 0,6 g/m³. Outro usou gotículas de 20 mícrons com um conteúdo de água ligeiramente maior. O resultado é uma matriz que permite aos pesquisadores separar os efeitos da temperatura, do tamanho das gotículas e da concentração de água na forma do gelo.

Além das condições do túnel, a campanha produziu um conjunto de dados de coeficiente de pressão organizado pelo número RDG. Esses dados listam ângulo de ataque, deflexão do flap e velocidade do túnel, o que ajuda a explicar como o campo de pressão ao longo da seção interna da asa muda conforme o gelo se acumula e os flaps se movem. Fotos das formas de gelo e dados de massa de acumulação de gelo acompanham os registros de teste, então os modeladores têm referências visuais e quantitativas.

Então, o que isso significa para a aviação moderna? A acumulação de gelo em asas enflechadas é um desafio conhecido, especialmente em naceles, slats e flaps. Na seção interna da asa, onde o fluxo de ar é influenciado pela fuselagem e pelos sistemas de alta sustentação, o gelo pode alterar o tempo de separação do fluxo e o comportamento de estol. O Common Research Model oferece uma geometria aberta e bem documentada que permite à indústria e à academia validar suas ferramentas computacionais contra dados físicos de teste. A Campanha de Testes do Modelo da Seção Interna é uma adição fundamental a essa estrutura, fornecendo aos modelos de simulação dados reais de acumulação de gelo para melhorar a confiança na previsão de formação de gelo e nos métodos de certificação de aeronaves.

A campanha se encaixa em um arco de pesquisa mais amplo da NASA que inclui as configurações CRM de alta velocidade, CRM-NLF e CRM-HL. Ao combinar dados detalhados do túnel com medições de massa de gelo e pressão, a NASA está ajudando os projetistas a prever os efeitos do gelo mais cedo no desenvolvimento e a construir aeronaves de transporte mais seguras e eficientes. Para qualquer pessoa envolvida na certificação de aeronaves para voo em condições de gelo conhecidas, o conjunto de dados do modelo da seção interna é uma referência valiosa. É um mapa que ajuda os engenheiros a entender como as asas enflechadas respondem quando condições de congelamento alteram o bordo de ataque.