2 недели, 130 узлов и стреловидное крыло. Внутри кампании NASA по испытаниям модели внутренней части крыла для сбора данных об обледенении

Источник. NASA Glenn Research Center, Кливленд, Огайо.

В феврале 2015 года инженеры NASA провели две недели за делом, которое звучит просто, но требует точности. Они намеренно заморозили стреловидное крыло. Кампания по испытаниям модели внутренней части крыла, часть программы исследования обледенения стреловидных крыльев в рамках проекта Common Research Model, была создана, чтобы зафиксировать, что происходит, когда лёд образуется на внутренней секции стреловидного крыла при выпуске закрылков. Эта область особенно интересна, потому что там встречаются фюзеляж, устройства механизации крыла и сложные воздушные потоки. Когда в эту картину попадает лёд, аэродинамика может измениться неожиданным образом.

Вы когда-нибудь задумывались, откуда исследователи знают, что лёд делает с крылом, ещё до первого полёта самолёта? Ответ в аэродинамических трубах, распылительных штангах и тщательно подобранных матрицах испытаний. За две недели, с 24 февраля по 6 марта 2015 года, команда подвергала модель внутренней части крыла различным условиям обледенения, имитирующим реальную полётную обстановку. Температура воздуха в потоке колебалась от примерно -23,8 °C до -1,4 °C. Скорость держалась стабильно на уровне 130 узлов. Медианный объёмный диаметр капель (MVD) варьировался от 20 до 35 микрон, а содержание жидкой воды (LWC) составляло от 0,6 до 1,4 г/м³. Угол атаки менялся от 2,1 до 4,4 градуса, а в части измерений давления использовались углы отклонения закрылков от 0 до 15 градусов. Это те условия, с которыми транспортный самолёт с турбинами может столкнуться при ожидании в зоне или снижении сквозь облака, содержащие переохлаждённые капли воды.

Что делает эту кампанию особенно полезной, так это уровень детализации журнала испытаний. В каждой строке данных указаны параметры трубы и распыления. Это давление воздуха, давление воды, продолжительность распыления и точное время включения системы. Первая запись, прогон TG2401, прошла при температуре -8,7 °C, скорости 130 узлов, MVD 25 микрон и LWC 1,0 г/м³, с углом отклонения закрылков 13,6 градуса. Последующие прогоны выполнялись в более холодном воздухе, испытывались более крупные и более мелкие капли, а содержание воды менялось. Один прогон проводился при температуре -20 °C с каплями 35 микрон и LWC 0,6 г/м³. Другой использовал капли 20 микрон с чуть более высоким содержанием воды. В результате получилась матрица, которая позволяет исследователям разделять влияние температуры, размера капель и концентрации воды на форму льда.

Помимо условий в трубе, кампания дала набор данных о коэффициенте давления, организованный по номерам RDG. Эти данные содержат угол атаки, отклонение закрылков и скорость потока. Они помогают объяснить, как меняется поле давления вдоль внутренней части крыла по мере нарастания льда и движения закрылков. Фотографии форм льда и данные о массе ледяных отложений прилагаются к протоколам испытаний. Так специалисты по моделированию получают и визуальные, и количественные ориентиры.

Что это значит для современной авиации? Обледенение стреловидных крыльев известно как сложная проблема, особенно для гондол двигателей, предкрылков и закрылков. На внутреннем участке крыла, где на поток влияют фюзеляж и системы механизации, лёд может изменить момент срыва потока и характер сваливания. Общая исследовательская модель (Common Research Model) предлагает открытую и хорошо документированную геометрию. Промышленность и академические круги могут проверять свои вычислительные инструменты на основе физических данных испытаний. Кампания по испытаниям модели внутренней части крыла стала ключевым дополнением к этой структуре. Она даёт моделям моделирования реальные данные об обледенении, чтобы повысить доверие к прогнозированию обледенения и методам сертификации самолётов.

Кампания вписывается в более широкую исследовательскую программу NASA, которая включает конфигурации высокоскоростной CRM, CRM-NLF и CRM-HL. Сочетая подробные данные аэродинамической трубы с измерениями массы льда и давления, NASA помогает конструкторам прогнозировать последствия обледенения на ранних этапах разработки. Так создаются более безопасные и эффективные транспортные самолёты. Для всех, кто участвует в сертификации самолётов для полётов в условиях известного обледенения, набор данных по внутренней модели является ценным справочным материалом. Это карта, которая помогает инженерам понять, как стреловидные крылья реагируют, когда холодные условия изменяют переднюю кромку.