Manual for Airplane Wing Anti-icing Fluid Tests in Wind Tunnel

Trafin julkaisuja
Trafi Publications 02 - 2013

Antti Rinne
Aalto University School of Engineering, Department of Applied Mechanics

Tässä tutkimuksessa suunnitellaan ja toteutetaan kolme koejärjestelyä lentokoneen jäänpoisto- ja jäänestonesteiden tuulitunnelikokeita varten. Koejärjestelyjen avulla voidaan tutkia nesteiden vaikutusta matkustajalentokoneen lentoonlähtösuoritusarvoihin. Raportissa kuvataan koejärjestelyjen rakentaminen ja kokeiden suorittaminen Aalto-yliopiston ali-soonisessa tuulitunnelissa. Lisäksi annetaan ohjeet tulostenkäsittelystä ja esitetään menetelmä, jolla tuulitunnelimallin pinnalla olevasta nestekerroksesta otetuista kuvista voidaan määrittää keskimääräinen nestepaksuus.

Ensimmäisessä koejärjestelyssä käytetään valmiiksi olemassa ollutta tuulitunnelimallia nesteen poistumismekanismin selvittämiseen. Koe videoidaan ja kuvakaappauksista määritetään keskimääräinen nestepaksuus. Toista koejärjestelyä varten suunnitellaan SAE Aerospace Standard AS5900 -standardiin perustuva tasolevykoekanava. Kanavan mittoja suurennetaan, koska kokeisiin käytettävän tuulitunnelin mittatila on suurempi, kuin mihin standardi on tarkoitettu. Kokeessa mitataan rajakerroksen siirtymäpaksuus kanavan pohjalla. Kolmannessa koejärjestelyssä käytettävä malli on nykyaikaisen matkustajalentokoneen siipeä edustava siipiprofiili, joka on varustettu säädettävillä lisänostovoimalaitteilla. Kokeessa simuloidaan matkustajalentokoneen lähtökiihdytystä ja rotaatiota ja siinä mitataan nostovoimakerroin.

Suunnitelluilla järjestelyillä tehdään koeajoja ja niistä saatuja tuloksia esitellään. Nestepaksuuden määrittämiseen kehitetyn menetelmän havaitaan antavan suuruusluokaltaan järkeviä tuloksia. Tasolevykokeesta saatavien tulosten havaitaan olevan vertailukelpoisia AS5900:n mukaisista kokeista julkaisujen tulosten kanssa.

Three wind tunnel test set-ups for the research of the effects of de- and anti-icing fluids on transport airplane takeoff performance are designed. Implementation of the set-ups and performing the tests in the Aalto University subsonic wind tunnel are described. Processing of the results is instructed and a method is developed for determining the average thickness of a fluid layer on a wind tunnel model surface from pictures of the layer.

In the first test set-up an existing wind tunnel model is utilised to study the fluid flow-off mechanism. A video is shot of the test and the average fluid thickness is determined from the screen captures. For the second set-up a flat plate elimination test (FPET) duct is designed on the basis of SAE Aerospace Standard AS5900. The dimensions are enlarged to ensure operation in a wind tunnel with a larger test section than for which the standard was developed. In this test the boundary layer displacement thickness on the duct floor is measured. In the third set-up a wing profile model representative of a modern transport airplane wing and equipped with adjustable lift-enhancing devices is used. Takeoff run and rotation of a transport airplane are simulated and the lift coefficient is measured in this test.

Test runs with the set-ups are performed and the results are processed. The results obtained with the fluid thickness determination method are observed to be reasonable. Also the flat plate elimination test results are observed to be comparable to the published results from AS5900 compliant tests.