Il 13 settembre 1944, i ricercatori hanno sottoposto un Bell P-39L Airacobra a temperature rigide e a uno spruzzo di acqua ghiacciata nel nuovo Icing Research Tunnel (IRT) del National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) per studiare l’accumulo di ghiaccio in volo. Da quella prima esecuzione presso l’Aircraft Engine Research Laboratory (ora Glenn Research Center della NASA) a Cleveland, la struttura ha funzionato regolarmente per 80 anni e rimane la più antica e una delle più grandi gallerie di ghiaccio al mondo. Le gocce d’acqua nelle nuvole possono congelare sulle superfici degli aerei in determinate condizioni atmosferiche. L’accumulo di ghiaccio sui bordi anteriori delle ali e delle code causa significative diminuzioni della portanza e rapidi aumenti della resistenza. Il ghiaccio può anche bloccare le prese d’aria del motore e aggiungere peso. La NASA ha una lunga tradizione di lavoro per comprendere le condizioni che causano la formazione di ghiaccio e sviluppare sistemi che prevengono e rimuovono l’accumulo di ghiaccio:
La NACA ha deciso di costruire il suo nuovo tunnel di ghiaccio adiacente all’Altitude Wind Tunnel del laboratorio per sfruttare i suoi potenti dispositivi di raffreddamento e il suo sistema di refrigerazione senza precedenti . Il sistema, che può ridurre la temperatura dell’aria a circa -30 gradi Fahrenheit, produce condizioni di ghiaccio realistiche e ripetibili utilizzando un sistema di ugelli di spruzzatura che crea piccole goccioline molto fredde e una ventola di azionamento che genera velocità dell’aria fino a 374 miglia orarie. Due rudimentali tunnel di ghiaccio erano stati operativi per un breve periodo presso il Langley Memorial Aeronautical Laboratory della NACA a Hampton, Virginia, ma la ricerca sul ghiaccio si basava principalmente sui test di volo. Il nuovo sofisticato tunnel di Cleveland offriva un modo più sicuro per studiare la fisica del ghiaccio, testare i sistemi di de-icing e sviluppare la strumentazione per il ghiaccio. Durante la seconda guerra mondiale, il ghiaccio di ingresso fu un fattore chiave per le pesanti perdite subite dai C-46 che volavano in missioni di rifornimento per le truppe alleate in Cina. Nel febbraio 1945, una grande presa d’aria del C-46 Commando fu installata nel tunnel, dove i ricercatori determinarono la causa del problema e riprogettarono la presa d’aria per impedire l’ingresso di gocce d’acqua ghiacciate. Le modifiche furono poi incorporate nel C-46 e nel Convair C-40. Nonostante questi primi successi, gli ingegneri della NACA hanno faticato a migliorare il sistema di nebulizzazione a goccia della struttura a causa della mancanza di piccoli ugelli in grado di produrre goccioline sufficientemente piccole. Dopo anni di tenaci tentativi ed errori, la svolta è arrivata nel 1950 con un sistema da 80 ugelli che produceva le goccioline microscopiche uniformi necessarie per simulare correttamente una nuvola di ghiaccio naturale.
L’uso dell’IRT aumentò negli anni ’50 e le condizioni controllate prodotte dalla struttura aiutarono i ricercatori a definire condizioni atmosferiche specifiche che producono ghiaccio. La Civil Aeronautics Authority (il precursore della Federal Aviation Administration) utilizzò questi dati per stabilire normative per gli aeromobili all-weather. La struttura contribuì anche a nuove protezioni contro il ghiaccio per antenne e motori a reazione e allo sviluppo di sistemi di sghiacciamento a riscaldamento ciclico. Il successo del programma di formazione di ghiaccio della NACA, insieme all’aumento dell’uso di motori a reazione, che consentivano di navigare al di sopra del meteo, ridusse la necessità di ulteriori ricerche sulla formazione di ghiaccio. All’inizio del 1957, appena prima che la NACA passasse alla NASA , il programma di formazione di ghiaccio del centro fu terminato. Tuttavia, l’IRT rimase attivo per tutti gli anni ’60 e ’70 supportando i test del settore. Verso la metà degli anni ’70, nuovi problemi di formazione di ghiaccio iniziarono a presentarsi a causa del crescente utilizzo di elicotteri, aerei di linea regionali e velivoli per l’aviazione generale. Il centro tenne un workshop sulla formazione di ghiaccio nel luglio 1978, in cui oltre 100 esperti di formazione di ghiaccio provenienti da tutto il mondo si riunirono e fecero pressioni per il ripristino del programma di ricerca sulla formazione di ghiaccio della NASA. L’agenzia accettò di fornire finanziamenti per supportare un piccolo team di ricercatori e aumentare il funzionamento dell’impianto di ghiaccio. Nel 1982, un incidente aereo mortale legato al ghiaccio spinse la NASA a riportare in auge un programma di ricerca sul ghiaccio a pieno titolo. Quasi tutti i componenti principali del tunnel sono stati successivamente aggiornati. L’uso dell’IRT è salito alle stelle e durante questo periodo si è dovuto attendere almeno un anno per nuovi test. Nel 1988, la struttura ha funzionato per più ore che in qualsiasi altro anno dal 1950.
La struttura è stata utilizzata in modo complementare con l’ aereo Twin Otter e la simulazione al computer per migliorare i sistemi di sghiacciamento, gli strumenti predittivi e la strumentazione. I test IRT hanno anche accelerato la certificazione per tutte le condizioni atmosferiche dell’elicottero OH-60 Black Hawk. Negli anni ’90, il programma di sghiacciamento ha rivolto la sua attenzione alla lotta contro grandi goccioline surraffreddate, che possono causare accumulo di ghiaccio in aree non protette dai sistemi di sbrinamento del bordo d’attacco, e formazione di ghiaccio sul piano di coda, che può far inclinare in avanti gli aerei da trasporto passeggeri.
L’IRT è stata una delle strutture più attive del centro negli anni 2000 e continua a mantenere un programma di test costante oggi, studiando la formazione di ghiaccio su motori turbofan ed eliche, perfezionando i test sui modelli rotanti, convalidando modelli 3D e molto altro. L’IRT è stato utilizzato per sviluppare quasi tutti i moderni sistemi di protezione dal ghiaccio, ha fornito dati chiave sull’ambiente di formazione di ghiaccio alle agenzie di regolamentazione e convalidato il software leader di previsione del ghiaccio. Dopo 80 anni, rimane uno strumento fondamentale per sostenere la leadership della NASA nel campo della formazione di ghiaccio.
Ulteriori risorse :
- “We Freeze to Please”: una storia del tunnel di ricerca sul ghiaccio della NASA e la ricerca della sicurezza del volo
- Sito web del tunnel di ricerca sul ghiaccio
- Punto di riferimento storico internazionale dell’ingegneria meccanica
- Ricerca aeronautica di Glenn della NASA
- Direzione della missione di ricerca aeronautica della NASA
