Температура в аэродинамической трубе опустилась до 10 градусов по Фаренгейту. Цилиндрическая модель находилась внутри испытательной секции размером 10 на 10 дюймов. Ветер дул через машину со скоростью 60 миль в час.
Так что да, сказал Ху, профессор аэрокосмической техники штата Айова, включите воду.Уолдман, научный сотрудник, получивший докторскую степень, нажал на рычаг управления, и три распылительных форсунки выбросили легкий туман по ветру. Крошечные капельки воды циркулировали по туннелю, ударялись о модель и начинали замерзать.
В течение нескольких минут замерзшие капли исказили гладкую и правильную форму модели.Этот лед является результатом трехлетнего проекта по полной реконструкции 20-летней аэродинамической трубы для обледенения, подаренной штату Айова корпорацией Goodrich (ныне UTC Aerospace Systems).
Аэродинамическая труба может работать при температуре минус 20 градусов по Фаренгейту и скорости ветра до 220 миль в час. Он может создать все, от замороженного тумана до влажного глазурованного льда. Он был полностью функциональным в течение нескольких недель.
«Мы пытаемся понять, как лед накапливается на крыльях самолетов и лопастях ветряных турбин», — сказал Ху. «Мы хотим понять лежащую в основе физику. А когда мы поймем физику, мы сможем разработать более совершенные модели для моделирования и предсказания того, когда и как будет образовываться лед в холодные дни».
По словам Ху, лед может накапливаться «до довольно уродливых вещей», что опасно и дорого обходится.
Лед меняет геометрию и баланс крыльев и лопастей. Это может лишить крылья самолета подъемной силы и вызвать аварии. Это может значительно снизить эффективность лопастей ветряных турбин, сокращая урожай мощности от сильных зимних ветров.
Это также может нарушить баланс вращающихся лопастей ветряной турбины, создавая огромные силы для валов и механизмов, что приводит к сбоям или остановкам. Тающий лед на лопастях турбины также может быть отброшен на сотни ярдов, потенциально задев людей, здания или транспортные средства.
Ху сказал, что, лучше понимая проблемы обледенения, инженеры могут разработать более эффективные решения.Ху сказал, что в стране всего несколько аэродинамических труб для обледенения, а туннель для исследования обледенения ISU — единственный в университетском городке.Ху будет использовать туннель в рамках гранта НАСА в размере 663000 долларов для изучения обледенения крыльев самолетов, части гранта Национального научного фонда в размере 360 000 долларов на изучение обледенения лопастей ветряных турбин и части гранта на 20 000 долларов от Института физики штата Айова. Исследования и технологии для разработки новой технологии изучения обледенения самолетов.
Он работает над проектами с Алриком Ротмайером, профессором аэрокосмической техники штата Айова; Кай Чжан, докторант; и Уолдман.Они используют камеры и лазеры для проведения расширенных измерений потока, включая велосиметрию изображений частиц, термометрию с молекулярными метками и проекцию цифровых изображений.
«В прошлом не было много количественных экспериментов, которые позволили бы людям увидеть физику, лежащую в основе обледенения крыльев и лопаток турбины», — сказал Ху. «Это то, что действительно нужно».Эксперименты Ху, например, показывают все: от толщины льда, когда он течет по крылу, теплопередачи отдельных водяных капель при их замерзании, неравномерной скорости замерзающих капель на крыле или лезвии до пальцевидных узоров льда. формирование.
Хотя у них схожая форма аэродинамического профиля, Ху сказал, что обледенение крыльев самолетов и лопастей ветряных турбин может быть совершенно разным.Это потому, что крылья обычно сделаны из металла, имеют очень гладкие поверхности и хорошо проводят тепло.
Лопатки турбины обычно представляют собой композит, например стекловолокно, имеют более грубые поверхности и плохо проводят тепло. Крылья также работают в более сухих условиях, когда они находятся на высоте; Лопатки турбины у поверхности находятся посреди зимнего мокрого снега и снега.«Все это имеет огромное значение, — сказал Ху.Пока что большая часть данных об обледенении профиля относится к самолетам.
«Но стратегии защиты от обледенения, которые работают для самолетов, могут быть не лучшими для ветряных турбин», — сказал он.Теперь, когда аэродинамическая труба для защиты от обледенения в штате Айова запущена и выглядит совершенно новой, Ху сказал, что инженеры штата Айова будут собирать все больше и больше данных по всем видам проблем с обледенением.