Liikenteen turvallisuusvirasto Trafi esitteli torstaina Frostwing-testejä, joilla todennetaan mm. jäänestonesteiden toimintaa lennon alkuvaiheessa mahdollisimman realistisissa oloissa. Käytössä on Teknillisen Korkeakoulun entinen tuulitunneli. Nykyinen Aalto-yliopisto päätti luopua siitä 2013. Alisoonisen tunnelin kaupallista operointia jatkaa Arteform Oy. Mukana Frostwing-hankkeessa ovat NASA ja FAA.

Lumen, huurteen ja jään kertyminen lentokoneen pinnoille on luonnollisesti vaarallista. Vaikka sitä osataan nykyisin hyvin torjua ja estää, aina ei onnistuta. Esimerkiksi viimeisin Helsinki-Vantaalla sattunut lento-onnettomuus aiheutui Cessna 208 Caravan -rahtikoneen siiven yläpinnalla olleesta 0,5-1,5 senttimetrin lumi- ja jääkerroksesta. Kone syöksyi tammikuussa 2005 kenttäalueelle ja ohjaaja loukkaantui.

Tässä onnettomuudessa lentäjä puhdisti siipeä vain harjaamalla. Nykyaikaiset erikoisajoneuvoista ruiskutettavat jäänpoisto- ja estoaineet tehoavat hyvin, mutta niillä on haitallisia ympäristövaikutuksia vaikkeivät ne myrkyllisiä olekaan. Lisäksi nesteiden ruiskutukset tulevat sitä kalliimmaksi, mitä suuremmasta ilma-aluksesta on kyse.

Siksi Trafi on lähtenyt mukaan hankkeeseen, jossa tutkitaan miten käytettävä nestemäärä voitaisiin minimoida turvallisuudesta samalla tinkimättä. Lentotekniikan diplomi-insinööri ja entinen Finnairin liikennelentäjä Pekka Koivisto ideoi tohtoriopiskelijana tutkimussarjaa, jossa hyödynnetään nykyisin Arteformin käytössä olevaa entistä TKK:n lentotekniikan alisoonista tuulitunnelia (alla ulkokuvassa, klikkaa suuremmaksi).

Vuonna 2015 Yhdysvaltain ilmailuviranomainen Federal Aviation Authority (FAA) ja liikenteen turvallisuusvirasto Trafi solmivat kolmivuotisen puitesopimuksen jääneston ja huurteen tutkimisesta.

Käytännön työstä vastaavat Arteform, huurteen tutkimisessa käytettävät laserkeilaimet toimittava Hexagon Metrology Finland sekä Yhdysvaltain National Aeronautical and Space Administration eli kaikille tuttu NASA.

Koesarjoja varten on rakennettu tuulitunneliin ripustettava geneerinen NASA CRM HL Toff -siipi (Hi-Lift Take Off). Sen keskiosassa on jäähdytysjärjestelmä, jolla simuloidaan lennolla reittikorkeudessa kylmenneitä polttoainesäiliöitä.

Tunnelin ulkopuolella on massiivinen 6 KW jäähdytyskoneisto, jolla voidaan kylmentää joko pelkkä siipi tai muusta tunnelista erotettu koekammio (oikealla).

Torstaina medialle esiteltiin siipeä, joka oli viilennetty -18-asteiseksi. Tunnelin ilmankosteus oli luontainen 70 prosenttia, jonka ansiosta profiilin yläpinnalle noin kymmenen tunnin aikana kertynyt paksu huurrekerros.

Huurteen käyttäytymistä selvittävissä testeissä tunnelin virtausta kiihdytetään aina lukemiin 60 m/s (216 km/h). Näytösajossa jäätiin tarkoituksella 40 m/s nopeuteen (140 km/h). Lämpimän ilman virtaus alkoi kuitenkin heti sulattaa huurretta. Lentoonlähdon rotaatiovaihetta simuloidaan kääntämällä siipi virtaukseen nähden viiden asteen kulmaan.

Huurteen pintaa voidaan mitata Hexagonin toimittamalla laserkeilaimella (vasemmalla). Nivelvarsimittalaitetta ei voida kuitenkaan käyttää testien aikana, vaan mittaukset on tehtävä ennen ja jälkeen ajojen.

Toisissa kokeissa profiiliin sivellään mm. geelimäistä nelosluokan jäänestoainetta ja seurataan sen käyttäytymistä nopeutuvassa virtauksessa. Jäänestoaine tyyppi IV on tarkoitettu pysymään aerodynaamisilla pinnoilla pitkään ja suojaamaan konetta sen rullatessa lumisateessa kiitotielle.

Geelimäinen IV on viskositeetiltaan ilmavirtauksessa leikkautuvaa eli se muuttuu nestemäiseksi nopeuden kasvaessa. Näin se valuu pois siiveltä nousukiidon aikana. Nestekerroksen käyttäytymistä tuulitunnelin ilmavirtauksessa seurataan useilla kameroilla ja siipiprofiilin tuottamaa nostovoimaa tarkkaillaan ripustusmekanismissa olevilla antureilla. 

Turvalliseen lentoonlähtöön tarvittavan jäänestoainemäärän optimointi onkin keskeinen tavoite Frostwing-koesarjassa, johon kuuluu myös tasolevyjen testaamista tunnelissa ja CFD-laskentamallien (Computational Fluid Dynamics) vertaamista näin saatuihin reaalimaailman tuloksiin.

Työryhmän kehittämällä metodilla voidaan tallenteista analysoida profiilin pinnassa olevaa ainemäärää sen värisävyn muutosten perusteella. Jutun lopussa olevalla videolla nähdään Tyyppi IV -jäänestoaineella tasolevylla tehty tuulitunneliajo.

Tuulitunnelin voimanlähde 30-luvulta

Noin 3,5 henkilöä työllistävä Arteform Oy on käyttänyt Otaniemen alisoonista tuulitunnelia pari vuotta. TKK:n perinteinen lentotekninen opetus päätettiin nykyisessä Aalto-yliopistossa vuonna 2013 suurilta osiltaan lopettaa (lue tarkemmin linkistä jutun lopussa).

Viimeiset kurssit ovat parhaillaan meneillään. Arteform on vuokrannut tuulitunnelin ja osan lentotekniikan tiloista käyttöönsä.

Teknillisen korkeakoulun alisooninen tunneli on varsinaista retroa: puhaltimen tasavirtamoottori on peräisin vuodelta 1937. Se pyöritti aikoinaan Valtion Lentokonetehtaan tuulitunnelia Tampereen Härmälässä, mutta käytön päätyttyä joutui varastoon. Laitteisto lahjoitettiin 60-luvun puolivälissä Tekniselle Korkeakoululle.

Otaniemen silmukkamainen tuulitunneli valmistui 1970. Sen kulmajohdesiivet on kopioitu Tukholman Kungliga Tekniska Högskolanin vastaavasta laitteesta. Muut rakenteet, kuten suutin ja verkkojen sijoittelu, on suunniteltu Suomessa. 

Perusmuoto on hyvä ja joidenkin arvoiden mukaan Otaniemen tunneli olisi Euroopan paras kokoluokassaan. Suurin virtausnopeus on noin 63 m/s, mutta käytännössä tunnelia ei ajeta enää yli 60 m/s laitteiden säästämiseksi.

Tunnelissa on erilaisten lento- ja rakennetekniikan tarpeiden ohella testattu mm. mäkihyppääjien haalareita, joita roikkuukin muistoina mittaushuoneen seinällä. Samaten syöksylaskijat ovat hakeneet virtauksessa oikeaa asentoa (kuva vasemmalla). Toki myös laskuvarjohyppääjien käyttämien Birdman-siipihaalarien tarra löytyy tunnelin kyljestä.

Otaniemessä on ollut myös Hornet-vastakauppojen osana tullut trisooninen tuulitunneli. Se on jo purettu. Teksti ja kuvat: Tero Tuominen

Päivitys 23.9: korjattu käyttettävän siipiprofiilin nimi.

Lue myös aiempia Lentoposti.fi -juttuja: