Kansainvälinen Frostwing-projekti: lentoturvallisuutta suomalaisessa tuulitunnelissa

Frostwing tuo lentokoneiden siipien jäänestokokeet suomalaiseen tuulitunneliin Espoon Otaniemeen. Tavoitteena on selvittää turvalliseen lentoonlähtöön tarvittavien jäänestoaineiden laatu ja määrä.

Frostwing nimeä kantavan jäänestotutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten voidaan optimoida jäänestonesteiden käytön määrää. Toiseksi tavoiteeksi kerrotaan ympäristönsuojeleminen vähentämällä jäänestoaineiden käyttöä lentoturvallisuudesta tinkimättä. Tuulitunnelissa toteutettavat testit simuloivat jäänestoaineiden toimintaa lentoonlähdössä.

Liikenteen turvallisuusvirasto Trafi esitteli ilmailutoimittajille kansainvälisen tutkimushankkeen Frostwing –kokeita syyskuussa 2016.

Kylmäkokeita kelistä riippumatta

Kokeet tehdään Espoon Otaniemeen vuonna 1970 valmistuneessa tuulitunnelissa, jonka järeä betonirakenne ja jäähdytysjärjestelmä antavat mahdollisuuden tehdä kylmäkokeita ulkolämpötilasta riippumatta.

Tuulitunnelin puhallinmoottori on peräisin Tampereen Härmälän lentokonetehtaasta vuodelta 1937. Tunnelin perusmuoto muistuttaa Tukholman Kungliga Tekniska Högskolanin tunnelia, mutta laitteen lukuisat yksityiskohdat ovat suomalaista suunnittelua.

Alun pitäen tuulitunneli rakennettiin Teknillisen korkeakoulun käyttöön, mutta Aalto-yliopisto luopui tunnelin käytöstä vuonna 2013. Nykyään tunneli on Arteform Oy:n käytössä. Arteform on vuokrannut tuulitunnelin käyttöönsä.

Iäkäs, mutta edelleen huippuluokkaa

Korkeasta iästään huolimatta tuulitunneli on ominaisuuksiltaan Euroopan huippuluokkaa. Alisoonisen tunnelin virtausnopeus on enimmillään 60 m/s (216 km/h). Jäädytysjärjestelmän avulla tunneliin saadaan pakkanen ja siivet huurteeseen.

Näytösajossa käytettiin nopeutta 40 m/s (144 km/h). Tunnelissa oleva siipi käännettiin viiden asteen kulmaan simuloimaan lentoonlähtöä. Huurteen poistumista voidaan mitata laserkeilauksella ennen koetta ja sen jälkeen.

Tunnelin lisäksi myös itse siipi voidaan jäähdyttää, jotta siiven huurtumista ja jäätymistä voidaan simuloida mahdollisimman totuudenmukaisesti eri ulkolämpötiloissa. Lentokoneen polttoneste jäähtyy lennon aikana kymmeniin pakkasasteisiin ja siksi polttoainesäiliöiden kohdalle, siiven yläpinnalle voi muodostua huurretta, vaikka ulkolämpötila lentokentällä olisi plussan puolella.

Kokeessa voidaan mitata erityyppisiä jäänestoaineita tyypistä 1 tyyppiin 4. Tehokkain nelostyypin jäänestoaine pysyy siivellä pitkään lentoonlähtöä odotellessa. Geelimäinen aine on viskositeetiltaan ilmavirtauksessa leikkautuvaa ja muuttuu nestemäiseksi nopeuden kasvaessa ja valuu pois siiveltä. Koetta seurataan kameroilla ja siiven nostovoimaa antureilla.

Vanhanaikaisempien jäänestoaineiden (tyyppi 1 ja 2) vaikutusaika oli lyhyempi ja niin koneille jouduttiin tekemään useampi jäänestokäsittely, mikäli kone joutui odottelemaan pitkään lentoonlähtöä lumisateessa.

Frostwing – tutkimusta yhteistyönä

Jääneston tuulitunnelikokeet suoritetaan kansainvälisenä yhteistyönä. Vuonna 2015 Yhdysvaltain ilmailuhallinto FAA (Federal Aviation Administration) ja liikenteen turvallisuusvirasto Trafi solmivat kolmivuotisen puitesopimuksen lentokoneiden jääneston ja huurteen tutkimisesta.

Frostwing -hankkeen käytännön kokeista vastaa Arteform Oy, huurteen tutkimisessa käytettävät laserkeilaimet toimittava Hexagon Metrology Finland sekä Yhdysvaltain avaruushallinto NASA (National Aeronautics and Space Administration).

– Yhteistyö on lähtenyt hyvin liikkeelle, kertoo hanketta vetävä, johtava asiantuntija Erkki Soinne.

– Olemme saaneet ensimmäisen viikon aikana lupaavia tuloksia, seuraavaksi teemme jäänestonesteiden kokeita ja myöhemmin syksyllä on vielä ohjelmassa uusi intensiivinen tuulitunnelijakso.

Arteform Oy:n ilmailuosaamista edustaa diplomi-insinööri ja tohtoriopiskelija Pekka Koivisto. Aikaisemmin hän on toiminut Finnairin lentokapteenina ja kouluttajana.

Jäänpoisto ja -esto tärkeitä turvallisuudelle

Oikein suoritettu jäänpoisto ja jäänesto ennen lentoon lähtöä ovat erittäin tärkeitä lentoturvallisuuden kannalta. Suomessa asiaan on suhtauduttu vakavasti ja asiantuntemus jäänpoiston ja jääneston suhteen on kansainvälistä huippuluokkaa. Tulokset ovat olleet hyviä.

Kansainvälinen tuulitunnelitesti lisää tietoisuutta entisestään tohtoriopiskelija Pekka Koiviston tehdessä väitöskirjan asiasta.

Esimerkkinä mainittakoon ATR –lentokoneet. Suomessa ATR –potkuriturbiinikoneilla on lennetty vuosikymmeniä Finnairin, Kar-Airin, Aeron ja Norran (Nordic Regional Airlines) väreissä ilman jäätymisongelmia.

Kaikkialla ei jäätymiseen suhtauduta samalla vakavuudella.

Teksti: Timo Turkula Kuvat: Timo Turkula ja Frostwing-tutkimushanke