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.

Aviation safety -ilmailusivuston mukaan jää on ollut syynä tai osasyynä noin 50 vaaratilanteeseen ja muutamaan kuolemaan johtaneeseen lento-onnettomuuteen maailmassa vuoden 2 000 jälkeen. Valtaosa tapauksista on sattunut pienehköille (rahti)koneille, esim. Cessna Caravan. Tilastossa ovat mukana kaikki jäätymistapaukset lennonlähdöstä laskuun ja myös kiitotien jäätyminen.

Lisätietoja: https://aviation-safety.net/database/events/dblist.php?Event=WXI&lang=&page=2

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

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.

Turvalliseen lentoonlähtöön tarvittavan jäänestoaineiden laadun ja määrän optimointi on keskeinen tavoite Frostwing -tutkimuksessa.

Tutkimusalueet ovat:

-Huurteen muodostuminen siivelle ja sen muodon määrittäminen valokuvaamalla ja laserkeilauksella.
-Huurtuneen siiven tuulitunnelikokeet lentoonlähdössä.
-Tuulitunnelikokeet lentoonlähdössä siivellä, johon on levitetty jäänestonestettä.
-Tuulitunnelikokeet tasolevyllä, jolle on levitetty jäänestonestettä.
-Jäänestonesteen käyttäytymisen tutkiminen tasolevyllä laskennollisesti CFD –menetelmällä (Computational Fluid Dynamics)

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

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.

Liikkeelle ilman jäänpoistoa

Vuonna 2012 venäläisen UTAir –yhtiön ATR 72 –potkuriturbiinikone sakkasi ja putosi lentoonlähdön jälkeen 210 metrin korkeudelta. Kone oli seissyt yön lentoasemalla ja siipiin oli kertynyt lunta ja jäätä.
Kapteeni päätti lähteä ilman, että koneelle olisi tehty jäänpoisto- ja jäänestokäsittelyä. 33 henkilöä menehtyi. Kyseinen koneyksilö oli aikaisemmin lentänyt Finnairin ja sen tytäryhtiöiden väreissä liki vuosikymmenen ilman ongelmia.

Lisätietoja: https://aviation-safety.net/database/record.php?id=20120402-0

Sentti jäätynyttä sohjoa pudotti koneen

Toinen tapaus viime vuosilta on ruotsalaisen Nord-Flyg –yhtiön Cessna 208B Super Cargomaster - rahtikoneen onnettomuus Helsinki-Vantaan lentoasemalla 31.1.2005.

Ohjaaja saapui lentoasemalle paluulentoa varten noin klo 14.30. Lentoasemalla satoi lunta klo 09.20:een saakkaja lämpötila vaihteli 0 asteen molemmin puolin. Saapumisen jälkeen ohjaaja aloitti lentokoneen yläpinnoille kertyneen lumen ja jäätyneen veden poistamisen harjalla. Ohjaajan kertoman mukaan lentokone oli hyvin luminen ja jäinen.

Harjaaminen ei kuitenkaan poistanut epäpuhtauksia lentokoneen pinnoilta. Hän teki lentoonlähdön kiitotieltä 22L. Kaikki sujui normaalisti siihen saakka, kunnes hän oli saavuttanut noin 800-1000 jalan (noin 250-300 m) korkeuden, jolloin hän valitsi laskusiivekkeet sisään. Laskusiivekkeiden sisäänoton jälkeen ohjaaja menetti lentokoneen hallinnan, ja se alkoi kaartaa oikealle.

Ohjaaja yritti saavuttaa kiitotie 22R:n loppuosan tehdäkseen laskun sille, mutta lentokone syöksyi kiitoteiden väliseen maastoon. Suoritetuissa tutkimuksissa ilmeni, ettei ohjaaja onnistunut poistamaan harjaamalla lunta ja jäätä siipien, rungon ja vakaajien yläpinnoilta. Hylyn tarkastelussa siipien yläpinnoilla ja rungon sivuilla olevan lumen, jäätyneen sohjon ja jään paksuudeksi arvioitiin 0,5-1,5 cm.

Ohjaajan valittua laskusiivekkeet lentoonlähtöasennosta ylös siiven yläpinnalla olleen kiinteän lumen ja jään vaikutuksesta nostovoima pieneni niin paljon, että lentokone joutui sakkaustilaan. Se kallistui oikealle ja menetti korkeutta. Ohjaaja ei kyennyt korjaamaan lentotilaa, vaan lentokone iskeytyi loivalla kulmalla maahan ja tuhoutui. Laskusiivekkeet olivat sisällä törmäyshetkellä.

Onnettomuuden ensisijaisena syynä oli, että ohjaaja teki lentoonlähdön lentokoneella, jonka aerodynaamiset ominaisuudet olivat ratkaisevasti heikentyneet siivellä olleen jään ja lumen takia. Alkunousun aikana, välittömästi laskusiivekkeiden sisäänoton jälkeen, virtaus irtosi siiven pinnalta eikä ohjaaja saanut lentokonetta hallintaansa.

Ohjaaja ei tunnistanut sakkaustilannetta eikä osannut reagoida siihen oikealla tavalla tai ohjaajaa ei oltu koulutettu riittävästi kyseisiä tilanteita varten. Ohjaaja loukkaantui lievästi ja ilma-alus tuhoutui.

Lisätietoja: https://aviation-safety.net/database/record.php?id=20050131-0

Onnettomuustutkintaselostus: https://turvallisuustutkinta.fi/fi/index/tutkintaselostukset/ilmailuonnettomuuksientutkinta/tutkintaselostuksetvuosittain/ilmailu2005/b22005llento-onnettomuushelsinki-vantaanlentoasemalla31.1.2005.html

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

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy