AW | 2019 04 10 20:04 | ENGINEERING / AVIATION SAFETY
La National Research Council of Canada (NRC) estudia la formación de hielo en aeronaves
El Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) completó en Marzo 2019 un proyecto de seis semanas bajo el Programa de Investigación de Meteorología Aérea de la Federal Aviation Administration (FAA). La colaboración entre el Centro Nacional de Investigación Atmosférica, Medio Ambiente y Cambio Climático de los Estados Unidos (NCAR) y otras agencias estadounidenses y europeas reunieron datos que algún día podrían ayudar a mejorar los modelos meteorológicos y los pronósticos para todas las condiciones de congelación.
Vuelo AE-4184
El 31 Octubre 1994, el vuelo American Eagle Flight AE4184 se estrelló en un campo en ruta desde Indianápolis, Indiana, a Chicago, Illinois, y mató a los 68 pasajeros y la tripulación a bordo. Según la Junta Nacional de Seguridad del Transporte (NTSB), entre las causas probables de la pérdida del control del ATR 72 fue «una repentina e inesperada inversión del momento de la bisagra del alerón que se produjo después de una capa de hielo acrecentada más allá de las botas de hielo». Entre los factores que contribuyeron, la NTSB dijo que había una falta de información en los manuales de vuelo y en los programas de entrenamiento de la tripulación de vuelo sobre los «efectos previamente conocidos de la precipitación por congelación en la estabilidad y las características de control, el piloto automático y los procedimientos operativos relacionados» de la aeronave. También lo fue la falla de la Administración Federal de Aviación (FAA) en “garantizar que los requisitos de certificación de engelamiento de aeronaves, los requisitos operacionales para el vuelo a condiciones de engelamiento, y la FAA publicaron la información de engelamiento de aeronaves adecuadamente representando los peligros que pueden resultar de un vuelo en una lluvia helada y otros engelamiento. condiciones”.
Si hubo un resultado positivo del trágico accidente, el accidente provocó décadas de investigación para comprender mejor los efectos de la acumulación de hielo en los aviones, así como nuevas regulaciones y estándares de certificación de aviones para reducir la probabilidad de futuros desastres. Aún así, los accidentes causados por la formación de hielo durante el vuelo continúan siendo una tragedia recurrente para la aviación.
Proyecto ICICLE
Conocido como ICICLE (In-Cloud ICing y Large-Drop Experiment), el proyecto involucró más de 100 horas de vuelo a través de varios estados de formación de hielo (frío extremo, gotas grandes, lluvia helada, llovizna de congelación) para probar si las herramientas y sensores a bordo y el suelo Los radares basados en datos pueden diferenciar entre diferentes entornos de formación de hielo. Los datos se recopilaron utilizando el Convair 580 de la NRC, un avión bimotor de investigación equipado con más de 30 sensores instalados en todo el avión y a través de entradas diseñadas para traer aire para el muestreo. «Es una instrumentación bastante extensa en términos de detección de nubes y aerosoles», dijo Mengistu Wolde, un alto funcionario de investigación de la NRC y el líder del proyecto. «Tomamos medidas de la microfísica de la nube, desde el tamaño del aerosol (partículas), núcleos de condensación de la nube, hasta partículas de precipitación de gran tamaño en centímetros».
EN LA FOTO SE MUESTRA LA ACUMULACIÓN / ACUMULACIÓN DE HIELO EN EL PARABRISAS DEL CONVAIR. EL PILOTO DE NRC BRYAN CARROTHERS SE MUESTRA EN LA CUBIERTA DE VUELO
El equipo de 11 investigadores, incluidos siete de la NRC, también tomó mediciones extensivas de los estados atmosféricos para crear perfiles tridimensionales de temperatura y humedad. Además de la detección in situ de datos en la ubicación de la aeronave, el Convair también tenía sistemas de detección remota. Estos incluían tres radares de frecuencia diferentes para proporcionar información sobre las estructuras de nubes arriba, abajo y a los lados de la aeronave: «Te da una imagen tridimensional de cómo están estructuradas las nubes», dijeron Wolde y LiDAR (Detección de luz y rango) para identificar la ubicación de gotas súper frías.
El proyecto, que se basó en Rockford, Illinois, al oeste de Chicago, se basó en el apoyo en tierra de varios sitios instrumentados y en la comunicación por satélite en tiempo real para dirigir la aeronave a condiciones óptimas de nube. La zona de vuelo en sí se extendió desde Wisconsin y el sur del Lago Superior hasta Michigan, y hasta el sur de Kentucky, pero la mayoría de los vuelos se realizaron adyacentes a la mitad sur del lago Michigan, donde las nubes probablemente traerían lluvia helada y llovizna.
Entre los muchos objetivos de ICICLE, los investigadores esperan mejorar algunos de los modelos de pronóstico desarrollados en los últimos años. Wolde señaló que los programas de engelamiento financiados por la FAA durante la última década han resultado en nuevas herramientas de algoritmos basados en datos satelitales de alta resolución y radares terrestres para ayudar a los pilotos a detectar y evitar el deterioro de las condiciones.
Aunque muchas aeronaves tienen sensores para indicar la acumulación de hielo y pueden acceder a sistemas satelitales o terrestres para obtener información en tiempo real sobre las condiciones meteorológicas en una trayectoria de vuelo planeada, «la aerodinámica de las aeronaves puede verse muy deteriorada o incluso destruida por un entorno de engelamiento particular», dijo Anthony Brown, piloto de pruebas del ingeniero de investigación de la NRC.
Las mejoras en la predicción del modelo de clima numérico y los avances del sistema de radar terrestre podrían significar información más precisa. Los mejores modelos de predicción y una mejor comprensión de los efectos que pueden ocurrir cuando una aeronave realiza transiciones a través de diferentes condiciones de formación de hielo, como las grandes gotas y la llovizna, podrían mejorar significativamente la seguridad del vuelo. Saber qué tan rápido están empeorando las condiciones de congelación también ayudaría a los aeródromos a determinar cuándo o si cerrar, ya que los sistemas meteorológicos pasan por encima. Cuanto antes se pueda anticipar, mejor será para los aviones que están en vuelo o los que están a punto de despegar que puedan cambiar sus planes de vuelo y hacer otra cosa. Estos detalles son los que Anthony Brown ha experimentado como ingeniero de investigación de la NRC.
Aunque no era una parte principal de la misión, los investigadores del NRC también probaron la nueva tecnología de sensores desarrollada recientemente por la industria. «NRC ha estado trabajando con compañías para desarrollar y validar nuevos sensores», dijo Wolde. Volar a través de glaseado pesado no es para los débiles de corazón. La experiencia y el tipo de aeronave cuentan mucho, dijo Brown. Antes de unirse a la NRC en 2002, voló en Europa y realizó investigaciones de vuelo en Australia, a menudo volando al sur de Nueva Zelanda y hasta Japón en entornos de nubes de hielo similar a América del Norte. Cuando vio por primera vez el Convair 580, Brown admitió que tenía sus dudas sobre qué tan bien se desempeñaría. «Tiene algunas características que se ven bien y otras que no se ven tan bien».
Pero inmediatamente se lanzó a las campañas de Alliance Icing Research Studies (AIRS) II que la NRC estaba llevando a cabo con agencias estadounidenses y europeas en ese momento, y descubrió que el diseño del Convair y su sistema de protección contra el hielo eran verdaderamente únicos. «Es muy raro que la aerodinámica mejore con la formación de hielo», dijo Brown. «En mi experiencia, el NRC Convair es la mejor plataforma de engelamiento en vuelo que he encontrado para entornos de engelamiento muy severos». De hecho, la acumulación de hielo en las puntas de algunos de los sensores, en lugar del propio avión, en ocasiones obligó al equipo a caer o elevarse a un aire más cálido para permitir que los sensores se calienten antes de que los investigadores puedan continuar con las mediciones. «Los sensores a veces no pueden hacer frente al entorno en el que volamos», dijo Wolde.
Durante los próximos seis meses, NRC y los científicos afiliados realizarán un control de calidad de los datos antes de distribuirlos a la comunidad internacional de investigación para su análisis. Wolde dijo que los cambios en los modelos de predicción o la certificación de aeronaves probablemente estén a muchos años de distancia, pero a medida que los investigadores revisan la información, en un año o dos podría obtener algunos ajustes de los modelos.
Ice formation study
The National Research Council of Canada (NRC) studies the formation of ice on aircraft
The National Research Council of Canada (NRC) completed a six-week project in March 2019 under the Air Meteorology Research Program of the Federal Aviation Administration (FAA). The collaboration between the National Center for Atmospheric Research, Environment and Climate Change of the United States (NCAR) and other US and European agencies gathered data that could one day help improve weather models and forecasts for all freezing conditions.
Flight AE-4184
On October 31, 1994, the American Eagle Flight 4184 flight crashed in a field en route from Indianapolis, Indiana, to Chicago, Illinois, and killed the 68 passengers and crew aboard. According to the National Transportation Safety Board (NTSB), among the probable causes of the loss of control of the ATR 72 was «a sudden and unexpected reversal of the moment of the aileron hinge that occurred after a layer of ice increased beyond the ice boots». Among the factors that contributed, the NTSB said there was a lack of information in the flight manuals and in the flight crew training programs on the «previously known effects of freeze precipitation on stability and control characteristics, the autopilot and related operational procedures of the aircraft. So was the failure of the Federal Aviation Administration (FAA) to ensure that the aircraft icing certification requirements, the operational requirements for the flight to icing conditions, and the FAA published the aircraft icing information properly representing the dangers that can result from a flight in an icy rain and other icing. terms».
If there was a positive outcome of the tragic accident, the accident caused decades of research to better understand the effects of ice buildup on aircraft, as well as new regulations and aircraft certification standards to reduce the likelihood of future disasters. Even so, accidents caused by the formation of ice during the flight continue to be a recurring tragedy for aviation.
PICTURED IS THE NRC’S CONVAIR AIRCRAFT ON FEB. 14 BEFORE A FLIGHT. SOME OF THE SENSORS AND THE HOUSING FOR THE NRC W AND X-BAND RADAR (NAWX) CAN BE SEEN
Known as ICICLE (In-Cloud ICing and Large-Drop Experiment), the project involved more than 100 flight hours through various states of icing (extreme cold, large drops, freezing rain, freezing drizzle) to test whether on-board tools and sensors and the ground Data-based radars can differentiate between different ice formation environments. The data was collected using the NRC Convair 580, a twin-engine research aircraft equipped with more than 30 sensors installed throughout the aircraft and through inputs designed to draw air for sampling. «It’s a fairly extensive instrumentation in terms of cloud and aerosol detection», said Mengistu Wolde, a senior NRC research officer and project leader. «We take measurements of cloud microphysics, from the size of the aerosol (particles), condensation nuclei of the cloud, to particles of large precipitation in centimeters».
The team of 11 researchers, including seven from the NRC, also took extensive measurements of weather to create three-dimensional profiles of temperature and humidity. In addition to in situ detection of data at the location of the aircraft, the Convair also had remote sensing systems. These included three different frequency radars to provide information about cloud structures above, below and to the sides of the aircraft: «It gives you a three-dimensional image of how clouds are structured», said Wolde and LiDAR (Light and Range Detection) to identify the location of super cold drops.
The project, which was based in Rockford, Illinois, west of Chicago, relied on ground support from several instrumented sites and real-time satellite communication to direct the aircraft to optimal cloud conditions. The flight zone itself extended from Wisconsin and south of Lake Superior to Michigan, and to southern Kentucky, but most of the flights were made adjacent to the southern half of Lake Michigan, where the clouds would likely bring freezing rain and drizzle.
Among the many objectives of ICICLE, researchers hope to improve some of the forecast models developed in recent years. Wolde noted that the icing programs funded by the FAA over the past decade have resulted in new algorithm tools based on high resolution satellite data and ground radars to help pilots detect and prevent deteriorating conditions.
Although many aircraft have sensors to indicate the accumulation of ice and can access satellite or terrestrial systems to obtain real-time information about the weather conditions in a planned flight path, «the aerodynamics of aircraft can be very deteriorated or even destroyed by a particular icing environment», said Anthony Brown, test pilot for the NRC’s research engineer.
Improvements in the prediction of the numerical climate model and the advances of the ground radar system could mean more accurate information. The best prediction models and a better understanding of the effects that can occur when an aircraft transitions through different icing conditions, such as large drops and drizzle, could significantly improve flight safety. Knowing how fast the freezing conditions are worsening would also help aerodromes determine when or if to close, as weather systems pass overhead. The sooner you can anticipate, the better it will be for airplanes that are in flight or those that are about to take off that can change their flight plans and do something else. These details are what Anthony Brown has experienced as an NRC research engineer.
Although it was not a main part of the mission, the NRC researchers also tested the new sensor technology recently developed by the industry. «NRC has been working with companies to develop and validate new sensors», Wolde said. Flying through heavy frosting is not for the faint of heart. The experience and the type of aircraft count a lot, Brown said. Prior to joining the NRC in 2002, he flew in Europe and conducted flight research in Australia, often flying to southern New Zealand and to Japan in ice cloud environments similar to North America. When he first saw the Convair 580, Brown admitted that he had his doubts about how well it would perform. «It has some features that look good and others that do not look so good».
But he immediately launched into the Alliance Icing Research Studies (AIRS) II campaigns that the NRC was carrying out with US and European agencies at that time, and discovered that the design of the Convair and its ice protection system were truly unique. «It’s very rare that aerodynamics improve with the formation of ice», Brown said. «In my experience, the NRC Convair is the best in-flight icing platform I have found for very severe icing environments». In fact, the accumulation of ice at the tips of some of the sensors, instead of the airplane itself, sometimes forced the team to fall or rise to a warmer air to allow the sensors to warm up before the researchers can continue with the measurements. «Sensors sometimes can not cope with the environment in which we fly», Wolde said.
Over the next six months, NRC and the affiliated scientists will perform data quality control before distributing them to the international research community for analysis. Wolde said that changes in prediction models or aircraft certification are probably many years away, but as researchers review the information, in a year or two it could get some model adjustments. A \ W
Ξ A I R G W A Y S Ξ
SOURCE: Airgways.com
DBk: Nrc.canada.ca / Ncar.ucar.edu / Skiesmag.com
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