Avioni mogu letjeti po mećavi jer se prvo testiraju u ovoj zatvorenoj

U KOLOVOZSKIM DANIMA U FLORIDA PANHANDLEU, tropska vrućina sve kuha na pari. Vozači UPS-a lupaju mokre maramice na čelo. Parkovi za mini golf s piratskom tematikom, svjetlucavi poput fatamorgane, ležali su napušteni. Ali nekoliko milja od motela u Gulfu i trgovačkih centara na pješčanim plažama, inženjeri poput Kirka Parrisha suočavaju se s najgorim snježnim olujama u životu. Ogrnuti jaknama, pokreću svoje kamionete na hladno i voze ravno u oštru mećavu od minus 40 stupnjeva. U zatvorenom prostoru.

"Potpuno je ludo vidjeti snježnu oluju u zatvorenom", kaže Parrish, inženjer za dizel motore u Ford Motor Company čiji je posao osigurati da se vaš F-150 može pokrenuti i voziti u ekstremnim uvjetima Prudhoe Baya. Kako bi dokazao da može i dotjerao stvari ako ne može, svakog ljeta putuje u klimatski laboratorij McKinley u zračnoj bazi Eglin. Rasprostranjen u nekoliko zgrada, laboratorij je najveće postrojenje za ispitivanje vremenskih uvjeta u zatvorenom prostoru na svijetu i može dočarati gotovo sve meteorološke opasnost: ledene oluje, korozivna magla, jaka kiša (do 27 inča na sat), vrućina od 165 stupnjeva, vlaga u džungli i 40 milja na sat pješčane oluje.

Laboratorij radi od 1947., kada je Zračni korpus američke vojske (sada Zračne snage) tamo počeo procjenjivati ​​ratne ptice. Nekoliko godina kasnije otvorio je vrata ostatku vojske, a krajem 1980-ih i privatnim tvrtkama. Od tada je služio kao poligon za sve vrste robe široke potrošnje, od Fordovih kamiona do Goodyear zimskih guma do Googleovih internetskih balona Project Loon. To je posljednja postaja za većinu komercijalnih mlažnjaka koji traže FAA certifikat. Laboratorij je testirao gotovo sve ratne zrakoplove u američkom arsenalu, uključujući Northrop Grummanov B-29 bombarder, Lockheed Martinov C5 Galaxy transport (koji je jedva prešao strop) i F-35 Joint Strike Borac. "Ne mogu vam reći za vojni zrakoplov koji nije prošao ovuda", kaže šef laboratorija Dwayne Bell, koji je u svom 26-godišnjem mandatu vidio stotine mlažnjaka.

Jednog dana sredinom travnja, Bell je upravljao logistikom za najmanje desetak proizvoda svih proizvođača i veličina. Dolazili su, odlazili ili molili za mjesto u njegovu rasporedu. Kasnije ove godine očekuje vidjeti Bombardier Global 7000, novi poslovni mlažnjak ultradugog doleta. "Činjenica je da dobivamo zahtjeve za svakakve stvari", kaže on. “Razgovaramo s tvrtkom koja proizvodi opremu za bušenje na moru. Jučer me nazvao jedan koji želi donijeti frezu za snijeg.”

MNOGE PODUZEĆA ČIJI PROIZVODI TREBAJU ODRŽATI NA LOŠE VREMENSKO VRIJEME izlažu svoje čizme, šatore, rukavice, avione, brodove i kamione izravnom napadu Majke Prirode. Ali čekati da ona ispusti svoje najgore - i ravnomjerno ga primijeni na svoj prototip na udaljenim mjestima kao što su Arktik ili Amazona - puno je vremena za žvakanje. I smanjuje proračun za istraživanje i razvoj. Osim toga, stvarno je teško točno izmjeriti rezultate i pratiti probleme u teškim uvjetima, a zatim pritisnuti ponovi. I nije li to, uostalom, bit znanstvene metode: ponoviti eksperiment, ponuditi skepticima čvrste dokaze da vaše stvari funkcioniraju?

To je zapravo bio oštrouman uvid malo poznatog zapovjednika Zrakoplovnog korpusa američke vojske iz Drugog svjetskog rata: potpukovnika. Ashley McKinley. Stacioniran u Ladd Fieldu na Aljasci, bivši pilot — koji je fotografirao antarktičke ekspedicije američkog istraživača Richarda Byrda 1928. i 1929. — vodio je vojni odred za testiranje hladnog vremena. S obzirom na globalni rat, vojska je morala djelovati u mnogim ekstremima, od arktičke tundre do prašuma Dalekog istoka. McKinleyju je prijevoz materijala na Aljasku bio skup. I testiranje u varijabilnom otvorenom dalo je nejasne rezultate. Shvatio je da bi bilo djelotvornije i djelotvornije stvoriti vremensku prognozu na zahtjev i testirati pod kontroliranim uvjetima uz jednu desetinu cijene. U rujnu 1943., program hladnih ispitivanja preselio se u lako dostupnu zračnu bazu Eglin Field, na sjeverozapadnoj Floridskoj obali Meksičkog zaljeva. Četiri godine kasnije, novoizgrađena Glavna komora počela je kažnjavati svoje prve zrakoplove. I tijekom sljedećih 50 godina, laboratorij je testirao nekih 300 zrakoplova i 2000 drugih dijelova opreme, uključujući projektile, bombe, haubice i Humvee.

Početkom 1990-ih inženjeri, zavarivači i električari laboratorija započeli su temeljnu obnovu vrijednu 100 milijuna dolara kako bi prihvatiti veće zrakoplove i instalirati moderne rashladne i grijaće strojeve, kao i električne i parne oprema. Kada je preuređenje završilo 1997., centar je proširio svoj popis komercijalnih klijenata. Kako je vojna oprema postajala sofisticiranija, trebalo je više vremena da se dođe do faze testiranja. Dakle, komercijalni klijenti, kaže Bell, "pomažu platiti račune."

Danas laboratorij ima šest komora. Dvije najekstremnije sobe dodane su početkom 1970-ih kako bi zadovoljile globalni portfelj vojske. U komori za ispitivanje soli (50 stopa x 16 stopa široka i 16 stopa visoka), tehničari mogu raspršiti natrijev klorid koji izjeda metal kako bi ispitali otpornost na koroziju. Komora za sunce, vjetar, kišu i prašinu (50 stopa sa 50 stopa, i 30 stopa visoka) ima ventilatore koji mogu puhati pješčane oluje brzinom od 40 milja na sat, onakvu kakvu možete vidjeti kako američka vojska grokta u Afganistanu objavljuje na YouTubeu. A kako bi bolje simulirali vrijeme u zaljevskoj državi na Bliskom istoku, tehničari mogu uključiti grijaće lampe postavljene kao visokih 165 stupnjeva za pečenje tenkova, radarskih sustava, lansera projektila, tegljača zrakoplova i vojske transportira. Posada u McKinleyu nedavno je testirala novi vojni generator koji će se nalaziti izvan "malih šatorskih gradova", kaže Bell, za napajanje zraka, filtracije i električnih sustava.

Međutim, glavna atrakcija u McKinleyu je njegova Glavna komora. Sa širinom od 252 stope, dubinom od 260 stopa i visinom od 70 stopa na najvišoj točki, njegova veličina omogućuje laboratoriju da testira ekstremno velike avione. Najistaknutiji koji su prošli kroz njegova 200 tona teška čelična vrata uključuju Boeingov 787 Dreamliner, koji je zaradio njegova krila za loše vrijeme tamo 2010. i Lockheedov C-5M Galaxy transport, najveći avion koji je ikada ušao u SAD flota.

Primarni načini rada glavne komore su topli i hladni. Tijekom testiranja topline, posade mogu koristiti lampe za pečenje zrakoplova ili uključiti otvore za paru kako bi ga okupali u vlazi. Lampe mogu oponašati 24-satni solarni ciklus, paleći se u zoru, dostižući vrhunac u cvrčavoj vrućini od 140 stupnjeva, a zatim postupno zalazeći. Inženjeri će također provjeriti jesu li zrakoplovna i komunikacijska elektronika izdržale. "Većina električnih uređaja je zadovoljna kada je hladno, a ne kada je vruće", kaže Tom Sanderson, voditelj istraživanja i tehnologije za Boeing, koji je također bio direktor testiranja leta za 787.

Hladni način zatvorene petlje u laboratoriju stvoren je za drugi kraj termometra. Za stvaranje dubokog zamrzavanja, sustav radi kao vaš kućni klima uređaj. Hladi tekuće rashladno sredstvo, šalje ga kroz neke zavojnice, a zatim preko njih puše zrak. Zatim reciklira hladan unutarnji zrak kako bi još više ohladio stvari. Ali ovo nije prozorska jedinica. McKinleyjevi veliki kompresori mogu raditi na 1200 konjskih snaga (kao da imate Bugatti kao izvor energije). Njegovih šest primarnih rashladnih zavojnica visoko je 10 stopa, s kanalskim ventilatorima od 100 konjskih snaga koji mogu pokretati 78 500 kubičnih stopa zraka u minuti. Bellovoj posadi može trebati oko 12 sati da spusti živu u komori na minus 40, što je poželjna temperatura za simuliranje noćnog zaustavljanja na asfaltu na kanadskom Arktiku ili u Sibiru. Nakon što su svoj 787 hladili 12 sati, Boeingovi su inženjeri prošli kroz udžbenički restart: ispuštanje tekućina, servisiranje hidraulikom i korištenjem pomoćnog agregata za zagrijavanje kabine, baš kao što bi radili kada bi se pripremali za ukrcaj putnika.

McKinleyjevo osoblje zapravo ne testira avione niti bilo što drugo što uđe kroz njegova vrata. To je posao korporativnih zaposlenika i probnih pilota. Budući da su ti strojevi prototipovi, opremljeni su tisućama senzora i često ih prati čak 30 do 40 inženjera, od kojih desetak može sjediti u letjelici tijekom procjena. McKinley može provesti kabel od mlažnjaka do instrumentacijske kabine gdje tehničari laboratorija mogu zabilježiti nalaze za klijenta. "Za nas su to samo neobrađeni podaci", kaže Bell. "Ne znamo znače li brojke da je prošlo ili nije."

PRAVO ZABAVNO INŽENJERENJE POČINJE KADA AVION UPALI svoje motore unutar glavne komore. Fizika tlaka zraka kaže da bi to moglo uništiti zgradu i sve u njoj. Mlazni motor može usisati 1000 funti zračne mase u sekundi. Bez mjera opreza ta bi sila srušila zidove hangara. Stoga Bellov tim mora dovoditi zrak u hangar istom brzinom kojom ga motori gutaju. Oni postižu ovaj podvig—i održavaju ciljnu temperaturu—putem onoga što nazivaju sustavom kompenzacije zraka.

Za hladno testiranje, inženjeri super hlade snažno rashladno sredstvo poznato kao R30, ili metilen klorid, na -70 stupnjeva ili niže. Zatim pošalju ovaj napitak kroz niz zavojnica dok ventilatori preko njih upuhuju svježi zrak, generirajući snažan vjetar koji putuje kroz kanale i ulazi u glavnu komoru nešto ispod ciljane temperature od minus 40. Tamo ga mlazni motori uvlače i izbacuju natrag u svijet kroz ispušni kanal.

"U sustavu nema automatizacije", kaže Bell. “Imamo operatera hladnjače na slušalicama s pilotom u kokpitu. Dok pilot pomiče gas, on govori operateru za pripremu zraka, dobiva dopuštenje da nastavi, a naš tip ubrzava ventilatori za šminkanje zraka koji odgovaraju masi njegovog protoka zraka i manipulirajući ventilima za kontrolu količine tekućine koja ide naprijed-natrag kako bismo mogli kontrolirati temperatura."

McKinley je 24. rujna 2014. poduzeo jedan od svojih najizazovnijih testova ikada, kada je mali tegljač izvukao Lockheedov F-35B u glavnu komoru na šest mjeseci oštrog vremena. "To je bio veliki, veliki test za ovaj objekt", kaže Bell. "Stvari koje smo morali učiniti da bismo se pripremili bile su iste kao i uvijek, ali u mnogo većoj mjeri."

Postavka je bila luda. Manijakalni tvorci vremena u centru morali bi baciti sve klimatske ekstreme na F-35B dok njegov motor i turboventilator aktiviran pri lebdenju i brzinama leta—ispuštajući 40 000 funti potiska—bez stvarnog lebdenja ili leteći.

F-35B je morao sjediti 13 stopa od poda kako bi se smjestila njegova ispušna cijev, koja se može okretati za 90 stupnjeva i omogućuje lovcu okomito uzlijetanje i slijetanje. McKinleyjeva posada usidrila je mlaznjak za cementni pod tako što je pričvrstila cijevi na podupirače za slijetanje i spojila ih na okvir I-grede. Zavarivači su izgradili prilagođeni sustav kanala za prikupljanje svih ispušnih plinova über-jeta.

Nakon što su inženjeri proveli nekoliko tjedana procjenjujući letjelicu pod ekstremnim temperaturama, probni pilot Billie Flynn se ukrcao na test leta. Nitko nikada nije pokrenuo F-35B unutar zgrade. Deseci inženjera i vladinih dužnosnika stisnuli su se u prijenosnoj kabini tik uz vrhove krila aviona kako bi pratili stotine podataka dok je Flynn prolazio kroz kontrolni popis prije leta. “Ne bih rekao da se ikada uplašim,” kaže Flynn, “ali bio sam stvarno, jako nestrpljiv da shvatim kako bi bilo uključiti ovaj mlažnjak u zgrada iz koje se nije imalo kamo izbaciti.” S otiskom od 4000 četvornih stopa, testna platforma bila je najveća postavka ikada sastavljena McKinley. Kad je Flynn upalio motor i pritisnuo gas, osjetio je uobičajeni polet, ali avion - i zgrada - ostali su na mjestu. "Kad to osjetiš i prikovan si za platformu", kaže, "to je prokleto cool trik."

Flynn je nekoliko dana sjedio u kokpitu, testirajući motor na arktičkoj hladnoći od minus -40 stupnjeva i ledenim olujama izazvanim raspršivačima visokim 20 stopa, svaki s 300 mlaznica za raspršivanje vode. "Morali smo osigurati da se led ne nakuplja u zračnom tunelu laboratorija", kaže Marc Thompson, inženjer Lockheeda koji je sudjelovao u testu. "Želite biti sigurni da velik dio toga neće doletjeti u vaš avion."

Tijekom preostalih mjeseci testirane su stotine parametara sustava F-35B u desecima scenarija lošeg vremena. Inženjeri su ispitivali ulje, koje na hladnoći postaje viskozno, osiguravajući da se može kretati duboko u motor na -40 stupnjeva. Testirali su pilotov zaslon, pazeći da se ne klati na vrućini od 120 stupnjeva, i dalje dopuštajući operateru da locira neprijateljsku metu udaljenu 100 milja.

Očekivali biste da će svatko tko radi na stealth avionu vrijednom 100 milijuna dolara izbjegavati ono što su naučili, ali Flynn i Thompson kunu se da su bili iskreni - i da je mlažnjak bio bolji od očekivanog. "Računalni modeli bili su dobri", kaže Thompson. "Zaista se nismo iznenadili tijekom ovog testa."

Cijena za sve to navodno je iznosila čak 25.000 dolara dnevno, što Flynn smatra boljim od alternative: jurnjave za lošim vremenom diljem svijeta i nade za najbolje. “Ovo je jedino mjesto na svijetu gdje možemo kontrolirati sve uvjete do n-tog stupnja. I činite to opet i opet, kao u kontroliranom znanstvenom eksperimentu.”

Ili je možda samo zahvalan za stručnost koja mu je omogućila da priguši motor bez da sruši zgradu i zgnječi sve u njoj. “Sjećam se da sam pomislio”, kaže, “ako nešto pođe po zlu, ovo nije ono što želim imati u svojoj osmrtnici.”

Ovaj se članak izvorno pojavio u Ekstremno vrijeme pitanje od Popularna znanost.