Гладкие гидрофобные покрытия могут оказаться более эффективны при борьбе с авиационным обледенением
Чтобы предотвратить опасное обледенение самолетов, применяют специальные жидкости и разрабатываются гидрофобные покрытия, снижающие смачиваемость корпуса и замерзание на нем воды. Вместе с тем информации о том, эффективно ли сочетание этих мер, довольно мало. Исследователи выяснили, как гидрофобные покрытия влияют на защитное действие противообледенительных жидкостей.
Результаты их экспериментов показали, что смачиваемость обшивки не снижает эффективность обработки противообледенительными жидкостями. Однако, скапливание данных жидкостей в рельефе поверхности ухудшает противообледенительные свойства гидрофобных покрытий.Лед на поверхности самолета не только ухудшает его аэродинамику, но и может нарушить работу двигателей и управляющих устройств, поэтому необходимо уделять большое внимание борьбе с обледенением воздушных судов. Пока самолет находится на земле, его обрабатывают специальными жидкостями, и в результате на поверхности образуется защитная пленка, которая не позволяет воде от атмосферных осадков замерзнуть на корпусе. Однако этого хватает только на время взлета: когда самолет разгоняется, остатки жидкости сдуваются с поверхности.
Во время полета от льда воздушное судно защищают специальные системы, например подогрев или надувные протекторы. Для повышения их эффективности авиапроизводители вместе с учеными разрабатывают гидрофобные покрытия, которые отталкивают воду (по сути уменьшают смачиваемость) и снижают сцепление льда с поверхностью. Недавние исследования канадских ученых показали, однако, что такие подходы могут помешать противообледенительной жидкости создать защитную пленку.
Исследователи Сколковского института науки и технологий решили выяснить, действительно ли смачиваемость поверхности алюминия, который используется в обшивке самолета, влияет на защитные свойства противообледенительных жидкостей. В ходе эксперимента они создали условия ледяного дождя и наблюдали за образованием льда на супергидрофильных, по которым жидкость хорошо растекается, и гидрофобных алюминиевых пластинах, покрытых противообледенительными жидкостями.
Оказалось, что на самом деле смачиваемость пластин не влияет на эффективность такой обработки, что не совпадает с выводами канадских исследователей. Российские ученые считают, что причиной противоположных результатов может быть поверхностное натяжение и вязкость противообледенительных жидкостей. В будущих исследованиях необходимо также учитывать шероховатость поверхности, потому что их обледенение происходит дольше. Кроме того, результаты этой работы показали, что скапливание жидкости в текстуре поверхности ухудшает водоотталкивающие свойства гидрофобных покрытий.
«Мы считаем, что гладкие гидрофобные покрытия, вероятно, более предпочтительны, чем шероховатые супергидрофобные покрытия, когда предполагается их контакт с противообледенительными жидкостями», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ Виктор Гришаев, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD), старший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий.
Работа выполнена при поддержке гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в журнале International Communications in Heat and Mass Transfer.