Чтобы спасти самолёты от обледенения, учёные проткнули жидкость

22.06.2022

Перед взлётом на корпус самолёта наносят слой противообледенительной жидкости, но капли дождя или даже самого́ распыляемого на фюзеляж раствора могут парадоксальным образом продырявить защитную плёнку, оставляя в месте своего падения уязвимые участки. Предпосылки появления такого рода дыр в вязких плёнках и предотвращения этого вредного явления определили учёные из Сколтеха и их коллега из Йоркского университета в недавно опубликованном в журнале Fluids исследовании. Ранее коллектив проделал аналогичную работу для маловязких жидкостей и показал «протыкание» воды в замедленной съёмке.

«Наша работа показывает, при каких условиях происходит разрыв жидкой плёнки от удара капель и как его избежать; а эта проблема характерна не только для противообледенительной обработки поверхностей, — объясняет первый автор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Виктор Гришаев. — Скажем, при распылении смазки на металлические детали работающего механизма падающие капли тоже могут оставить сухие участки, только они пострадают от трения, а не льда, но принцип тот же. Ещё пример: чтобы равномерно охлаждать раскалённую деталь распыляя на неё воду, нужно, чтобы от контакта с новыми каплями не нарушалась целостность ещё не испарившегося слоя воды».

Есть три основных параметра, на которые можно повлиять с инженерной точки зрения. Во-первых, чем толще плёнка, тем большего размера кратер от удара должен остаться, чтобы пробить в ней устойчивую брешь. При условии фиксированной толщины плёнки ограничить энергию столкновения, а значит избежать формирования кратера критического размера, можно уменьшив или размер капли, или скорость её падения.

«Наша наполовину эмпирическая модель связывает все эти параметры друг с другом, — рассказывает Гришаев. — Её предсказания хорошо согласуются с экспериментом, причём теперь даже для случая вязкой жидкости — можете представить себе мёд или смазочное масло. Дело в том, что в вязкой жидкости значительная часть энергии уходит на трение между молекулами в капле при деформируется от удара и в самой плёнке при формировании кратера».

Обеспечивая более детальное понимание процесса взаимодействия падающих капель с жидкими плёнками, исследование даёт возможность усовершенствовать технологические процессы: обработку противообледенительным раствором корпуса самолёта перед взлётом, охлаждения и смазка деталей.

Представленное в пресс-релизе исследование профинансировано грантом № 19-79-10272 Российского научного фонда.

Skoltech Communications