«Умную кожу» для самолетов создали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Инновационное покрытие самостоятельно определяет появление льда на фюзеляже и других частях судна, удаляет его и контролирует результат. Об этом сообщает информационное агентство ТАСС.
«Наиболее опасным считается температурный диапазон от 0 до минус 10 градусов. Именно в этих условиях на самолетах формируется «стекловидный» лед – прозрачный, прочный и практически незаметный. Ученые Пермского политеха разработали «умное» покрытие для борьбы с обледенением: оно самостоятельно определяет появление льда, удаляет его и контролирует результат. В основе технологии – активный вибрирующий компонент (пьезоэлектрический), то есть слой со специальной структурой расположения электродов, который создает мощные вибрации для сброса ледяного покрова», – рассказали в ПНИПУ.
По словам ученых, традиционные технологии – подача нагретого воздуха от двигателей, электрические обогреватели или использование химических составов – потребляют много энергии и требуют постоянного контроля со стороны пилотов, не гарантируя стабильной работы в течение всего полета. Более современные противообледенительные механизмы используют пьезоэлектрические элементы – специальные материалы, которые начинают вибрировать под действием тока. Они способны разрушать ледяной покров толщиной от 1 до 4 мм за счет автоматического усиления вибраций и перехода в резонансный режим. Существующие пьезоэлектрические системы используют простые параллельные или сеточные электроды, которые создают относительно слабое и неравномерное электрическое поле, что приводит к локальным вибрациям недостаточной мощности для разрушения прочного льда или больших поверхностей, таких как крылья самолета.
Как рассказал профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, доктор физико-математических наук Андрей Паньков, суть метода ученых Пермского политеха в том, что традиционное расположение электродов заменяется на две взаимодействующие подсистемы IDE-электродов в виде двух «гребенок», в которых «зубчики» (штыревые электроды) одной расположены между зубчиками другой, или же в форме плоской или цилиндрической двойной спирали электродов.
Физически это выглядит, как многослойная структура, где основа – это пластина из пьезоэлектрического материала с нанесенными или встроенными электродами. Сверху конструкция защищена полимерным покрытием, а по краям выведены контакты для подключения питания, что обеспечивает интеграцию устройства в бортовую сеть самолета.
– Прежде чем изготовить такое устройство, мы выполнили компьютерное моделирование и испытали уменьшенные прототипы. В ходе экспериментов изучали, как разные частоты колебаний и толщина льда влияют на эффективность очистки. Результаты подтвердили способность механизма разрушать лед толщиной до 5 миллиметров. При этом особенностью конструкции является встроенная самодиагностика: в режиме очистки сила тока достигает максимума, а после сброса льда падает до минимума. Именно интеллектуальность является ключевым преимуществом данной технологии – система способна самостоятельно определять момент появления льда, активировать процесс очистки и отключаться после его завершения. Это происходит без дополнительных датчиков и позволяет значительно экономить энергию, – отметил Паньков.
Полный цикл очистки – от обнаружения ледяного слоя до его полного удаления – занимает от нескольких секунд до минуты, это зависит от площади обледенения и его толщины. Такая скорость очистки достигается в том числе благодаря внешнему полимерному слою (защитной пленке), который при вибрациях интенсивно выделяет тепло, дополнительно ослабляя сцепление льда с поверхностью.
Комбинированное воздействие – механическое и тепловое – гарантировано сбрасывает ледяной панцирь с самолета даже в самых сложных погодных условиях. Так, по данным вуза, общая эффективность системы на 30 процентов выше, чем у традиционных противообледенительных технологий, а энергозатраты ниже на 70–90 процентов.
Подготовил Роман БОНДАРЧУК, УзА