Исследование ученых Томского политеха позволит создавать эффективные технологии против обледенения самолетов

Как поведение капель воды влияет на обледенение самолетов, выяснят исследователи Томского политехнического университета с коллегами из Новосибирска. Совместный проект ученых Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Томского политеха и Института теплофизики СО РАН недавно получил грантовую поддержку Российского научного фонда. Исследование направлено на комплексное изучение процесса с учетом широкого диапазона параметров капли и свойств поверхности. Полученные данные позволят создавать эффективные противооблединительные системы самолетов и модифицировать авиационные материалы.

Проблема обледенения транспорта в процессе эксплуатации — одна из актуальных проблем аэрокосмической отрасли. Оно происходит при наличии капель переохлажденной воды, которые во время полета ударяются об элементы фюзеляжа, лопасти, элементы двигателей и другие поверхности самолетов. Образующийся при этом лед изменяет структуру поверхности самолета, что снижает аэродинамику крыла и увеличивает расход топлива. Детальное понимание этого процесса позволит, например, создавать эффективные композитные материалы для авиации, которые будут менее подвержены процессу обледенения.

Ученые Томского политехнического университета и их коллеги из новосибирского Института теплофизики будут реализовывать проект, направленный на экспериментальное и численное изучение соударения капель жидкости с твердой стенкой с контролируемыми характеристиками на микро- и наномасштабе. Новизна исследования заключается в описании особенностей поведения капель воды на поверхностях различной смачиваемости, влияющих на инициирование их обледенения.

В исследовании будут учтены различные размеры капель жидкости — от микрометрового до миллиметрового диапазона, а также высокие скорости соударения капель со стенкой — выше 10 метров в секунду. Температура жидкости также будет варьироваться в широких диапазонах, в основном в сторону понижения относительно нормальных условий. Это позволит прогнозировать процесс взаимодействия капли и поверхности при эксплуатации самолетов на разных высотах. Кроме того, будут учитываться различные характеристики поверхности, которые тоже сильно влияют на процесс взаимодействия: смачиваемость (однородная и неоднородная), проникновение жидкости в структурированные и неструктурированные поверхности, микро- и наномасштабная шероховатость и другие. Еще один запланированный варьируемый параметр – изменение угла наклона целевой поверхности и, соответственно, изучение поведения капель при такой постановке,

Проблема обледенения стоит не только перед аэрокосмической отраслью. Результаты, полученные в рамках проекта, в перспективе позволят повысить эффективность оборудования в ряде отраслей промышленности. Решение аналогичных задач, например, актуально в энергетической промышленности — для предотвращения образования льда на лопастях ветряных турбин, линиях электропередач,

Коллектив приглашает молодых ученых присоединиться к исследованию. Это могут быть аспиранты, планирующие учиться по специальностям «Механика жидкости, газа и плазмы» и «Теплофизика и теоретическая теплотеплотехника», магистранты Инженерной школы энергетики ТПУ, а также других научно-образовательных учреждений Томска. Также в команду примут молодого ученого, имеющего или получающего компетенции, связанные с материаловедением, композитными материалами и характеристикой твердых поверхностей. Желающие могут обратиться напрямую к Максиму Пискунову по email:  [email protected] .