На крыле не тает лёд

Исследователи нашли простой способ, как улучшить методику тестирования противообледенительных жидкостей для самолётов.

Намёрзший лёд на крыльях самолёта может стать причиной авиакатастрофы при взлёте. В первую очередь, проблема обледенения актуальна для аэропортов, расположенных в северных широтах, где низкие температуры держатся по нескольку месяцев и больше. Сильный снегопад, не говоря уже о ледяном дожде, всего за одну ночь превратит припаркованное на стоянке воздушное судно в один большой сугроб или сосульку, а самолёт в отличие от машины, скребком и щёткой просто так не почистишь.  Но даже там, где всегда «плюс», у самолёта есть шанс «замёрзнуть» на земле: во время длительного полёта топливо в баках, расположенных в крыльях, охлаждается приблизительно до –40 градусов Цельсия, и после приземления на крыле может образоваться ледяная корка. Чтобы лёд, снег или иней не помешали самолёту успешно подняться в небо при любой температуре, его прямо перед взлётом обязательно обрабатывают специальными противообледенительными жидкостями.

Противообледенительная жидкость (а их существует два основных типа: удаляющие уже намёрзший лёд и предотвращающие образование нового льда) должна соответствовать стандартам, чтобы оператор, который «обливает» воздушное судно, был уверен в качестве обработки и к тому же не расходовал жидкость с избытком. Поэтому такие жидкости регулярно тестируют в лабораториях. Лабораторный тест имитирует образование льда на фрагменте обшивке самолёта. В специальной климатической камере на плоскую алюминиевую пластинку наносится противообледенительная жидкость и определяется, за сколько времени 10% поверхности пластинки покроется льдом. Чем быстрее пластинка покрывается льдом, тем хуже жидкость справляется со своими свойствами. Казалось бы, всё предельно просто, но есть одно но.

Ключевой момент теста – это определение момента времени, когда обледенело 10% площади пластинки. И это не так просто: тонкий слой льда прозрачен и его не всегда видно, что называется, на глаз. Часто оператору приходится вручную с помощью обычной зубочистки определять есть там лёд или нет. Всё это усложняет тестирование и делает его более дорогим. Исключить «человеческий фактор» из лабораторного теста можно с использованием инфракрасных камер, источников лазерного излучения с определённой длиной волны и систем компьютерного зрения, но это также не лучшим образом сказывается на стоимости тестирования (а оно не должно быть очень дорогим). Да и надёжность у подобных методов не всегда выше «обычного» визуального тестирования.

Как пишут в Cold Regions Science and Technology группа исследователей из Сколтеха, МФТИ, ГосНИИ ГА, Университета Северного Техаса и Йоркского университета, упростить лабораторный тест  противообледенительных жидкостей можно с помощью наблюдений за замерзающей пластинкой в поляризованном свете. Свойства поляризованного света используют в фотографии – с помощью поляризационных фильтров для фотообъективов можно убрать солнечные блики от воды или стекла и сделать цвета фотографии «сочнее». Аналогичный эффект «улучшения картинки» используют производители очков, например, солнцезащитных очков для водителей автотранспорта.

Оказалось, что алюминиевая пластинка, покрытая водой или противообледенительной жидкостью и пластинка с уже образовавшейся твёрдой коркой льда по-разному бликуют, и эту разницу хорошо видно в поляризованном свете. Если подсвечивать пластины в климатической камере поляризованным источником света, то наблюдая за образованием льда через полароидную плёнку, можно намного точнее определить время замерзания 10% площади пластинки. А для создания лабораторной установки исследователи кроме стандартной для подобных экспериментов климатической камеры понадобились только любительская цифровая «зеркалка» и дешёвая плёнка-полароид, которую используют для ремонта жидкокристаллических экранов.

Образование льда на алюминиевой пластине в климатической камере: обледенение, обнаруженное с помощью предложенного в исследовании подхода (слева), и видимое невооруженным глазом (справа). Источник: Viktor Grishaev et al./Cold Regions Science and Technology.

При обработке противообледенительными жидкостями уже настоящих самолётов возникают те же проблемы с «невидимой» ледяной коркой: качество удаления льда с крыльев лайнеров не редко определяют в прямом смысле на ощупь. Возможно, когда-то и в аэропортах появятся простые в использовании камеры, которые в режиме реального времени будут регистрировать образование льда на самолетах перед вылетом и вовремя оповещать экипаж и службы о необходимости проведения дополнительной противообледенительной обработки.