CC BY
53Решетневскце чтения
Известно существование установок на основе ТВЧ, которые позволяют нагревать только сварной шов для снятия остаточных напряжений. Поэтому существует необходимость проведения конструкторских работ по разработке подобных установок для локального нагрева поверхностей деталей, которые можно было бы использовать и для термообработки шаробаллонов.
Библиографические ссылки
1. Основы конструирования ракет-носителей космических / под ред. В. П. Мишина, В. К. Карраска. М. : Машиностроение, 1991.
2. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей / В. И. Гахун, Г. Г. Баулин и др.; под общ. ред. Г. Г. Гаулина. М. : Наука, 1989.
V. V. Azingareev JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant», Russia, Krasnoyarsk
FORMING TECHNOLOGIES FEATURES SPHERICAL SURFUCES BY PLASTIC DEFORMATION
The technology of manufacturing titanium spherical balloon, used in rocket engines.
© A3HHrapeeB B. B., 2012
УДК 629.7.067.5
И. О. Бобарика
Иркутский государственный технический университет, Россия, Иркутск
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Выполнен анализ существующих и перспективных направлений борьбы с обледенением летательных аппаратов. Рассмотрена природа возникновения обледенения, определены основные принципы перспективных методов борьбы с обледенением и их отличия от существующих. В ходе исследования была рассмотрена суть наноструктуризации поверхности материала, и приведены результаты исследований гидрофильного, гидрофобного и супергидрофобного наноструктурированного материалов.
Современные методы борьбы с обледенением подразделяются на активные и пассивнее. Пассивные -заключаются в обработке планера противообледени-тельной жидкостью (ПОЖ). Активные представляют собой тепловой, механический, электротепловой и пневматический способы борьбы с обледенением [1].
Однако каждый из указанных методов имеет целый комплекс недостатков:
- увеличение массы летательного аппарата (ЛА);
- существенное энергопотребление;
- внесение дополнительных сложностей в конструкцию ЛА;
- токсичность противооблединительных составов;
- необходимость привлечения специализированной техники и личного состава для обработки ЛА ПОЖ;
- необходимость постоянного слежения за состоянием противообледенительного покрытия («Концепция чистого воздушного судна»).
Более того, большинство борются не с причиной, а с последствиями, что обуславливает необходимость разработки принципиально новых типов противооб-леденительных систем (ПОС) которые позволяли бы бороться именно с причинами обледенения
В настоящее время выделяются следующие перспективные направления:
- разработка материалов с наноструктурированной супергидрофобной поверхностью для обшивки ЛА;
- разработка специальных покрытий, препятствующих образованию обледенения, а именно:
наносимых на поверхность упорядоченных наноструктур;
специальных красок.
По направлению разработки наноструктуриро-ванных материалов для обшивки ЛА исследователями из Гарвардского университета совместно со специалистами университета Висконсина (http://www.membrana.ru/particle/14342) была проведена работа, в результате которой были получены материалы с гидрофобной и наноструктурированной супергидрофобной поверхностями.
Для исследований были взяты три различные пластины: гидрофильная алюминиевая с шероховатой поверхностью, гидрофобная из фторированного кремния с гладкой поверхностью, супергидрофобная из фторированного кремния с наноструктурированной поверхностью. Испытуемые пластины были установлены под углом 30° к горизонту. Осуществлялось
Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
падение капель с высоты 100 мм. при температуре -10 °С на поверхности пластин. На гидрофобной поверхности лед образовывался менее интенсивно, чем на гидрофильной: на наноструктурированной супергидрофобной поверхности лед не образовывался вообще.
Для большей наглядности параллельно для тех же температур исследовалось столкновение капель с гидрофильной поверхностью шероховатого алюминия и поверхностью гидрофобного фторированного крем -ния, но уже без наноструктур. Поскольку главной задачей было понять, как происходит образование льда на поверхности, основное внимание было сосредоточено на каплях с температурой 0 °С, падающих на подложку с отрицательными значениями температур.
По результатам обработки данных экспериментов для каждой из трех поверхностей были сделаны следующие заключения:
- на шероховатой гидрофильной алюминиевой поверхности сужение капли после ее расширения незначительно. Это приводит к большой площади взаимодействия и, как следствие, к быстрому замерзанию капли;
- на гладкой гидрофобной поверхности, капли испытывают сильное сужение, но, тем не менее, сохраняют ненулевую площадь контакта и рано или поздно замораживаются;
- на наноструктурированной супергидрофобной поверхности капли воды сначала растекаются по микроскопическим выступам, а потом силами межмолекулярного взаимодействия снова собираются в сферическую форму, которая уже не удерживается на поверхности, а скатывается с нее, не успев замерзнуть. Если же температура слишком низка, капля превращается в округлую и слабо сцепленную с поверхностью частичку льда, которую легко сдувает ветер. Таким образом, никакого обледенения поверхности не происходит.
В качестве следующего перспективного направления выделяется разработка специальных покрытий, препятствующих образованию обледенения. Одним из таких покрытий является покрытие, содержащее упорядоченные наноструктуры. Специалисты Питтс-бургского университета (http://www.nanonewsnet.ru/ blog/nikst/nanotrubki-zashchityat-ot-obledeneniya) испробовали множество различных сочетаний силиконовых смол с наночастицами кремнезёма размером от 20 нм до 20 мкм для получения покрытия. Получившаяся в итоге тонкая пленка имитирует поверхность листьев лотоса: на ней формируются микроскопические хребты. Это сокращает площадь поверхности, на которую может попасть вода, что и, соответственно, предотвращает появление ледяной корки.
В качестве еще одного перспективного покрытия можно выделить разработанную инженерами компании Battelle (http://elementy.ru/news/431494) специальную краску на основе углеродных нанотрубок, которая нагревает поверхность самолета и при этом потребляет совсем мало энергии, кроме того, позволяет экономить место, уменьшает массу Л А, удобна в нанесения на изогнутые поверхности крыльев и фюзеляжа. Противообледенительное покрытие содержит углеродные нанотрубки и представляет собой их смесь с обычной краской, которой окрашивают самолеты. Но в отличие от обычной краски, покрытие от Battelle может нагреваться, питаясь от бортового генератора самолета. В настоящее время данное покрытие проходит масштабное тестирование в аэродинамической трубе с минусовой температурой, имитирующей полет на больших высотах.
Библиографическая ссылка
1. Руководство по противообледенительной защите воздушных судов на земле (Doc 9640 - AN/940) // Междунар. орг. гражд. авиации, 2000. 31 с.
I. O. Bobarika Irkutsk State Technical University, Russia, Irkutsk
NANOTECHNOLOGIES APPLICATION FOR DE-ICING AIRCRAFT
The article is devoted to the existing and future-oriented trends in aircraft de-icing. The work considers the nature of icing, identifies the basic principles of the promising methods for de-icing and their differences from existing ones. The study examines the essence of nanostructuring of material surface and presents the resultsof studies of characteristics of hydrophilic, hydrophobic and super hydrophobic nanostructured materials.
© Eo6apHKa H. O., 2012
