Korkeat hissilaitteet . Kuten slats, läpät ja spoilerit.Ovat kriittisiä lisänoston aikaansaamiseksi nousun ja laskun aikana, jolloin ilma-alukset voivat toimia turvallisesti pienemmillä nopeuksilla. Kuitenkin nämä altistuneet pinnat ovat erityisen alttiita likalle (lieju, hyönteisjäännnös ja biologinen aines) ja jään yhdistymiselle. Jopa ohuet kontaminaatiotasot voivat häiritä herkkää ilmanvirtausta siiven yli, heikentää nostoa ja lisätä vetämistä. Viime vuosina kehittyneet pinnat ovat kehittyneet tekniikat ovat osoittautuneet tehokkaaksi strategiaksi pitää nämä pinnat puhtaina ja jäättöminä, mikä parantaa sekä turvallisuutta että toiminnallista tehokkuutta.

Riskien ymmärtäminen: Fouling and Ice on High Lift Devices

Haavoittuminen ja jään kertyminen ovat erillisiä mutta usein toisiinsa liittyviä haasteita. Fouling viittaa kiinteiden epäpuhtauksien tarttuvuuteen.Puhut, hiekka, moottorin pakokaasun noki, hyönteiset iskevät ja jopa mikrobien kasvua ilma-aluksen ihoon. Korkealla nostolaitteella, joka ulottuu ilmavirtaan hidastetuissa vaiheissa, epäpuhtaus häiritsee rajakerrosta ja voi laukaista ennenaikaista virtauksen erotusta.

Jään kertyminen on akuutimpaa. Kun superjäähdytettyjä vesipisaroita pilvissä tai jäätyvät sade iskee ilma-aluksen pintaan, ne jäätyvät kosketuksessa, muodostavat rimaa tai lasittavat jäätä. Jää jää on karua ja läpinäkymätöntä, kun taas lasi jää on kirkas ja tiheää, joskus muodostavat sarvet, jotka vääristävät vakavasti siiven muotoa. Jään latva- tai läpät voivat estää niiden käytön tai muuttaa niiden kameroita, mikä johtaa äkilliseen hissin menetykseen.Eräs säätäminen on vaikuttanut moniin onnettomuuksiin. Sääntelyelimet, kuten [] Liittovaltion ilmailuhallinto (FAA)[], vaativat tiukkoja jään- ja jäänpoistomenetelmiä, mutta ne ovat usein aikaa vieviä, polttoainetta vaativia ja eivät aina täysin tehokkaita vaikeissa olosuhteissa.

Aerodynaaminen vaikutus

Jopa ohut kerros pakkasta .0.04 mm (0,016 in) .Voisi vähentää hissiä jopa 30% ja lisätä vetämistä 40% tyypillisellä ilmafoliolla. Korkean nostolaitteen, joka toimii lähellä suurinta nostokerrointa, marginaali on vieläkin kapeampi. Saastuminen slat etureunassa voi aiheuttaa epäsymmetristä vitkastelua, kun taas jää on siipien voi estää asianmukaisen tiivistymisen, jolloin painevuoto, joka vähentää tehokkuutta. Fouling myös nopeuttaa korroosiota, erityisesti noin kiinnikkeet ja sarana pistettä, mikä johtaa lisää huoltokustannuksia.

Miten edistyneet pinnoitteet toimivat: Fyysiset periaatteet

Kehittyneet pinnoitteet käsittelevät pinnan kemiaa ja mikro-/nano-texture-jäätymistä. Keskeiset parametrit ovat pintaenergia (hydrofobicity/hydrofiilisyys) ja rakenne (kovuus tai kuvioidut rakenteet). Matalan pinnan energia hylkii vettä, mikä aiheuttaa pisaroiden ruveta ja rullaa ennen kuin ne voivat jäätyä. Alempi veden tarttuminen myös vähentää saasteiden tarttumiskykyä. Jään pinnoite menee pidemmälle minimoimalla jään lujuutta ja pehmennä sidettä, joten kaikki jään muodostavat voivat vapautua aerodynaamisista voimista tai hellävaraisesta lämmityksestä.

Kolme pääryhmää hallitsee nykyistä tutkimusta:

  • Hydrofobiset ja superhydrofobiset pinnoitteet[ . Vesikosketuskulmat >150°, joissa on matala liukukulma. Dropletit pomppaavat tai pyörivät pois, kantaen likaa niiden kanssa. Lotus-vaikutus on klassinen esimerkki.
  • Jääkameroiden pinnoitteet[ .
  • Ennalta kiinnittymistä estävät pinnoitteet[] .

Kehittyvä teknologia: Slips ja liukas pinnat

Uudempi lähestymistapa on liukas neste-infusoitu huokoinen pinta (SLIPS)[], joka on inspiroitu Nepenthes-kannutehtaalla. Huokoinen substraatti on infusoitu voitelunesteellä, joka luo erittäin pehmeän, kaikkivoivan pinnan, joka hylkii vettä, öljyä ja jäätä. SLIPS-järjestelmä on osoittanut poikkeuksellisen suorituskykyä laboratoriotesteissä, joissa jään tarttuvuus on alle 5 kPa ja itseparannusominaisuudet. Kestävyys sateessa ja hiekan eroosiossa on kuitenkin edelleen haasteellista ilmailukäytössä.

Hybridipäällysteet

Monissa nykyaikaisissa pinnoitteissa yhdistyvät useita toimintoja. Esimerkiksi superhydrofobinen kerros voidaan päällystää jääkammoisella polymeerillä tai kiinnittymisenestobiosidit voidaan upottaa hydrofobiseen matriisiin. Tällaisilla hybridimatriiseilla pyritään käsittelemään sekä epäpuhtautta että jäätymistä samanaikaisesti, mikä on tärkeää, koska jäätä muodostuu usein lian päällä, jolloin poisto on vielä vaikeampaa.

Ilma-alusten hissilaitteiden käyttömenetelmät

Kehittyneiden pinnoitteiden käyttö korkealle kohotuslaitteisiin vaatii tarkkuutta. Komponentit, kuten slatit ja läpät, on usein valmistettu alumiiniseoksista tai komposiiteista, ja pinnoitteen on oltava kiinni vaikuttamatta väsymisaikaan.

  • Ruiskutuspinnoite (aerosoli tai ilma-avusteinen)
  • Pienosien dippipinnoite
  • Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) tai fysikaaliset höyrypinnoitus (PVD) ohuille, kestäville kalvoille
  • Keraamisten pinnoitteiden Sol-gel-prosessit

Kun pinnoitteet on käytetty, ne on kovetettu valvotussa lämpötilassa ja kosteudessa. Olemassa olevien laivastojen jälkiasennus voi vaatia vanhan maalauksen ja pintakäsittelyn poistamista (esim. anodisointi tai plasmakäsittely). Koko prosessin on oltava ilmailu- ja avaruusstandardien kuten SAE AMS3674 liimasidonnan osalta.

Reaalimaailman toiminnan hyödyt

Lentoyhtiöt ja liikenteenharjoittajat ovat yhä enemmän siirtymässä edistyneisiin pinnoitteisiin kustannusten alentamiseksi ja turvallisuuden parantamiseksi.

  • Jäähdytteen poistonesteen käyttö [ ... ....jään muodostumista voidaan hidastaa jään peitolla, mikä tarkoittaa sitä, että glykolia tarvitaan vähemmän ennen lähtöä. Yksi lentoyhtiö ilmoitti jäänpoistokustannusten pienenevän 30% ilma-alusten johtavien reunapintojen päällystämisen jälkeen.
  • Pieni polttoaineen poltto[ ... .......................................................................................................................................................................................................................................
  • Lisätyt huoltovälit[ ... .......................................................................................................................................................................................................................................
  • Parempi jälleenmyyntiarvo[ .

Integrointi nykyisiin jäänsuojajärjestelmiin

Kehittyneet pinnoitteet eivät ole itsenäinen ratkaisu; ne toimivat parhaiten yhdessä lämpötilojen (vuodatetun ilman tai sähkön) ja pneumaattisen jäänpoistojärjestelmien kanssa. Esimerkiksi superhydrofobinen pinnoite voi estää veden kastumista pinnoitteen pinnoitteen jään säilyttämiseen tarvittavalla energialla. Jotkut pinnoitteet on suunniteltu yhteensopiviksi jäänestosaappaan kanssa, toiset voidaan käyttää sähkölämpölämmittimien päälle. NASA Advanced Air Transport Technology Project on aktiivisesti testaamassa tällaisia integroituja järjestelmiä tutkimuskoneissaan.

Haasteet ja rajoitukset

Lupauksista huolimatta useita esteitä on vielä jäljellä ennen kuin ne hyväksytään laajalti:

  • Kesto [] . Pinnoitteiden on kestettävä sadeeroosiota yli 250 kt:n nopeuksilla, ultraviolettialtistuksella, lämpötilanvaihtelulla −60 °C:sta +90 °C:seen ja toistuvalla kosketuksella kiitotieromun kanssa. Monet superhydrofobiset pinnat hajoavat vain muutaman sadan lentosyklin jälkeen.
  • Raaputuskyky[ ... .......................................................................................................................................................................................................................................
  • Terveys[ . ...] Kaikki lentokriittiselle pinnalle levitettävät pinnoitteet on testattava laajasti, jotta voidaan osoittaa, ettei ne muuta rakenteellista lujuutta, aiheuta galvaanista korroosiota tai lisää paloriskiä. FAA ja Euroopan unionin lentoturvallisuusvirasto (EASA) eivät ole vielä antaneet erityisiä ohjeita jääkammoisista pinnoitteista.
  • Kustannukset[ . Vaikka toimintakustannukset laskevat, etukäteen kustannukset pinnoitteen koko laivaston voi olla korkea. Takaisinmaksuajat vaihtelevat kuudesta kuukaudesta kolmeen vuoteen riippuen lentoreiteistä ja ilmastosta.

Tulevaisuudennäkymät ja tutkimussuuntaukset

Tutkimus kiihtyy näiden rajoitusten poistamiseksi. Lupaavia ohjeita ovat:

  • Itsestään parantavia pinnoitteita[] . Mikrokapsulit sisältävät parantavia aineita, jotka korjaavat naarmuja itsenäisesti ja pidentävät pinnoitteen käyttöikää.
  • Vastauspinnat[ . Materiaalit, jotka vaihtavat hydrofobinen ja hydrofiilinen tilat perustuvat lämpötilaan tai sähkökenttiin, jolloin aktiivinen valvonta fouling ja jää.
  • Nanokomposiittipinnoitteet .
  • Bio-inspiroidut tekstuurit[ ... .................................................................................................................................................................................................................................

Useat tutkimusryhmät, mukaan lukien -yliopiston ja -Alankomaat-järjestön (TNO)[ tutkimusryhmät ovat osoittaneet monitoimisia pinnoitteita, jotka vähentävät jään tarttuvuutta yli 95 prosentilla ja pitävät yllä suorituskykyä 500 tunnin nopeutetun eroosiotestauksen jälkeen.

Taloudelliset ja ympäristövaikutukset

Kestävään ilmailuun pyrkiminen on myös pinnoiteen käyttöönottoa. Jäänpoistonesteen vähentäminen tarkoittaa etyleeniglykolin valumista veteen, mikä on myrkyllistä vesieliöille. Alempi polttoaineen polttaminen vähentää hiilidioksidipäästöjä. Joka painokiloa kohti, joka säästää poistamalla jäänsuojanesteen, ilma-aluksen voi kuljettaa enemmän hyötykuormaa. Kun maailmanlaajuinen lentoliikenne kasvaa, jonka ennustetaan kaksinkertaistuvan vuoteen 2040.

Päätelmät

Kehittyneet pinnoitteet ovat ilmailualan muuntautumisteknologiaa, joka tarjoaa käytännön keinon lieventää rikkeettömyyttä ja jään kertymistä korkealla hissillä. Vaikka kestävyys- ja sertifiointihaasteet ovat edelleen olemassa, materiaalien tieteen ja testauksen nopea edistyminen tuo näitä ratkaisuja markkinoille. Laivaston käyttäjille taloudelliset ja turvallisuuskannustimet ovat selkeitä: puhtaammat, jäättömät pinnat merkitsevät parempaa suorituskykyä, alhaisempia kustannuksia ja vähemmän viivästyksiä. Seuraavalla vuosikymmenellä edistyneistä pinnoitteista tulee todennäköisesti vakiolaitteita uusille lentokoneille, ja jälkiasennusohjelmat auttavat myös olemassa olevia kalastuslaivastoja hyötymään.