Високошвидкісні пристрої - такі як рейки, клапті, і псатори - критичні для створення додаткового ліфта під час зльоту і посадки, що дозволяє літаку безпечно працювати при низьких швидкостях. Однак ці відкриті поверхні особливо вразливі до фольгу (дир, незнімний залишок, біологічна речовина) і льодового принащення. Навіть тонкі шари забруднення можуть турбувати делікатний потік над крилом, деградующим підйомом і збільшенням перетягування. У останні роки передові технології покриття виявляються як потужна стратегія для збереження цих поверхонь чистою і без льоду, що посилюється як безпека і оперативна ефективність.

Розуміння ризиків: ізоляція та льоду на пристроях високого підйому

Фултанізація і льодоза накопичення присутні різні, але часто взаємопов'язані проблеми. Фуллінг відноситься до зчеплення твердих забруднень - тирси, піску, двигуна витяжного сота, ударів комах, і навіть мікробного зростання - до шкіри літака. На високошвидкісних підйомних пристроях, які переходять в потік повітря при низьких ступінчастих фазах, фольгоюлінг порушує граничний шар і може викликати передчасне поділ потоку.

Скупчення льоду є більш гострим. Коли надхолодні краплі води в хмарах або заморожують дощ удару повітряної поверхні, вони замерзають на контакт, формування ріме або глазурі льоду. Ріме льод є грубим і непрозорим, в той час як глазур льоду є чітким і щільністю, іноді утворюють ріжки, які сильно спотворюють форму крила. Льодяники на планках або клаптях можуть блокувати їх розгортання або змінювати їх каменю, що призводить до різкого втрати ліфта - стан, який докладає багаторазові аварії.

Аеродинамічний вплив

Навіть тонкий шар морозів—0.4 мм (0.016 in)— може зменшити підйом до 30% і збільшити перетягування на 40% на типовому повітряному наплавці. Для високошвидкісних пристроїв, які працюють біля максимального коефіцієнта підйому, запас навіть вузьким. Забруднення на провідному кромці засувки може викликати асиметричний кількість, при цьому лід на муфтах може запобігти належному ущільнюванню, що дозволяє витікання тиску, що знижує ефективність. Фуллінг також прискорює корозію, зокрема навколо кріпильних і навісних точок, що призводить до збільшення експлуатаційних витрат.

Як працює над розширенням покриття: Фізичні принципи

Розширені покриття адресної фольги та заспокійливості через поверхневу хімію та мікро‐ / nano‐texture. Ключові параметри - поверхнева енергія (гідробіціонність / гідрафільність) та текстура (грубість або з малюнком конструкцій). Покриття з низькою поверхнею енергії відштовхує воду, викликаючи краплі, щоб бісерити і відкочувати, перш ніж вони можуть замерзнути. Нижня водовідведення також зменшує здатність забруднюючих речовин долипання. Льодові покриття йдуть далі, мінімізуючи міцність льоду-підстрату, тому будь-який лід, який утворює може бути обшиплющами аеродинамічними або ніжним опаленням.

Три основних категорії домінують поточні дослідження:

  • Hydrophobic і надгідрофобні покриття] - Кути контакту води >150°, з низьким кутом ковзання. Краплі бунти або відкатати, переносити бруд з ними. Ефект Лотоса - класичний приклад.
  • Icephobic покриттям – Призначений спеціально для зниження міцності льоду нижче 20 кПа (поріг, при якому природний потік може прокидати лід). Багато також включають анти-збагачувальні добавки.
  • Антифульовані покриття] – Часто на основі силіконових або фторопольмерних хіміків, які створюють нетерплуатовану, нефрикуючу поверхню, запобігаючи утворенню біофільму і накопичення бруду.

Технології збагачення: SLIPS та Slippery Surfaces

Новий підхід є slippery рідинно-інфікована пориста поверхня (SLIPS), натхненна заводом пітчерів Nepenthes. Пористий субстрат не використовується змащуючим рідиною, створюючи ультратеромоат, омніфобічна поверхня, яка відштовхує воду, масло і лід. SLIPS показали виняткову продуктивність в лабораторних випробуваннях, з льодовим зусиллям адгезії нижче 5 кПа і самооздоровлюючих властивостей. Однак міцність в дощі і піском ерозії залишається проблемою для використання авіації.

Гібридні покриття

Багато сучасні покриття об'єднують кілька функціональних можливостей. Наприклад, супергідрофобічний шар можна перекриття льодяним полімером, або анти-фольгоювальним біоцидами може бути вбудований в гідрофобічну матрицю. Такі гібридні підходи спрямовані на вирішення як фольгою, так і icing одночасно, що важливо, тому що лід часто утворює зверху бруд, роблячи видалення навіть важче.

Методи застосування для пристроїв повітряного підйому

Застосування передових покриттів до високошвидкісних пристроїв вимагає точності. Компоненти, такі як рейки і клапті, найчастіше виготовляються з алюмінієвих сплавів або композитів, а покриття повинно дотримуватися без впливу на втому життя. Загальні методи застосування включають:

  • Спрей покриття (аерозол або повітряно-розкладні)
  • Покриття для кріплень для невеликих деталей
  • Хімічна пара-депозиція (CVD) або фізична депозиція пари (PVD) для тонких, міцних фільмів
  • Розчини для керамічних покриттів

Після застосування покриття заправляються під контрольованою температурою і вологістю. Для існуючих флотів застосування ретрофут може знадобитися видалення старої фарби і виконання поверхневого приготування (наприклад, анодування або плазмообробка). Весь процес повинен відповідати аерокосмічним стандартам, такими як SAE AMS3674 для склеювання клеєного клеєного покриття.

Переваги в реальних спільнотах

Авіакомпаніям і операторами все частіше звертаються до передових покриттів, щоб скоротити витрати і підвищити безпеку. До переваг відносяться:

  • Розроблений детеруючий рідкий використання – Льодовие покриття може затримати льодове утворення, що означає менш гліколя потрібна до вильоту. Одна з основних авіакомпаній повідомила про зменшення 30% витрат після покриття повітряних суден провідних країв.
  • Пожежний пальник] – Чистий, гладкий високошвидкісний підтяжка поверхні підтримує свою спроектовану аеродинамічну ефективність. Оцінювання досліджень, що усунення поверхневого забруднення може зберегти 2–5% палива на цикл польоту.
  • Extended інтервали технічного обслуговування – Антитилфульовані покриття зменшують необхідність частого прання і перевірок. Для високошвидкісних пристроїв, які часто приховані при відключенні, це може додавати до значних економії праці.
  • Покращена вартість резитування – Літак з розширеними покриттямами на критичних поверхнях зберігають кращий структурний стан і менш корозійні показники.

Інтеграція з системами захисту від зовнішніх льодів

Поглиблені покриття не є автономним розчином; вони працюють краще в концерті з термо (розчинені повітря або електрична) і пневмодемічні системи. Наприклад, надгідрофобічне покриття може запобігти воді від змочування поверхні, зменшення енергії, необхідної для збереження його льодом. Деякі покриття призначені для сумісності з антитроїсними черевики, а інші можуть застосовуватися над електротермальними обігрівачами. ]NASA Advanced Air Transport Technology Project є активно тестування таких інтегрованих систем на їх дослідження літака.

Виклики та обмеження

Незважаючи на обіцянку, перед загальним прийняттям залишаються кілька перешкод:

  • Дюрованність] – Покриття повинні витримати ерозію дощу на швидкості понад 250 кц, ультрафіолетовий вплив, температура велосипеда від −60 °C до +90 °C, і повторне контакт з ходовим сміттям. Багато надгідрофобних поверхонь деградують після всього декількох сотень циклів польоту.
  • Ремонтабельність] – Спіретчі або чіпси на високопідйомних пристроях, які можуть піддаватися регулюванню функції покриття. Покриття покладних покриттів (наприклад, спрей-он розчинів) розроблені.
  • Certification – Будь-яке покриття, яке застосовується до поверхні польоту, що є критичним випробуванням, щоб показати його не змінює міцність конструкції, викликати гальванічну корозію або збільшити ризик пожежі. Агентство безпеки FAA та Європейського Союзу (EASA) ще не має конкретного керівництва для льодософобних покриттів.
  • Cost] – Поки експлуатаційні витрати знизилися, на тлі покриття весь флот може бути високий. Період окупності коливається від шести місяців до трьох років залежно від маршрутів польоту і клімату.

Перспективи та напрямки досліджень

Дослідження є прискоренням для подолання цих обмежень. До таких напрямів відносяться:

  • Селф-оздоровлення покриттів – Мікрокапсули, що містять цілющі агенти, які ремонтують подряпини автономно, що подовжують термін служби покриття.
  • Репонсивні поверхні – Матеріали, які переходять між гідрофобними та гідрофільними станами на основі температури або електричних полів, що дозволяють активно контролювати фольгу та льоду.
  • Нанокомпозитні покриття] – Виготовлені вуглецеві нанотрубки, графен або керамічні наночастинки для підвищення механічної міцності та теплопровідності для швидкого де‐очистка.
  • Bio‐inspired текстури – Стероїди мітки (риблети) або крила комах, щоб зменшити тягу і одночасно фольгувати.

Кілька дослідницьких груп, в тому числі на Університет Акро і Нідерланди Організація прикладних наукових досліджень (TNO)], показали багатофункціональні покриття, що зменшує адгезію льоду на більш 95% і підтримують продуктивність після 500 годин прискореного ерозійного тестування.

Економічний та екологічний вплив

Натискання на сталий авіаційний покрив також є прийняттям кермового покриття. Менше рідини детемування означає зниження етиленгліколю стоку, яка токсична до водного життя. Нижня паливо згортається з вуглеводами викидів CO2. Для кожного кілограма ваги, що зберігається шляхом усунення рідини для захисту льоду, літак може перенести більше навантаження. Як глобальний повітряний трафік росте, що запроектовано до подвійного 2040—дозвілі покриття, буде важливим інструментом для безпеки і ефективності.

Висновок

Розширені покриття представляють собою трансформативну технологію для авіаційної промисловості, що пропонує практичний спосіб пом'якшення фольги та накопичення льоду на високих підйомних пристроях. Під час викликів в довговічності та сертифікації залишаються, швидке прогресування матеріалів науки і тестування приносить ці рішення на ринку. Для операторів флоту, фінансові та безпечні стимули є чіткими: чистячі, без льодяники поверхні мають більш високу продуктивність, менші витрати, і менші затримки. Наступного десятиліття, ймовірно, поширені покриття стануть стандартним обладнанням на нових авіаконструкції, а також ретро нагоду, що допоможуть існуючі флоти. Інвестування в цих технологіях зараз виступає авіакомпанія для безпечніше, більш ефективним майбутнім.