Защита крыльев самолета ото льда имеет решающее значение для безопасности полетов, но решить эту проблему не так-то просто. Противообледенительные растворы с тяжелыми химическими веществами, которые распыляются на самолет перед взлетом, могут поддерживать чистоту и функциональность поверхностей крыла, но это трудоемко и наносит ущерб окружающей среде. Теперь ученые предложили новое решение, разработав антиобледенительное покрытие, которое, по их словам, в 100 раз прочнее других современных материалов.
Недостатки современных методов защиты от обледенения поверхностей вдохновили многих исследователей на поиск более эффективных и экологически безопасных решений.
К ним относятся системы, использующие тепло для растапливания льда, использующие специальные графеновые покрытия, пассивные солнечные системы или даже электрифицированный бетон для взлетно-посадочных полос аэропортов.
В других материалах используются специальные канавки для отвода влаги и предотвращения образования льда, или жидкости с фазовым переходом для отталкивания воды.
Подход, использованный инженерами Хьюстонского университета, сосредоточен на том, как твердые объекты отделяются от поверхностей. Этот процесс обусловлен приложением силы и образованием в результате этого трещин на границе раздела.
Такие трещины могут начаться с малого, но будут продолжать расти до тех пор, пока объект не будет высвобожден. Исследователи смогли по существу манипулировать этим процессом, разработав то, что они называют «поверхностью с контролируемым разрушением».
Новый материал неоднороден, с различным механическим и химическим составом, который тщательно разработан, чтобы инициировать образование трещин на границе раздела, направлять энергию на эти трещины и ускорять их рост. Это означает, что лед не прилипает к материалу, но, возможно, что более важно, материал обладает большой прочностью.
Ученые говорят, что недостаток подобных материалов для защиты от льда заключается в том, что их ограниченная долговечность препятствует их широкому применению.
Результаты показывают, что этот новый материал в 100 раз прочнее любого другого в космосе, а в высокоскоростных испытаниях Boeing в дождливых условиях было обнаружено, что этот материал превосходит современные аэрокосмические покрытия.
«Основной задачей при разработке материалов для защиты от льда является поиск материалов с низкой адгезией к льду и хорошей долговечностью», — сказал руководитель исследования Хади Гасеми.
Ученые считают, что материал может найти применение не только в аэрокосмической сфере, но и в ветровых электростанциях.
Там это может помочь избежать или свести к минимуму накопление льда на турбинах, что, например, ставит под угрозу их выработку электроэнергии.
«Мы разработали новую концепцию, в которой можно значительно ускорить образование и рост трещин и легко удалить посторонние предметы с поверхности, — сказал Хади Гасеми.
«Эта концепция реализована для разработки материалов, которые отличаются высокой прочностью, и лед не прилипает к этим материалам. Поверхности с контролируемым разрушением обеспечивают богатую платформу для будущих инноваций в области материалов с минимальной адгезией и очень высокой прочностью».
Исследование было опубликовано в журнале Materials Horizons.