Умные покрытия против обледенения: новая разработка ПНИПУ и фундаментальное решение МАИ

Фото: Антон Харисов, «Первый областной»

Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) представили новую разработку в борьбе с обледенением авиатехники — многослойную «умную кожу». Система сочетает в себе сенсоры для автоматического обнаружения льда и нагревательные элементы для его активного удаления. Эта новость вновь актуализировала тему защиты самолётов от одного из самых опасных для авиатехники природных явлений. 

Данное направление активно развивается. Одним из первых в части исследований противообледнительных свойств супергидрофобных покрытий на уровне самолёта занялся МАИ. По итогам исследований и экспериментов учёные университета представили уникальное супергидрофобное покрытие, которое предотвращает обледенение пассивным способом. Сравнительный анализ двух перспективных подходов и объяснение их значимости для авиации провёл один из авторов маёвского проекта, инженер кафедры 101 «Проектирование и сертификация авиационной техники» МАИ Илья Жигулин.

Активный интеллект: в чём суть пермской разработки

Разработка пермских учёных, как уже упоминалось выше, представляет собой гибкую многослойную структуру, состоящую из датчиков и сенсоров, интегрируемых в поверхность летательного аппарата. Ключевое отличие такой системы — активный и «умный» принцип работы. Как отмечают участники научного проекта, система в режиме реального времени отслеживает появление ледяного покрова на авиатехнике с помощью встроенных датчиков и при обнаружении угрозы автоматически активирует нагревательные элементы, которые растапливают и удаляют лёд. Такой подход позволяет бороться с обледенением целенаправленно и экономить энергию, не расходуя её на постоянный подогрев.

По словам исследователей ПНИПУ, их главной задачей было создание энергоэффективной и надёжной системы. Представленная «умная кожа» является результатом работы с современными композитными материалами и микроэлектроникой. Эта технология позиционируется как перспективное решение не только для авиации, но и для ветрогенераторов и других конструкций, эксплуатирующихся в сложных погодных условиях.

Фундаментальный подход МАИ: экспертный взгляд на две технологии

Пока пермские учёные развивают направление активной борьбы со льдом, специалисты Московского авиационного института пошли по пути фундаментального предотвращения проблемы. Комментируя разработку ПНИПУ, инженер-исследователь МАИ Илья Жигулин отмечает, что она основана на известном и эффективном принципе. 

— Разработка ПНИПУ использует принцип защиты, при котором лёд удаляется с конструкции посредством вибрационных импульсов. Это логичное развитие традиционных систем, подобных тем, что установлены на Ил-86, где вибрационные катушки монтируются под поверхностью. При очевидном выигрыше в эффективности использования систем, создающих тепломеханические воздействия непосредственно на поверхности, должны также тщательно рассматриваться и нормируемые риски, такие как воздействие молнии в полёте, электромагнитная совместимость и высокоинтенсивные излучаемые поля. Предотвращение этих угроз, наряду с защитой от обледенения, — ключевая исследовательская задача, — подчёркивает эксперт.

Жигулин указывает, что оценка любых перспективных способов защиты должна осуществляться по строгим критериям для противообледенительных систем, что и было сделано для покрытий, которые исследует МАИ — в частности, супергидрофобных покрытий, созданных в ИФХЭ РАН — с точки зрения применимости в конструкции воздушного средства. Уникальность именно маёвской разработки заключается в доработке супергидрофобного покрытия, которое не борется со льдом, а в принципе не позволяет ему образоваться. 

— Наше покрытие работает на опережение. В то время как импульсные системы, как правило, работают с уже обледеневшей конструкцией, аэродинамические характеристики которой уже значительно снижены, супергидрофобные покрытия позволяют уменьшать протяженность обледенения, а в некоторых случаях и полностью предотвращать его. Это пассивный, но чрезвычайно эффективный метод, который не требует затрат энергии и систем управления, — объясняет Илья Жигулин.

Принцип действия покрытия МАИ основан на создании специфической микро- и нанорельефной структуры, которая значительно уменьшает площадь контакта воды с материалом. 

— По сути, между каплей и поверхностью остаётся тончайшая прослойка воздуха. Это не даёт воде растечься и закрепиться. Даже в условиях переохлаждения капля отскакивает от поверхности, не успев кристаллизоваться. Мы меняем саму поверхность, делая её несмачиваемой, что кардинально снижает вероятность обледенения на больших площадях, — добавляет специалист.

Два пути к одной цели — безопасности полётов

Таким образом, сегодня в России развиваются два технологически различных, но одинаково важных направления защиты авиации от обледенения. Пермский ПНИПУ предлагает «интеллектуальное» активное решение — систему, которая обнаруживает и уничтожает лёд, требующую, однако, тщательной проработки по критериям электробезопасности. МАИ же разрабатывает пассивное, но фундаментальное решение, предотвращающее саму возможность образования ледяного покрова и не несущее сопутствующих электромагнитных рисков. 

Оба проекта, проходящие строгую экспертизу, демонстрируют высокий научно-технический потенциал российских университетов. Их дальнейшее развитие и, возможно, синергия в виде гибридных систем открывают новые горизонты для создания комплексных решений, способных сделать полёты в самых суровых климатических условиях максимально надежными.