Ученые исследуют обледенение самолетов с помощью аддитивных технологий
Исследования по этой теме ведутся в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»). Сейчас в рамках конкурса Российского фонда фундаментальных исследований ученые ЦАГИ работают над проектом, практическим результатом которого станут модели обледенения аэродинамических поверхностей самолета. Для изготовления имитаторов льда применяются аддитивные технологии.
Как рассказали специалисты, уникальные накладки, имитирующие лед на поверхностях аэродинамической модели крылатой машины, они разрабатывают в технологии стереолитографии. Это форма 3D-печати. Основной конструктивный материал — жидкий фотополимер, затвердевающий под воздействием ультрафиолетового облучения.
Напомним: что такое обледенение? Если совсем просто: на высоте, особенно в условиях облачности, присутствуют пары воды. В полете водяной пар может конденсироваться на поверхности планера, в результате чего сначала образуются капельки переохлажденной воды, которые затем смерзаются в ледяную корку. В ходе полета эта корка может утолщаться, самолет становится тяжелее. Налипший на поверхность планера лед нарушает нормальное обтекание его воздушным потоком, может заблокировать некоторые подвижные элементы крыла и т.д. Но опаснее всего — обледенение двигателей.
Рубен Есаян, заслуженный летчик-испытатель, Герой РФ, рассказывал корреспонденту «РГ»: «Мы выполняли испытательные полеты: наклеивали на переднюю часть крыла специальные наклейки, имитирующие слой обледенения. Характеристики самолета резко менялись в худшую сторону». Обледенение конструкции самолета может отрицательно повлиять на вес, балансировку, приборы, работу двигателей, способность пилота видеть и на летные характеристики, — такие, как скорость сваливания и эффективность управления…
Поверхность наледи, как правило, имеет достаточно сложную форму. Поэтому для создания имитаторов ученые применяют как расчетные, так и экспериментальные данные, полученные в аэрохолодильной трубе ЦАГИ. Воздушный поток в этой трубе создается вентилятором, который приводится в движение асинхронным электродвигателем переменного тока мощностью 1 МВт. Максимальная скорость потока — 150 м/с.
Результаты проекта позволят в дальнейшем уточнить и усовершенствовать цифровые математические модели расчетных случаев обледенения, используемые специалистами.
По словам начальника отдела научно-технического центра научно-производственного комплекса ЦАГИ Прокопия Николаева, накладки-имитаторы обледенения наносятся на наиболее уязвимые для этого явления поверхности модели воздушного судна. Например, переднюю кромка крыла. Далее экспериментально определяется воздействие льда на параметры устойчивости и управляемости. «В результате мы можем пополнить банк аэродинамических данных по влиянию обледенения, а в перспективе — дать актуальные рекомендации пилотам, как избежать негативных последствий в полете», — поясняет ученый.
В ЦАГИ подчеркивают: стереолитография доказала свою эффективность для решения задач, которыми традиционно занимается институт, и успешно здесь используется. Достоинства технологии — скорость и экономичность изготовления. Еще один фактор «за» — точность: 20 микрон (0,02 мм).
Среди других примеров применения стереолитографии, — рассказали в центре авиационной науки — создание моделей для гидродинамических труб. Так, удается оперативно проводить подготовку экспериментов, скажем, по изучению картины обтекания с использованием окрашивающих жидкостей. Еще одно важное свойство стереолитографии — возможность изготавливать тонкостенные легкие детали из фотополимера и использовать их в производстве динамически подобных моделей самолетов.
— 9 марта 2000 года в аэропорту Шереметьево разбился Як-40 Вологодского авиапредприятия, совершавший рейс в Киев. Погибли 5 членов экипажа и 4 пассажира. В том числе журналист Артем Боровик, а также основатель и президент компании «Нефтяной альянс» Зия Бажаев.
— 1 июня 2009 года A-330 Air France выполнял рейс по маршруту Рио-де-Жанейро-Париж, но через 3 часа и 45 минут после взлета упал в Атлантический океан. Погибли 228 человек. Фрагменты самолета были обнаружены только спустя два года.
— 2 апреля 2012 года через 42 секунды после взлета рухнул на землю ATR 72-201 авиакомпании UTair, летевший из Тюмени в Сургут. Погибли 33 человека.
