Исследователи из Сколтеха, МФТИ, ГосНИИ ГА, Университета Северного Техаса и Йоркского университета упростили и автоматизировали лабораторную процедуру тестирования противообледенительных жидкостей, используемых для обеспечения безопасности полетов. Результаты исследования опубликованы в журнале Cold Regions Science and Technology. Работа проводилась при грантовой поддержке Российского научного фонда (РНФ).
При образовании на поверхности самолета слоя инея, снега или льда нарушается обтекание крыла, уменьшается подъемная сила и создается дополнительное сопротивление, что негативно сказывается на управляемости самолета и повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций в полете. Для борьбы с опасным обледенением самолет перед взлетом обрабатывают специальными противообледенительными жидкостями двух видов: жидкости, используемые в нагретом виде для удаления (расплавления) снежно-ледяных отложений с поверхности самолета, и жидкости, образующие на поверхности защитную пленку и препятствующие образованию льда в полете.
Фото. Образование льда на алюминиевой пластине в климатической камере: обледенение, обнаруженное с помощью предложенного в исследовании подхода (слева), и видимое невооруженным глазом (справа). Источник: Viktor Grishaev et al./Cold Regions Science and Technology
Противообледенительная обработка крайне важна с точки зрения безопасности полета, которая зависит также и от множества других факторов – вязкость жидкости, температура и влажность окружающей среды, ветер, осадки, материал обшивки самолета и т. д., поэтому противообледенительные жидкости обычно тестируют в лабораторных условиях с целью детального изучения их свойств. Тестирование – крайне трудоемкий процесс, в ходе которого оператор визуально исследует фрагмент алюминиевой обшивки, обработанный противообледенительной жидкостью в климатической камере, имитирующей заданные погодные условия.
«Оператору необходимо определить время, за которое 10% поверхности металла покрывается льдом. Такой метод одновременно сложен и субъективен, т.к. образование льда не всегда начинается в одной точке, и лед чаще появляется в виде разбросанных по поверхности пластины островков. В этом случае решение о достижении 10%-ной отметки принимается исключительно на основе субъективной оценки оператора», − рассказывает научный руководитель работы, старший научный сотрудник Сколтеха Виктор Гришаев.
«Ситуация осложняется еще и тем, что свободные ото льда и покрытые льдом участки с трудом различимы невооруженным глазом, поэтому зачастую для подтверждения визуальных наблюдений поверхность приходится «зондировать» зубочисткой», − продолжает ученый. «Дело в том, что лед имеет очень низкий контраст на фоне алюминия. Именно эту проблему мы и решили исследовать в нашей работе».
Авторы статьи предложили подсвечивать пластины в камере поляризованным источником света и наблюдать за образованием льда через полароидную пленку. Ученые показали, что таким образом различить участки обледенения гораздо легче (см. фото). Поскольку и источник света, и полароидная пленка широко доступны на рынке по умеренным ценам, предложенное авторами оригинальное решение позволит существенно упростить задачу операторов по тестированию свойств противообледенительных жидкостей, избежав при этом дополнительных финансовых и трудовых затрат.
Исследовав метод поляризации, ученые пошли еще дальше и изучили возможность использования компьютеров для целей тестирования. Действующие стандарты, утвержденные регламентирующими органами, предусматривают проведение испытаний вручную, но в недалеком будущем эту работу смогут выполнять компьютеры, причем делая это более точно, надежно и последовательно. До сих пор одним из главных препятствий на пути к автоматизации был низкий контраст льда. Виктор Гришаев и его коллеги предложили способ обнаружения обледенения с использованием фотокамеры с поляризационным фильтром на объективе и последующим анализом данных съемки в климатической камере при помощи простого алгоритма.
«В лабораторных условиях компьютеры даже с таким простым алгоритмом уже сегодня могут справляться с этой задачей лучше, чем люди. Возможно, когда-нибудь у нас в аэропортах появятся камеры, которые в режиме реального времени будут регистрировать образование льда на самолетах перед вылетом и оповещать экипаж о необходимости проведения дополнительной противообледенительной обработки», − отметил в заключение Гришаев.
*****
Сколтех — негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, прорывная инженерия и передовые материалы, энергоэффективность и ESG, фотоника, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях. Сайт: https://www.skoltech.ru/.
Все выпуски журнала «ЭкоГрад» в электронной версии читайте на pressa.ru,
Бумажные экземпляры спецвыпусков и книги В. Климова можно приобрести на OZON
