 |
Ученые Пермского Политеха исследовали применение лазера в борьбе с обледенением авиационных систем
Обледенение — одна из главных угроз безопасности полетов. Существующие противообледенительные системы либо потребляют много энергии, либо добавляют лишний вес. Ученые Пермского Политеха впервые провели исследование по оценке применимости лазера. Разработка позволит создавать новые более эффективные системы.
Статья опубликована в журнале «Вестник Московского авиационного института».
В авиации обледенение считают одним из самых опасных природных явлений. Оно возникает при определенных погодных условиях как в полете, так и на земле. Самолет или вертолет попадает в облако переохлажденных капель воды, которые остаются жидкими даже при минусовой температуре, но при ударе о корпус мгновенно замерзают, превращаясь в плотный слой льда.
Последствия этого процесса могут быть катастрофическими. Нарастая на крыльях, лед меняет их аэродинамический профиль: возникают завихрения и возрастает сопротивление. А значит, нарушается управляемость и появляется угроза безопасности полета. Обледенение также опасно для двигателей: намерзающий слой способен ограничить поступление воздуха и привести к сбоям в его работе, поскольку куски льда могут повредить конструкцию, сорвавшись с поверхности.
Чтобы предотвратить эти угрозы, в авиации давно используют специальные противообледенительные системы. Тепловые нагревают поверхность горячим воздухом, в результате чего намерзший слой тает или не успевает застыть. Механические системы разрушают лед, например, вибрацией, от которой он просто отваливается. Физико-химические распыляют на поверхность специальные жидкости, понижающие температуру замерзания воды или препятствующие прилипанию.
Однако эти системы потребляют значительные объемы энергии, могут повреждать чувствительные композитные обшивки, требуют создания запаса реагентов и могут терять эффективность в определенных режимах полета.
В поисках альтернативы ученые обратили внимание на лазерное излучение. Оно способно нагревать и разрушать лед дистанционно, без механического контакта и с минимальными затратами энергии. Но если тепловые, механические и химические методы изучены достаточно хорошо, то применение лазеров для борьбы с обледенением до сих пор практически не исследовалось. Сегодня в мире существуют единичные патенты на эту тему, но они не имеют экспериментального подтверждения и не учитывают реальные условия эксплуатации.
Разработка новых систем сегодня особенно актуальна в связи с активным освоением Арктики и Крайнего Севера. В этом регионе полеты выполняются в сложнейших климатических условиях, где обледенение остается постоянной угрозой, а традиционные методы защиты зачастую малоэффективны.
Ученые Пермского Политеха исследовали применение лазера для защиты авиационных двигателей и впервые в мире использовали его при разработке малогабаритной установки для борьбы с обледенением. Они экспериментально подтвердили, что излучение способно разрушать лед на поверхностях летательных аппаратов, потребляя при этом минимум энергии и не повреждая конструкцию. Результаты исследований позволят создать лазерные противообледенительные системы, которые будут легче и энергоэффективнее существующих аналогов.
Чтобы создать лазерную систему для защиты от льда, ученым необходимо было понять физику процесса и определить ключевые параметры будущего источника излучения: какую брать мощность, сколько времени воздействовать, чтобы он разрушался, но конструкция оставалась целой.
— Чтобы понять, как лазер взаимодействует со льдом, мы создали специальную модельную установку. В качестве объектов выбрали кубики льда размером 50×50×50 мм и ледяные пластины толщиной 2 мм. Первые нужны были, чтобы понять, как лазер проникает вглубь и насколько широкую зону он плавит. Пластины имитировали тонкий слой замерзшей воды на поверхности — например, тот, что образуется на крыльях во время полета или предполетной подготовки при определенных погодных условиях, — рассказал Никита Владимиров, младший научный сотрудник центра высокопроизводительных вычислительных систем ПНИПУ.
Эффективность лазерного воздействия исследователи анализировали по трем основным критериям: диаметр канала плавления (насколько широкую область способен обрабатывать луч), глубину плавления и массу удаленного льда. Чтобы корректно сравнивать различные режимы работы, время воздействия во всех экспериментах было одинаковым и составляло несколько секунд.
В результате экспериментов ученые определили оптимальные параметры воздействия лазера для разрушения льда. Наиболее эффективные режимы позволили удалять максимальную массу при минимальных энергозатратах.
— На созданной малогабаритной экспериментальной установке мы провели серию экспериментов и проверили, способен ли лазер разрушать намерзший слой быстрее, чем он нарастает в реальных условиях. Для этого измерили скорость плавления образцов при разных режимах работы, которая достигла 27–36 мм/мин. При этом средняя скорость нарастания льда значительно ниже, что подтвердило принципиальную возможность использования лазера для борьбы с обледенением, — отметил Владимир Модорский, доктор технических наук, декан аэрокосмического факультета ПНИПУ.
Это значит, что новая система сможет не просто убирать уже намерзший слой, а работать постоянно, не давая ему нарастать до опасных толщин. То есть перейти от борьбы с последствиями к предотвращению самого обледенения. В отличие от тепловых систем, которые удаляют лед примерно за две и более минуты, лазер справляется с этой задачей быстрее, а главное — потребляет на порядок меньше энергии.
Работа ученых имеет важнейшее прикладное значение. Они впервые в мире экспериментально доказали, что лазерный луч можно рассматривать как реальный инструмент для борьбы с обледенением на подвижных поверхностях в условиях жестких ограничений авиации.
Полученные данные легли в основу создания малогабаритной экспериментальной установки «Луч-1». Она уже спроектирована для моделирования условий полета и испытания лазерной защиты на работающих воздушных винтах и летательных аппаратах.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 23:11, 14.04.2026
Количество просмотров: 381
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха поделились 7 фактами о картофеле, которых вы не знали, ПНИПУ, 23:14, 30.05.2026, Россия |
43 |
| 30 мая отмечается Международный день картофеля. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько тонн этого продукта производят в мире, почему это не овощ, можно ли отравиться ягодами с растения, чем полезен для здоровья, почему его лучше есть остывшим и можно ли при похудении, а также почему именно его первым вырастили в космосе. |
|
|
|
