Обледенение конструктивных элементов авиадвигателей может приводить к трагическим последствиям. Для борьбы с ним используется различные противообледенительные системы — механические, электроимпульсные, электротепловые, газодинамические и другие. Однако сам процесс обледенения изучен недостаточно, практически отсутствуют исследования обледенения при вибрациях, нет описания механизмов образования льда для различных амплитуд и частот колебаний. Проведя более 40 вычислительных экспериментов, ученые Пермского Политеха установили, как вибрация влияет на обледенение авиадвигателей.
Исследование Пермского Политеха поможет защитить авиадвигатель от обледенения / ©Getty images
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Газотурбинные двигатели, используемые в авиации и энергетике, подвержены образованию наледи, которая может приводить к аварийным ситуациям. Чтобы бороться с ней, используются различные способы: обработка поверхностей специальными реагентами, обогрев критически важных элементов теплым воздухом, «крошение» льда с помощью электромагнитных импульсов. Их эффективность зависит, в том числе, от самих условий льдообразования.
Чтобы выявить параметры вибраций для сброса льда, на базе Центра высокопроизводительных вычислительных систем под руководством доктора технических наук, профессора Владимира Модорского, ученые Пермского Политеха провели серию вычислительных экспериментов. Они установили, что частоты и амплитуды колебаний аэродинамического профиля могут существенным образом влиять на характер обледенения.
«Исследование влияния вибраций на массу и форму льда проводилось в диапазоне частот от 30 Гц до 60 кГц и амплитудах от 0,1 до 100 мм. Благодаря этому нам удалось выявить три механизма образования льда, влияющих в конечном итоге, на форму и массу ледяных наростов. Выявлено, что вибрации могут не только снижать массу льда, но и повышать ее. Причем на образование льда существенное влияние оказывает коэффициент, равный отношению скорости набегающего потока к виброскорости аэродинамического профиля.
Например, при высоких значениях этого коэффициента влияние вибраций на обледенение несущественно. Тогда как при его снижении может наблюдаться эффект «прилипания» льда. Капли удерживаются за счет сил смачивания, но не стряхиваются, что приводит к росту массы ледяных наростов. При приближении коэффициента к двум появляется эффект «стряхивания» вследствие повышения инерционной составляющей», — рассказывает заместитель декана аэрокосмического факультета по науке и инновациям, старший преподаватель кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем, сотрудник центра высокопроизводительных вычислительных систем Станислав Калюлин.
Исследование действия вибраций на обледенение имеет серьезное эвристическое значение, поскольку сама работа двигателя сопряжена с вибрациями. Полученные сведения позволят учесть и при необходимости изменить диапазон собственных и вынужденных частот элементов конструкции. Работа выполнена в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
