Малогабаритные летательные аппараты широко применяются для проведения поисково-спасательных работ, аэрофотосъемки и патрулирования территорий. Но их работа при минусовой температуре и повышенной влажности осложняется из-за обледенения лопастей вентиляторов. Ученые Пермского Политеха разработали экспериментальную установку, которая позволит исследовать процесс обледенения вентиляторов таких аппаратов и создать более эффективные методы борьбы с ним.
Общий вид вентилятора после намораживания льда / © Пресс-служба ПНИПУ
Исследование будет опубликовано в журнале «Вестник Московского авиационного института». Как отмечают ученые ПНИПУ, противообледенительные системы пассажирских и грузовых самолетов из-за своей сложности или наличия вспомогательных систем не всегда подходят для малогабаритных летательных аппаратов. Поэтому альтернативным способом удаления льда может служить «перегазовка» – кратковременное повышение частоты вращения вентиляторов.
Политехники предположили, что на процесс разрушения льда при «перегазовке» влияют жесткость лопастей вентиляторов, качество и чистота их поверхностей, геометрия конструкции. Однако проверить это можно только с помощью опытов на специальном оборудовании.
Для этого ученые Пермского Политеха разработали экспериментальную установку. Она состоит из малогабаритной аэрохолодильной трубы, где можно поддерживать температуру от -30 до +25 градусов Цельсия. Внутри нее находится электродвигатель, на вращающийся вал которого устанавливается исследуемый вентилятор летательного аппарата. Высокоскоростная камера фиксирует процесс эксперимента на скорости до 960 кадров в секунду. Облако капель охлажденной жидкости распыляется при помощи форсунки, а в нее подается из емкости под давлением компрессора.
Сложная система датчиков позволяет проводить оценку вибрации при различном уровне обледенения, получать моментальные значения влажности, давления и температуры. При помощи специального ПО исследователи управляют режимом работы электродвигателя и мощностью холодильной камеры, получают и записывают сигналы измерительного оборудования.
Ученые ПНИПУ провели эксперимент: локально изменили поверхностные свойства одной из лопастей вентилятора, установили вентилятор в трубу и в течение двух минут намораживали на него лед при частоте вращения 5000 оборотов в минуту и температуре -10 градусов Цельсия. Затем скорость вращения вентилятора повысили до 7000 оборотов в минуту. Ледяной нарост на лопатке вентилятора с измененными свойствами разрушился, однако на остальных трех лопатках лед остался. Окончательный сход льда с остальных лопаток произошел после достижения частоты вращения 11500-12000 оборотов в минуту. Ученые предположили, что локальная неоднородность свойств изменила характеристики сцепления льда с лопастью, поэтому на ней сход льда произошел при меньшей частоте оборотов.
«Управляемое изменение свойств поверхности вентилятора может снизить энергозатраты на «перегазовку» в процессе полета, и, как следствие, повысить его максимальную продолжительность», – отмечает кандидат технических наук, научный сотрудник Центра высокопроизводительных вычислительных систем, доцент кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ Николай Саженков.
Обледенение – крайне опасное явление и актуальная проблема не только для крупногабаритной авиации, но и в сфере малых летательных аппаратов. Разработанная установка позволит ученым ПНИПУ проводить дальнейшие эксперименты и совершенствовать методы борьбы с обледенением. Это упростит использование малогабаритных летательных аппаратов в условиях плохой погоды.
Разработка проводилась при финансовой поддержке гранта РНФ и Минобрнауки Пермского края коллективом сотрудников Центра высокопроизводительных вычислительных систем под научным руководством доктора технических наук, профессора Владимира Модорского.
