Разработан отечественный метод моделирования крыла самолетов, устойчивого к обледенению
Ученые из МФТИ и МГУТУ смоделировали взаимодействие крыла воздушного судна и обтекающего его потока воздуха. Написанная учеными компьютерная программа позволит определять форму и материал крыла, препятствующие обледенению.
Результаты исследований опубликованы в журнале «Вестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика—Математика» и будут полезны авиационным инженерам.
Железные птицы — образное выражение, закрепившееся в русском языке по отношению к воздушным судам. Они тоже летают, а их конструкция включает в себя крылья, оперенье и хвостовую часть. Только перемещаются суда по воздуху не как живые пташки за счет своих мышечных усилий, а благодаря создаваемой двигателем силе тяги и подъемной силе крыла.
Подъемной называют силу, выталкивающую крыло, следовательно, и весь летательный аппарат вверх. Данная сила обусловлена разницей давлений, возникающей при движении в воздушном потоке, а именно над крылом давление ниже, чем под ним. Подъемной силой можно управлять, изменяя геометрические характеристики крыла: форму, размах, площадь. Например, выдвижение спойлеров — специальных панелей, расположенных в задней части крыльев, — увеличивает аэродинамическое сопротивление и снижает тем самым подъемную силу, что приводит к торможению судна.
Следует отметить, что при определении сил сопротивления, помимо характеристик самого летательного аппарата, надо учитывать еще и свойства среды, в которой он движется. Воздух может содержать капли воды, а также частицы пыли или льда. Отложение различных веществ на поверхности судна, в частности на крыле, значительно снижает безопасность полетов. Чтобы исключить развитие аварийных ситуаций, необходимо проектировать крылья, форма и материал которых препятствуют образованию налета.
Ученые из МФТИ и МГУТУ разработали математические и компьютерные модели взаимодействия поверхности тела и обтекаемого его двухфазного потока (рисунок 1). Двухфазный поток содержит вещества в двух агрегатных состояниях, в данном случае — это газ и капли переохлажденной воды, то есть воды, не превратившейся в лед при температуре ниже 0 °С.
«Мы написали компьютерную программу, позволяющую определять изменение скорости молекул разреженных газов, — сказал Максим Кудров, директор Института аэромеханики и летательной техники МФТИ. — В программе учтены многократные соударения молекул друг с другом и с крылом, а также форма крыла».
«Наша научная группа определила условия снижения интенсивности тепломассообмена и силового воздействия двухфазного потока на крыло, приняв во внимание свойства материалов, идущих на изготовление покрытия крыла», — пояснил Иван Амелюшкин, программист Института аэромеханики и летательной техники МФТИ.
В ходе вычислений установлено: если крыло короче, а его поверхность более сглаженная, то коэффициент сопротивления меньше. Удлинение крыла увеличивает время на выравнивание скоростей капель воды и несущего их потока газа (рисунок 2). В результате снижается скорость удара капель о поверхность крыла, соответственно, уменьшается глубина проникновения воды или льда в поры покрытия и вероятность его точечного разрушения. При дроблении капель на отдельные молекулярные кластеры будут проявляться эффекты, вызванные тепловым движением молекул.
Следует отметить, что компьютерная программа позволяет прогнозировать действующие на крыло силы, их моменты и массовые потоки и на основании этого выбирать оптимальную форму крыла, устойчивую к образованию налета, в частности, к обледенению. Кроме того, используя модели отскока частиц от поверхности, в которых учтены физические свойства материалов и начальные условия, разработанная программа дает возможность подобрать материал для изготовления крыла в зависимости от его формы. Выбранный материал будет наилучшим образом снижать сопротивление и тепломассообмен при обтекании тела двухфазным потоком. Это актуально в задачах противодействия обледенению, снижения сопротивления летательных аппаратов в условиях обильных осадков, при управлении напылением, теплообменом и во многих других практически значимых вопросах.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно