Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Смоделированы свойства покрытий для защиты самолетов от обледенения
Ученые из МФТИ и ЦАГИ разработали математические модели обтекания жидкостью тела с водоотталкивающим покрытием. Данные, полученные в ходе моделирования, будут полезны при решении проблем обледенения летательных аппаратов и, соответственно, минимизации риска возникновения аварий.
Результаты исследований опубликованы в журнале «Научный Вестник МГТУ ГА».
Под обледенением понимают процесс образования льда на поверхности летательных аппаратов, приводящий к негативным последствиям. Ледяные наросты увеличивают массу воздушного судна, нарушают работу датчиков пилотажно-навигационных приборов, изменяют геометрическую форму крыла, ухудшая тем самым его аэродинамические характеристики. В результате полеты становятся более затратными из-за ускоренной амортизации и повышенного расхода топлива и, самое главное, небезопасными.
Обледенение происходит при столкновении конструктивных элементов судна с присутствующими в атмосфере каплями переохлажденной воды, то есть воды, не превращающейся в лед при температуре ниже 0 градусов. Следует отметить, что кристаллизация жидкостей зависит не только от температуры, но и от давления, наличия примесей и ряда других факторов, поэтому в облаках вода может существовать в жидком состоянии даже при -39 градусов. Вероятность обледенения судна определяется метеорологическими условиями и значительно повышается на атмосферных фронтах — переходных зонах между воздушными массами, имеющими разную температуру, давление и влажность.
Препятствуют обледенению летательных аппаратов и снижают сопротивление трения водоотталкивающие покрытия, называемые еще гидрофобными. В то же время их применение сопряжено с рядом проблем. В частности, вода может проникать в поры покрытий и значительно ослаблять их гидрофобный эффект, вдобавок способствовать отложению на этих участках органических соединений и развитию микроорганизмов. Тем не менее нежелательные явления наблюдаются не всегда, а при определенных условиях. Важную роль в их возникновении играет размер и скорость движения капель, а также форма, материал и шероховатость поверхности деталей судна. Для расширения возможностей управления взаимодействием жидкости с твердым телом ученые из МФТИ и ЦАГИ разработали математические модели, позволяющие прогнозировать свойства гидрофобных покрытий в зависимости от состава и геометрии рельефа.
«С помощью методов математического и компьютерного моделирования мы описали режимы обтекания жидкостью гидрофобного тела, содержащего в порах воздух, — говорит Максим Кудров, директор Института аэромеханики и летательной техники МФТИ. — Используя модели, мы рассчитали значения коэффициентов изменения скорости молекул при соударении».
«Нами выведены оригинальные выражения для вычисления коэффициентов отскока молекул жидкости от поверхности твердого тела в зависимости от его физических свойств и температуры», — добавляет Иван Амелюшкин, программист Института аэромеханики и летательной техники МФТИ.
В ходе работы ученые апробировали разработанные математические модели. Изучая литературные источники, они собрали и обработали большой массив данных о взаимодействие воды с подложками из различных материалов. Особое внимание было уделено закономерностям изменения краевого угла смачивания θ, под которым понимают угол между твердой поверхностью и касательной, проведенной к поверхности капли жидкости. Чем больше угол смачивания θ, тем выше водоотталкивающий эффект поверхности, поэтому ученым было важно обнаружить способы повышения угла θ.
Они установили, что угол смачивания θ плоской поверхности в значительной степени зависит от температуры Дебая TD (K). Эту зависимость можно приближенно описать логарифмической кривой в окрестности экспериментальных точек (рисунок 1).
«Мы показали, что краевой угол смачивания плоского покрытия тем больше, чем больше температура Дебая этого покрытия», — говорит Иван Амелюшкин.
Надо подчеркнуть, что в твердом теле, нагретом до температуры Дебая TD, возбуждаются все собственные колебания частиц, в данном случае — атомов. Следовательно, температура Дебая TD наряду с молярной массой вещества покрытия M (кг/моль), определяет амплитуды α (Å) и частоты колебаний ω (с-1) атомов. Эти величины, в свою очередь, обуславливают обмен импульсом и образование связей при взаимодействии атомов подложки с молекулами воды. Иными словами, амплитуды α и частоты колебаний ω атомов задают водоотталкивающие свойства покрытия.
Кроме того, угол смачивания θ подложки водой находится в зависимости близкой к линейной (рисунок 2) от радиуса образующих ее атомов rA (Å) и амплитуды их колебаний α. При этом особенности колебаний атомов зависят от кристаллической решетки вещества.
Рисунок 2. Зависимость краевого угла смачивания от амплитуды колебаний атомов металлов и полуметаллов (Mo, W, Ni, Be, Fe, Si, Ge, Ti, Nb, Cu, Au, Ag, Al, Zn, Sn, Hg) при -10 градусах. Источник: журнал «Научный Вестник МГТУ ГА».
Разработанные учеными математические модели будут использованы при решении проблем обледенения летательных аппаратов и снижения трения. Это позволит сделать правильный и обоснованный выбор материала гидрофобного покрытия, минимизирует риск возникновения аварийных ситуаций и расходы на полеты.
Telegram 
Дзен 
VK Когда у круглых червей наступают голодные времена или им становится тесно, они объединяют свои усилия, чтобы поменять среду обитания. Забираются друг на друга, образуя живые башни, которые устремляются вверх, где нематоды могут прицепиться к проходящему мимо животному и с его помощью добраться до более изобильных мест. Долгое время ученые лишь догадывались о существовании таких живых башен. Теперь команда исследователей из Германии впервые зафиксировала их в дикой природе.
Илон Маск накинулся на Трампа за отказ от сокращения госрасходов, считая, что это ведет Америку к банкротству. А еще он заявил, что без него тот и к власти бы не пришел. В ответ Трамп предложил сократить госрасходы, лишив Маска всех контрактов. Между тем, именно контракты с ним — основа возвращения американцев на Луну в 2027-2028 годах. Что будет, если американский президент действительно решится на расторжение контрактов? И как это отразится на множественных полетах Starship к Марсу в 2020-х? Как ни странно, оба эти вопроса плотно затрагивают происходящее в нашей стране.
Удаленные промышленные объекты и метеостанции в условиях Крайнего Севера или Дальнего Востока требуют автономного энергоснабжения. Вместо традиционных двигателей их оснащают установками, преобразующими химическую энергию топлива (водорода, метана, биогаза) в электричество и тепло через электрохимические реакции с помощью твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Эти конструкции со специальными керамическими ячейками работают без сжигания топлива, что повышает их эффективность и экологичность. Ученые ПНИПУ разработали компактный высокотемпературный блок для ТОТЭ. Испытания показали, что он перерабатывает метан на 96%, подтверждая работоспособность системы.
Когда у круглых червей наступают голодные времена или им становится тесно, они объединяют свои усилия, чтобы поменять среду обитания. Забираются друг на друга, образуя живые башни, которые устремляются вверх, где нематоды могут прицепиться к проходящему мимо животному и с его помощью добраться до более изобильных мест. Долгое время ученые лишь догадывались о существовании таких живых башен. Теперь команда исследователей из Германии впервые зафиксировала их в дикой природе.
Илон Маск накинулся на Трампа за отказ от сокращения госрасходов, считая, что это ведет Америку к банкротству. А еще он заявил, что без него тот и к власти бы не пришел. В ответ Трамп предложил сократить госрасходы, лишив Маска всех контрактов. Между тем, именно контракты с ним — основа возвращения американцев на Луну в 2027-2028 годах. Что будет, если американский президент действительно решится на расторжение контрактов? И как это отразится на множественных полетах Starship к Марсу в 2020-х? Как ни странно, оба эти вопроса плотно затрагивают происходящее в нашей стране.
Удаленные промышленные объекты и метеостанции в условиях Крайнего Севера или Дальнего Востока требуют автономного энергоснабжения. Вместо традиционных двигателей их оснащают установками, преобразующими химическую энергию топлива (водорода, метана, биогаза) в электричество и тепло через электрохимические реакции с помощью твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Эти конструкции со специальными керамическими ячейками работают без сжигания топлива, что повышает их эффективность и экологичность. Ученые ПНИПУ разработали компактный высокотемпературный блок для ТОТЭ. Испытания показали, что он перерабатывает метан на 96%, подтверждая работоспособность системы.
Вид антилоп, с ледникового периода привыкший к массовым миграциям, пытается вернуться в свой исторический ареал, когда-то достигавший Днепра. Однако их нетипичные для травоядных привычки вызывают сильнейшее отторжение у сельских жителей, предлагающих массово уничтожать их с воздуха. С экологической точки зрения возвращение этих животных весьма желательно, но как примирить их с фермерами — неясно.
Недавно вышел второй сезон сериала «Одни из нас» (TheLastofUs), созданного по сюжету популярнейшей видеоигры. Ученые Пермского Политеха решили разобраться, насколько реален сценарий грибной пандемии, превращающей людей зомби? Чем живет кордицепс и как он «ищет» своих жертв, действительно ли паразит способен эволюционировать настолько, чтобы поражать человеческий организм и подчинять себе его волю, был бы у людей шанс выжить, какие грибы уже поселились в наших телах и выручит ли нас иммунитет, сформированный тысячелетиями.
Казахстанский Алматы — город контрастов, где горы соседствуют с урбанистическими пейзажами, а бизнес-центры — с историческими кварталами. Неизменным остается одно — пробки. Ежедневно сюда приезжает более 700 тысяч автомобилей из пригородов, при этом в самом мегаполисе зарегистрировано порядка 600 тысяч транспортных средств. В результате по улицам ежедневно движется более миллиона транспортных средств.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно