Анализ зон отложения льда на супергидрофобном покрытии для аэродинамического профиля ЦАГИ-831

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Жигулин И. Е.1*, Скиданов С. Н.1, Сидоров О. П.2

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. ПАО «Яковлев», Ленинградский проспект, 68, Москва, 125315, Россия

*e-mail: iliya.zhigulin@yandex.

Аннотация

Обледенение относится к опасным воздействиям окружающей среды на летательные аппараты и оказывает существенное влияние на безопасность полета, поскольку из-за обледенения значительно ухудшаются аэродинамические качества воздушного судна. Целью работы являлось аналитическое и экспериментальное подтверждение того, что применение современных материалов и функциональных покрытий позволяет уменьшить протяженность зоны отложения льда на аэродинамической поверхности за счет более эффективного удаления незамерзших капель с поверхности, тем самым предотвращая снижение характеристик в условиях обледенения. Обледенение аэродинамического профиля исследовалось в программе Icing посредством расчета траекторий движения воды в поле течения воздушного потока около профиля ЦАГИ-831 и в условиях искусственного обледенения во всесезонной аэродинамической трубе ЭУ-1. В работе также приведены результаты эксперимента в искусственных условиях обледенения и сравнения характеристик обледенения контрольного профиля и профиля с супергидрофобным покрытием, подтверждающие, что зона отложения льда на профиле с супергидрофобным покрытием ограничивалась двумя траекториями движения капель, касательными к профилю, т.е. зоной соударения без последующего растекания капель. Новые функциональные покрытия, разрабатываемые в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина, предлагаемые к применению в качестве средства противообледенительной защиты воздушного судна, позволяют улучшить эксплуатационные свойства и повысить безопасность полета в условиях обледенения.

Ключевые слова:

супергидрофобные покрытия, зона отложения льда, испытания с имитацией обледенения, сертификационные испытания

Список источников

  1.  Тенишев Р.Х., Строганов В.А., Савин В.С. и др. Противообледенительные системы летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967. 320 с.
  2.  Lynch F.T., Khodadoust A. Effects of ice accretions on aircraft aerodynamics // Progress in Aerospace Sciences. 2001. Vol. 37. No. 8, pp. 669–767. DOI: 10.1016/s0376-0421(01)00018-5
  3.  Стасенко А.Л., Толстых В.А., Широбоков Д.А. К моделированию оледенения самолета: динамика капель и поверхность смачивания // Математическое моделирование. 2001. Т. 13. № 6. С. 81–86.
  4.  Шевяков В.И. Решение новых задач аэродинамики в процессе сертификации самолетов транспортной категории – противообледенительная система // Научный вестник МГТУ ГА. 2014. № 199. С. 74-82.
  5.  Иванико А.К. Моделирование обледенения несущих поверхностей самолетов: Автореферат дисс. ... канд. техн. наук. Рига, 1971. 28 с.
  6.  Hardesty A. Jr. The measurement of the adhesion of glaze ice. PhD thesis. 2018. Paper 2987. 269 p. DOI: 10.18297/etd/2987
  7.  Зыонг Д.Т. Обтекание планера гражданского самолета в условиях начальной стадии обледенения: Дисс. ... канд. физ.-матем. наук. Жуковский, 2018. 136 c.
  8.  Гулимовский И.А., Гребеньков С.А. Применение модифицированного метода поверхностного сеточного обертывания для численного моделирования процессов обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 29-36. DOI: 10.34759/vst-2020-2-29-36
  9.  Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. Anti-icing potential of superhydrophobic coatings // Mendeleev Communications. 2013. Vol. 23. No. 1, pp. 34–36. DOI: 10.1016/j.mencom.2013.01.002
  10.  Huang X., Tepylo N., Pommier-Budinger V., et al. A survey of icephobic coatings and their potential use in a hybrid coating/active ice protection system for aerospace applications // Progress in Aerospace Sciences. 2019. Vol. 105, pp. 74-97. DOI: 10.1016/j.paerosci.2019.01.002
  11.  Veronesi F., Boveri G., Mora J., et al. Icephobic properties of anti-wetting coatings for aeronautical applications // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 421: 127363. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127363
  12.  Yamazaki M., Jemcov A., Sakaue H. A Review on the Current Status of Icing Physics and Mitigation in Aviation // Aerospace. 2021. Vol. 8. No. 7: 188. DOI: 10.3390/aerospace8070188
  13.  Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 7. С. 619–638.
  14.  Жигулин И.Е., Емельяненко К.А., Сатаева Н.Е. Применение супергидрофобных покрытий для борьбы с обледенением аэродинамических поверхностей самолета // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 1. С. 200–212. DOI: 10.34759/vst-2021-1-200-212
  15.  Ludlam F.H. The heat economy of rimed cylinder // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 1951. Vol. 77. No. 334, pp. 663-666. DOI: 10.1002/qj.49707733410
  16.  Quéré D. Non-sticking drops // Reports on Progress in Physics. 2005. Vol. 68. No. 11, pp. 2495–2532. DOI: 10.1088/0034-4885/68/11/r01
  17.  Жбанов В.А., Кашеваров А.В., Миллер А.Б., и др. Исследование обледенения в различных условиях // Труды МАИ. 2019. № 105. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=104140
  18.  Нормы летной годности самолетов транспортной категории НЛГ-25. М.: ЦЕНТРМАГ, 2025. 546 с.
  19.  Авиационные правила. Ч. 25. Рекомендательный циркуляр РЦ-АП-25.1419 Защита от обледенения. МАК АР, 2023. 41 с.
  20.  AC 25-25A. Performance and handling characteristics in the icing conditions. FAA, 2014. 72 p.
  21.  AC 25-28. Compliance of Transport Category Airplanes with Certification Requirements for Flight in Icing Conditions. FAA, 2014. 87  p.
  22.  Kuiyuan M., Guiping L., Haichuan J., et al. 3D numerical investigation of surface wettability induced runback water flow behavior // Renewable Energy. 2025. Vol. 246 (C). DOI: 10.1016/j.renene.2025.122937

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025