Исследователи из Сколтеха, МФТИ, ГосНИИ ГА, Университета Северного Техаса и Йоркского университета упростили и автоматизировали лабораторную процедуру тестирования противообледенительных жидкостей, используемых для обеспечения безопасности полетов. Результаты исследования опубликованы в журнале Cold Regions Science and Technology. Работа проводилась при грантовой поддержке Российского научного фонда (РНФ).

Образование льда на алюминиевой пластине в климатической камере: обледенение, обнаруженное с помощью предложенного в исследовании подхода (слева) и видимое невооруженным глазом (справа). Источник: Viktor Grishaev et al./Cold Regions Science and Technology

Образование льда на алюминиевой пластине в климатической камере: обледенение, обнаруженное с помощью предложенного в исследовании подхода (слева) и видимое невооруженным глазом (справа). Источник: Viktor Grishaev et al./Cold Regions Science and Technology

 

При образовании на поверхности самолета слоя инея, снега или льда нарушается обтекание крыла, уменьшается подъемная сила и создается дополнительное сопротивление, что негативно сказывается на управляемости самолета и повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций в полете. Для борьбы с опасным обледенением самолет перед взлетом обрабатывают специальными противообледенительными жидкостями двух видов: жидкости, используемые в нагретом виде для удаления (расплавления) снежно-ледяных отложений с поверхности самолета, и жидкости, образующие на поверхности защитную пленку и препятствующие образованию льда в полете.

Противообледенительная обработка крайне важна с точки зрения безопасности полета, которая зависит также и от множества других факторов – вязкость жидкости, температура и влажность окружающей среды, ветер, осадки, материал обшивки самолета и т.д., поэтому противообледенительные жидкости обычно тестируют в лабораторных условиях с целью детального изучения их свойств. Тестирование – крайне трудоемкий процесс, в ходе которого оператор визуально исследует фрагмент алюминиевой обшивки, обработанный противообледенительной жидкостью в климатической камере, имитирующей заданные погодные условия.

«Оператору необходимо определить время, за которое 10% поверхности металла покрывается льдом. Такой метод одновременно сложен и субъективен, т.к. образование льда не всегда начинается в одной точке, и лед чаще появляется в виде разбросанных по поверхности пластины островков. В этом случае решение о достижении 10%-й отметки принимается исключительно на основе субъективной оценки оператора», − рассказывает научный руководитель работы, старший научный сотрудник Сколтеха Виктор Гришаев.

«Ситуация осложняется еще и тем, что свободные ото льда и покрытые льдом участки с трудом различимы невооруженным глазом, поэтому зачастую для подтверждения визуальных наблюдений поверхность приходится «зондировать» зубочисткой, − продолжает ученый. −  Дело в том, что лед имеет очень низкий контраст на фоне алюминия. Именно эту проблему мы и решили исследовать в нашей работе».

Авторы статьи предложили подсвечивать пластины в камере поляризованным источником света и наблюдать за образованием льда через полароидную пленку. Ученые показали, что таким образом различить участки обледенения гораздо легче (см. фото). Поскольку и источник света, и полароидная пленка широко доступны на рынке по умеренным ценам, предложенное авторами оригинальное решение позволит существенно упростить задачу операторов по тестированию свойств противообледенительных жидкостей, избежав при этом дополнительных финансовых и трудовых затрат.

Исследовав метод поляризации, ученые пошли еще дальше и изучили возможность использования компьютеров для целей тестирования. Действующие стандарты, утвержденные регламентирующими органами, предусматривают проведение испытаний вручную, но в недалеком будущем эту работу смогут выполнять компьютеры, причем делая это более точно, надежно и последовательно. До сих пор одним из главных препятствий на пути к автоматизации был низкий контраст льда. Виктор Гришаев и его коллеги предложили способ обнаружения обледенения с использованием фотокамеры с поляризационным фильтром на объективе и последующим анализом данных съемки в климатической камере при помощи простого алгоритма.

«В лабораторных условиях компьютеры даже с таким простым алгоритмом уже сегодня могут справляться с этой задачей лучше, чем люди. Возможно, когда-нибудь у нас в аэропортах появятся камеры, которые в режиме реального времени будут регистрировать образование льда на самолетах перед вылетом и оповещать экипаж о необходимости проведения дополнительной противообледенительной обработки», − отметил в заключение Гришаев.

 

Источник информации и фото: Сколтех