Technologie odladzania skrzydeł dla większego bezpieczeństwa lotu
Oblodzenie konstrukcji samolotu stanowi poważne zagrożenie, odegrawszy w przeszłości kluczową rolę w wielu śmiertelnych wypadkach lotniczych. Nie tylko zmniejsza ono wydajność i obniża sterowność maszyny, lecz także w znaczny sposób zwiększa zużycie paliwa i nakład pracy pilota. Podczas gdy technologie odladzania konstrukcji w czasie lotu – wykorzystujące na przykład gorące powietrze z komory silnika – stosowane są od kilkudziesięciu lat, uczeni sądzą, że możemy jeszcze bardziej zwiększyć wydajność paliwową i bezpieczeństwo lotu. „Szereg nowych technologii jest bliski komercjalizacji, która leży już w gestii naszych partnerów” – mówi koordynatorka projektu JEDI ACE, Nadine Rehfeld z Instytutu Fraunhofera w Niemczech. „Jednakże w ujęciu ogólnym projekt ten w znacznym stopniu podkreślił konieczność dalszych badań i normalizacji. Na przykład, w dziedzinie materiałów wykazujących wysoką odporność na formowanie się lodu pojawia się duża potrzeba dogłębnego zrozumienia procesu obladzania konstrukcji podczas lotu, a także określenia odpowiednich procedur badawczych na różnych jego etapach. Bieżąca realizacja tych celów będzie wymagała międzynarodowej współpracy sektora naukowego i przemysłowego”. Nowe technologie w fazie testów W ramach projektu JEDI ACE badacze skupili się na opracowaniu kolejnej generacji zintegrowanych systemów przeciwoblodzeniowych dla skrzydeł (WIPS). Wykorzystują one nowe materiały z pamięcią kształtu (SMM) w celu odladzania konstrukcji samolotu, a także powłoki przeciwoblodzeniowe i układ czujników lodu odpowiedzialny za pomiar poziomu oblodzenia w czasie rzeczywistym. Stworzono również rzetelne metody badania wydajności poszczególnych komponentów. SMM to inteligentne materiały, które reagują na określone bodźce, takie jak ciepło, zmieniając swój kształt i powracając do pierwotnej formy po ich ustaniu. Zmienne właściwości powierzchni mogą sprawić, że skrzydła samolotu będą w stanie odpowiednio przystosować się do warunków sprzyjających powstawaniu oblodzenia. „Przyszłe wyzwania w tym zakresie będą związane z dostępnością materiałów oraz budową warstw” – wyjaśnia Rehfeld. „Poszczególne warstwy powłoki muszą cechować się doskonałą przyczepnością”. Opracowano również szereg innych powłok, włączając w to powłoki superhydrofobowe dla obszarów znajdujących się za krawędzią natarcia skrzydeł. Porównując ze sobą wyniki różnych testów badających przyczepność lodu, zespół stworzył ranking powłok, a następnie zdecydował, które z nich mogą najskuteczniej wspierać pracę urządzeń grzewczych. „Istnieją przesłanki wskazujące na to, że wyniki badań są zależne od różnych procesów formowania się oblodzenia” – twierdzi Rehfeld. „Wymaga to jednak bardziej szczegółowej oceny, która pozwoli zwiększyć wiarygodność otrzymanych wyników i zgodność z realistycznymi scenariuszami formowania się oblodzeń”. Zaprojektowano również nowoczesne czujniki fotoniczne pozwalające na monitorowanie poziomu oblodzenia w czasie rzeczywistym, a prototyp takiego urządzenia umieszczono w konstrukcji aerodynamicznej. Zalety współpracy na arenie międzynarodowej Współpraca europejskich i japońskich naukowców (projekt był finansowany zarówno przez UE, jak i japońskie Ministerstwo Gospodarki, Handlu i Przemysłu) pozwoliła na rozpatrzenie kwestii bezpieczeństwa lotniczego z wyjątkowej, globalnej perspektywy, przynosząc inicjatywie JEDI ACE szereg korzyści. „Udział w projekcie okazał się dla wszystkich członków zespołu badawczego wspaniałą okazją do wymiany informacji i doświadczeń z różnych kontynentów” – podsumowuje Rehfeld. „Dotyczy to nie tylko struktur badawczych do przeprowadzania testów oblodzenia i strategii w zakresie projektowania powłok, lecz także technologii odladzania i urządzeń wykrywających oblodzenie”. Zdaniem Rehfeld, kolejnym krokiem będzie ocena poziomu niezawodności poszczególnych komponentów, przeniesienie procesów materiałowych na większą skalę, a także stworzenie nowych procedur dotyczących produkcji i przetwarzania. Przewiduje również dalszą współpracę w celu pełnej integracji wszystkich rozwiązań w obrębie konstrukcji samolotu. „Oznacza to stworzenie międzydyscyplinarnych grup roboczych obejmujących dostawców powłok, ekspertów z dziedziny technologii sensorycznych, a także producentów samolotów. Do współpracy powinny zostać zaproszone również jednostki certyfikujące”. Oprócz tego scenariusza wiele emocji budzi możliwość wykorzystania wyników projektu JEDI ACE w innych sektorach, włączając w to energetykę wiatrową, transport kolejowy i przemysł samochodowy. „Zainteresowanie opracowanymi przez nas materiałami jest ogromne” – zauważa Rehfeld. „Poszukujemy obecnie nowych możliwości zastosowania osiągnięć projektu w szerokiej gamie produktów”.
Słowa kluczowe
JEDI ACE, lód, samolot, Japonia, UE, pilot, skrzydło, SMM, WIPS, paliwo
