В ПНИПУ помогут улучшить защиту малых летательных аппаратов от обледенения
Экспериментальную установку для исследования процесса обледенения вентиляторов малых летательных аппаратов и разработки наиболее эффективных методов борьбы с ним разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 21 ноября сообщает пресс-служба вуза.
Для малогабаритных летательных аппаратов, которые широко применяются при проведении поисково-спасательных работ, а также для аэрофотосъемки и патрулирования территорий, минусовая температура и повышенная влажность создают трудности в работе, приводя к обледенению лопастей вентиляторов.
Такое обледенение снижает тягу, повышает потребление энергии, усиливает вибрацию, а неконтролируемый срыв льда может повредить конструкцию аппарата. При этом существующие противообледенительные системы пассажирских и грузовых самолетов сложны и имеют дополнительные системы, являющиеся избыточными для малых летательных аппаратов.
Установка ученых Пермского Политеха, разработанная научным коллективом Центра высокопроизводительных вычислительных систем под руководством доктора технических наук, профессора Владимира Модорского, поможет конструкторам малых летательных аппаратов находить оптимальные способы борьбы с обледенением лопастей вентиляторов.
Удалить лед с лопастей можно методом «перегазовки», который заключается в кратковременном повышении частоты вращения вентиляторов. При этом предполагается, что на процесс разрушения льда в этом случае влияют жесткость лопастей вентиляторов, качество и чистота их поверхностей, а также сама геометрия конструкции.
Именно для определения влияния этих параметров на результаты «перегазовки» было решено разработать специальное оборудование — экспериментальную установку.
Ее конструкция представляет собой малогабаритную аэрохолодильную трубу, в которой можно поддерживать температуры от -30 до +25 °C. Внутри трубы помещен электродвигатель, а на его вращающийся вал устанавливается исследуемый вентилятор летательного аппарата.
Компрессор подает под давлением из емкости в форсунку охлажденную жидкость, создавая таким образом в трубе облако капель. Процесс эксперимента фиксирует высокоскоростная камера со скоростью до 960 кадр/сек.
Сложная система датчиков позволяет определять величину вибрации при различных уровнях обледенения, получать моментальные значения влажности, давления и температуры. Разработанная специальная программа позволяет исследователям управлять режимом работы электродвигателя и мощностью холодильной камеры, а также принимает и сохраняет сигналы измерительного оборудования.
В проведенном на установке эксперименте исследователи ПНИПУ локально изменили поверхностные свойства одной из лопастей вентилятора, который затем поместили в трубу и при частоте вращения 5000 об/мин и температуре -10 °C в течение двух минут намораживали на него лед.
Последующее повышение скорости вращения вентилятора до 7000 об/мин привело к разрушению ледяного нароста на лопатке вентилятора с измененными свойствами, но на остальных трех лопатках лед сохранился. Окончательный срыв льда с остальных лопаток произошел при частоте вращения 11 500–12 000 об/мин.
Ученые выдвинули предположение, что именно локальная неоднородность свойств поверхности этой лопатки изменила характеристики сцепления льда с лопастью, что вызвало сход льда на меньшей частоте вращения.
Результаты исследования работы установки будут опубликованы в журнале «Вестник Московского авиационного института», том 30, № 4, 2023.
Научный сотрудник Центра высокопроизводительных вычислительных систем, доцент кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ, кандидат технических наук Николай Саженков пояснил:
«Управляемое изменение свойств поверхности вентилятора может снизить энергозатраты на „перегазовку“ в процессе полета, и, как следствие, повысить его максимальную продолжительность».
Разработанная установка позволит ученым ПНИПУ проводить дальнейшие эксперименты и совершенствовать методы борьбы с обледенением, которое является опасным явлением для малогабаритных летательных аппаратов и крайне актуальной проблемой, особенно в России.
