Hoe controleer je ijsvorming op een vliegtuig, ook als hij vliegt? Jonathan Boreyko, universitair hoofddocent bij de faculteit Werktuigbouwkunde, leidt een team dat samenwerkt met Collins Aerospace om een ​​aanpak te ontwikkelen waarbij ijs zelf wordt gebruikt. In een studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , ze creëerden een ontdooimethode die gebruikmaakt van hoe rijp op pilaarstructuren groeit om ijs op te schorten terwijl het zich vormt tot een laag die gemakkelijker te verwijderen is.

IJsvorming op vliegtuigen kan zowel een verergering als een gevaar voor de gezondheid opleveren. Het kijken naar een vertrekbord op de luchthaven voor vertragingen vanwege ijs is bekend terrein voor winterreizigers, en de National Transportation Safety Board meldt in totaal 52 vliegongevallen die worden toegeschreven aan ijsvorming tussen 2010 en 2014, resulterend in 78 doden.

Het ijsvrij maken van een vliegtuig op de luchthaven voor het opstijgen is mogelijk, maar vliegtuigen ervaren ook dalende temperaturen en snelle ijsvorming tijdens de vlucht. Zodra zich ijs vormt op de vleugels, het kan het vermogen van een piloot om het vliegtuig veilig te bedienen aanzienlijk belemmeren. Vliegtuigen uitrusten met de mogelijkheid om ijs te verwijderen terwijl ze vliegen op een hoogte tussen 35, 000 en 42, 000 voet zou een betere set hulpmiddelen bieden om de veiligheid te handhaven, geloven de onderzoekers.

IJs op een voetstuk zetten

Boreyko's team werkte vanuit de wetenschap dat waterdruppels zich op verschillende manieren gedragen, afhankelijk van het oppervlak. Ze wilden gebruikmaken van een principe dat bekend staat als de wet van Cassie, waaruit blijkt dat lucht onder waterdruppels kan worden opgesloten als de druppels worden opgehangen bovenop een structuur die hobbelig en waterafstotend is. Met een structuur die lucht onder water zou kunnen vasthouden in deze "Cassie-staat, "De onderzoekers probeerden ijs te vormen in een laag met een lagere hechting aan het oppervlak.

Het waterafstotend maken van een oppervlakte vereist doorgaans een chemische coating die periodiek moet worden bijgevuld, Boreyko legde uit, en het hobbelige oppervlak heeft ook de neiging om na verloop van tijd te slijten. Het team koos voor een nieuwe aanpak, met als doel een waterafstotend oppervlak te maken waarvoor geen fragiele chemische coatings of ultrafijne oneffenheden nodig zijn. In plaats daarvan, ze kozen voor een eenvoudige en duurzame constructie in de vorm van aluminium, millimeter grote pilaren.

Boreyko's team creëerde een reeks pilaren, elk een millimeter hoog en een halve millimeter breed. De kleine sokkels werden machinaal bewerkt tot een patroon met een millimeter tussenruimte. Toen de temperatuur daalde, vorst groeide bij voorkeur op de toppen van de pilaren, resulterend in verhoogde vorsttips. Naarmate er meer water werd toegevoegd, het werd opgenomen in deze poreuze ijslaag. Toen er vervolgens waterdruppels op het oppervlak vielen, ze werden gevangen op de vorstsokkels.

Deze ijskoude druppels creëerden kleine "ijsbruggen, " zoals hoofdauteur Hyunggon Park beschreef, die de luchtgaten in de valleien tussen de met ijs bedekte pilaren dichtmaakten. "Bij het inslaan van water bevroor druppels op het oppervlak, we maakten een interessante observatie:de waterdruppels werden opgevangen door de vorstpunten en bouwden ijsbruggen om luchtbellen eronder op te sluiten, " zei Park. Na verloop van tijd, een doorlopende en luchtvangende ijskap gevormd over de met ijs bedekte pilaren.

Terwijl andere ontdooimethoden ervoor kunnen zorgen dat een ijslaag directer aan een groot oppervlak hecht, deze ingesloten luchtspleten zorgen ervoor dat de plaat wordt opgehangen, het verminderen van de hoeveelheid hechting die ijs aan het oppervlak heeft.

"Door grotere pilaren te gebruiken in plaats van nanostructuren, en vorstpunten in plaats van een hydrofobe coating, we ontdekten dat we hetzelfde voordeel kunnen krijgen als het vasthouden van lucht onder het vormende ijs, terwijl we de duurzaamheidsproblemen vermijden, "Zei Boreyko. "Dit zou onze aanpak praktisch moeten maken voor het verbeteren van de-icing op vliegtuigen of warmtewisselaars."

Met een zwakkere band, het is mogelijk om de luchtzakken te gebruiken om vervolgens ijs weg te duwen. Dit wordt de volgende stap in het proces van de onderzoekers, terwijl het team van Boreyko hun methode blijft ontwikkelen.