ВИДЫ ПРЕДПОЛЕТНОЙ ОБРАБОТКИ
Существуют разные методы борьбы с обледенением самолетов: тепловые, механические и химические (с помощью противообледенительной жидкости). Химический метод — самый распространенный — основан на следующем эффекте: при попадании на поверхность воздушно-транспортного средства нагретая до 60 °С жидкость удаляет ледяные образования и остается на поверхности, препятствуя последующему обледенению (рис. 1).
В настоящий момент существуют четыре типа ПОЖ, различающиеся по виду действия и предназначения. Тип I — это незагущенная жидкость, вязкость которой не изменяется при перемешивании. Такая жидкость действует очень малое время и используется для удаления льда, уже намерзшего на фюзеляже и крыльях самолета. Реже ее применяют для защиты от образования нового льда. Остальные три типа ПОЖ применяются в тяжелых погодных условиях и при долгом ожидании взлета, защищая корпус от обледенения. Они загущены и остаются на поверхности самолета намного дольше, постепенно разрушаясь во время полета.
СОСТАВ
Чтобы понять, как противообледенительная жидкость защищает корпус воздушно-транспортного средства от обледенения, поговорим о ее составе. В состав ПОЖ входит около 60 % этиленгликоля, а также загустители, антикоррозийные присадки, поверхностно-активные вещества и вода.
Чтобы проверить, как ведет себя разбавленная водой жидкость при нанесении на поверхность, мы использовали метод сканирующей зондовой микроскопии.
КАК РАБОТАЕТ СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНДОВЫЙ МИКРОСКОП
Главный инструмент сканирующего зондового микроскопа — тонкая кремниевая игла (кантилевер) толщиной около 3–5 микрометров, заостренная на конце. На нее попадает лазерный луч, который, отражаясь, оказывается на фоточувствительной матрице, или фотодиоде (рис. 2). Игла скользит по поверхности образца, следуя за всеми неровностями и шероховатостями, и ее положение изменяется, а значит, меняется и положение лазерного луча на фотодиоде. Данные с фотодиода конвертируются в данные о положении кантилевера, и мы получаем визуализированную информацию о его траектории — т. е. мы не смотрим на объект, а ощупываем его. Преимущество этого метода в том, что мы не ограничены таким понятием, как дифракционный предел, а это значит, что мы можем получить информацию об отдельных молекулах, ощупывая их.
ИССЛЕДОВАНИЕ
Мы изучили, как на молекулярном уровне выглядит раствор противообледенительной жидкости на основе этиленгликоля.
Сначала мы получили изображения неразбавленного образца (рис. 4). Жидкость наносилась на поверхность слюды, и после высыхания слюда помещалась в сканирующий зондовый микроскоп ФемтоСкан. Видно, что раствор настолько концентрированный, что он не может равномерно распределиться по поверхности.
Водный раствор ПОЖ, разведенный в пропорции 1:100, выглядит уже совершенно иначе (рис. 5).
ЧТО МЫ ВИДИМ?
Этиленгликоль представляет собой короткие молекулы, и именно их мы видим на изображении в виде светлых точек. Структура самой молекулы не распознается, так как кончик кантилевера имеет конечные размеры порядка размеров такой молекулы.
Длинные линии — это молекулы загустителя, который добавляют для увеличения вязкости раствора, т. е. для того, чтобы жидкость как можно дольше оставалась на поверхности фюзеляжа. Интересно, что этиленгликоль имеет температуру замерзания –12 °С, но при смешивании с водой она может измениться до –70 °С при определенном соотношении компонент.
Видно, что молекулы этиленгликоля распределились по поверхности достаточно равномерно. То есть при попадании на такую поверхность молекулы воды не смогут образовать устойчивую структуру в несколько сотен молекул, которая являлась бы зародышем льда. А это значит, что жидкость, разработанная специально для защиты от обледенения, отлично справляется со своей задачей.
Статья была опубликована в июньском номере журнала "Наука и техника" за 2019 год
