Образование льда в самолетах может быть как осложнением, так и опасностью для здоровья. Наблюдение за табло вылета аэропорта на предмет задержек из-за гололеда является привычной территорией для зимних путешественников, и Национальный совет по безопасности на транспорте сообщает в общей сложности о 52 несчастных случаях в полете, связанных с образованием льда в период с 2010 по 2014 год, в результате чего 78 человек погибли.

Антиобледенение самолета в аэропорту перед взлетом возможно, но самолеты также испытывают резкое падение температуры и быстрое образование льда в полете. Как только на крыльях образуется лед, это может значительно снизить способность пилота безопасно управлять самолетом. Исследователи полагают, что оснащение самолетов возможностью удаления льда во время полета на высотах от 35 000 до 42 000 футов обеспечит лучший набор инструментов для поддержания безопасности.

Кладем лед на пьедестал

Команда Борейко работала, исходя из знания того, что капли воды ведут себя по-разному, в зависимости от поверхности. Они стремились использовать принцип, известный как закон Кэсси, который показывает, что воздух может задерживаться под каплями воды, если капли подвешены на неровной и водоотталкивающей конструкции. Используя структуру, которая могла бы задерживать воздух под водой в этом "состоянии Кэсси", исследователи стремились сформировать лед в слое с меньшей адгезией к поверхности.

Борейко объяснил, что для создания поверхностного водоотталкивающего средства обычно требуется химическое покрытие, которое необходимо периодически пополнять, а неровная поверхность также имеет тенденцию изнашиваться с течением времени. Команда выбрала новый подход с целью создания водоотталкивающей поверхности, которая не требует хрупких химических покрытий или сверхтонких неровностей. Вместо этого они выбрали простую и прочную конструкцию в виде алюминиевых столбов миллиметрового размера.

Команда Борейко создала множество столбов, каждый высотой в один миллиметр и шириной в полмиллиметра. Крошечные подставки были обработаны в виде узора с промежутком в миллиметр. По мере понижения температуры иней преимущественно нарастал на верхушках столбов, что приводило к повышению уровня инея на верхушках. По мере добавления большего количества воды она впитывалась в этот пористый слой инея. Когда капли воды впоследствии попадали на поверхность, они попадали на подставки для инея.

Эти замерзающие капли создавали крошечные "ледяные мостики", как описал ведущий автор исследования Хенгон Парк, которые закрывали воздушные промежутки в долинах между покрытыми инеем столбами. "Когда капли воды замерзали на поверхности, мы сделали интересное наблюдение: капли воды захватывались ледяными наконечниками и создавали ледяные мостики, чтобы задержать воздушные карманы под ними", - сказал Парк. Со временем над покрытыми инеем столбами образовался сплошной, удерживающий воздух ледяной покров.

В то время как другие методы борьбы с обледенением все еще могут позволить листу льда более непосредственно прилипать к большой площади поверхности, эти захваченные воздушные зазоры приводят к подвешиванию листа, снижая степень сцепления льда с поверхностью.

"Используя более крупные столбы вместо наноструктур и морозостойкие наконечники вместо гидрофобного покрытия, мы обнаружили, что можем получить то же преимущество улавливания воздуха под образующимся льдом, избегая при этом проблем с долговечностью", - сказал Борейко. "Это должно сделать наш подход практичным для улучшения защиты от обледенения самолетов или теплообменников".

При более слабом сцеплении можно использовать воздушные карманы, чтобы затем оттолкнуть лед. Это будет следующим шагом в процессе исследователей, поскольку команда Борейко продолжает развивать свой метод.