Löcher in Flüssigkeit machen Flugzeuge eisfrei

Lösung aus Russland und Kanada liefert zudem Optimierungspotenzial für industrielle Prozesse

Nahaufnahme: Tröpfchen stoßen Löcher in Flüssigkeit (Foto: skoltech.ru)

Moskau (pte003/28.06.2022/06:10)

Mit viskoseren Tröpfchen in Flüssigkeiten gestochene Löcher verhindern das Einfrieren von Flugzeugtragflächen an kalten Regen- oder Schneetagen. Das haben Wissenschaftler des Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) http://skoltech.ru und der Universität York http://yorku.ca herausgefunden. Details sind in "Fluids" nachzulesen.

Noch bessere Enteisung

Tröpfchen, die auf die Beschichtung von Flugzeugen treffen, können den Schutzfilm der Enteisungsflüssigkeit durchbrechen und trockene Stellen hinterlassen, an denen es zu gefährlichem Gefrieren kommen kann. Auf ähnliche Weise können geschmierte Teile in einer Industriemaschine ihren Schutz vor Reibung verlieren, wenn herabfallende Tröpfchen Löcher in den Film stoßen. Die Skoltech-Forscher und ihre Kollegen haben diesen Prozess erneut untersucht, aber nicht mit Wasser, sondern mit viskoseren Flüssigkeiten. Die Ergebnisse sind wichtig für die Verbesserung von Anti-Icing-Behandlungs- und Schmierungsprotokollen.

"Industrielle Prozesse, bei denen es um Vereisungsschutz und Schmierung geht, erfordern die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Flüssigkeitsfilms auf der gesamten zu behandelnden Oberfläche", erklärt der Erstautor der Studie, Viktor Grishaev von Skoltech. "Wenn die Oberfläche jedoch so beschaffen ist, dass sie Flüssigkeit abstößt, kann schon das Auffüllen des Films durch Aufsprühen von Flüssigkeit auf die Oberfläche zu empfindlichen trockenen Stellen führen, weil die Tröpfchen mit dem Film kollidieren. Unsere Studie erklärt, wann das passiert und wie man das Risiko dafür minimieren kann."

Drei Parameter verändert

Dank der Kontrolle von drei Hauptparametern können die Ingenieure einen Filmriss vermeiden. Zum einen sind dickere Folien schwerer zu durchbrechen, denn in diesem Fall muss der Aufprall einen größeren Krater erzeugen, sonst schließt er sich und bildet kein stabiles Loch. Davon ausgehend, dass die Dicke der Folie fest ist, lässt sich die Aufprallenergie verringern und somit das Erreichen der kritischen Kratergröße vermeiden, indem ein oder zwei der beiden Tröpfchenparameter verändert werden. Man braucht entweder kleinere Tröpfchen oder solche, die sich langsamer bewegen.

"Unser empirisch fundiertes Modell verknüpft all diese Parameter miteinander und macht Vorhersagen, die gut mit dem Experiment übereinstimmen", so Grishaev. Die Studie würde zudem berücksichtigen, dass eine viskose Flüssigkeit (wie Honig oder Schmiermittel) im Gegensatz zu Wasser einen großen Teil der Aufprallenergie des Tröpfchens durch Reibung verliert - sowohl zwischen Molekülen innerhalb des Tröpfchens, wenn es durch die Kollision verformt wird, als auch zwischen den Molekülen im Film selbst, wenn diese vom Zentrum des sich öffnenden Kraters weggedrückt werden.

Mit ihren Erkenntnissen über die Wechselwirkung von aufprallenden Tropfen mit Flüssigkeitsfilmen liefert die Studie Werkzeuge zum Verständnis und zur Verbesserung industriell bedeutsamer Prozesse, die ähnliche Phänomene beinhalten. Diese könnten vom Regen, der auf ein Flugzeug fällt, während es sich für den Start vorbereitet, bis zu einem Wasserstrahl reichen, der ein frisch hergestelltes heißes Metallteil kühlt. Japanische Forscher haben bereits eine Beschichtung nach Art des Pfeilgiftfrosches konzipiert, die Flugzeuge eisfrei macht (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20160318003 ).

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