Противообледенительные жидкости (поверхностное натяжении и вязкость)

Небольшое количество льда или снега толщиною всего 0,36 мм может вызвать шероховатость поверхности самолета, вследствие которой машина теряет маневренность и взлетает более тяжело, лёд также может добавить дополнительный вес.

Топливо для самолета размещается в крыльях, корпус которых представляет собой баки с резиновыми ячейками, клапанами и трубками. После небольшого времени полета температура топлива может значительно опуститься, даже ниже температуры за бортом. Лед же может образовываться даже если за бортом 0°С (32F).

Понижение температуры топлива ниже окружающей температуры может быть также вызвано высокой влажностью или дождем, при этом на корпусе крыльев может образоваться тонкий слой льда, который виден невооруженным глазом. Этот лед можно обнаружить визуально или с помощью специальных камер.

Перед вылетом самолет проходит противообледенительную обработку: de-icing ("де-айсинг"), суть которой заключается в удалении снега и льда с поверхностей самолета с помощью специальных машин. Существует также процедура, предотвращающая образование льда - "анти-айсинг" (anti-icing), которая заключается в опрыскивании поверхностей специальными противообледенительными жидкостями. Обработка поверхностей всегда происходит перед взлётом, т.к. используемые жидкости действуют всего 10-15 минут.

Противообледенительные жидкости представляют собой водный раствор этиленгликоля с различными добавками для улучшения эксплуатационных характеристик. В зависимости от состава различают четыре типа жидкостей. Жидкости I тип применяются в нагретом виде для удаления снежно-ледяных отложений с поверхности самолета, используются при лёгком обледенении. При выпадении осадков используют более вязкие жидкости (тип II, III, IV), которые образуют защитную плёнку на поверхности.

Качество противообледенительных жидкостей определяют по нескольким параметрам, в том числе по поверхностному натяжению и динамической вязкости. Единого стандарта на данные показатели нет, компании пользуются зарубежными ASTM либо выпускают "Технические условия".

Поверхностное натяжение должно быть как можно ниже, чтобы жидкость растекалась по поверхности самолета и ложилась ровным слоем. Для отечественных авиакомпаний данный параметр является дополнительным и его можно не определять совсем. Но если поверхностное натяжение будет слишком большим, то жидкость просто скатится с крыла, словно масло, скользящее по тефлоновой сковородке. Поверхностное натяжение в Европе определяют по методу отрыва кольца с помощью тензиометра серии K (KRUSS) или его аналогов согласно ASTM D1331 (стандарт прекратил действовать в 2010 году).

Надо отметить, что важны не только свойства жидкости, но и свойства поверхности самолета. При разработке рецептуры надо точно знать, как она должна себя вести при контакте с поверхностью, которая имеет определенную свободную энергию (= поверхностное натяжение твердого тела). Свободная энергия поверхности (СЭП) определяет адгезионные свойства, гидрофильность и гидрофобность (см. статью "Оптимизация свойств покрытий"). Оценка твёрдых поверхностей производится с помощью приборов для измерения краевого угла. Для измерения краевого угла смачивания и расчета свободной энергии поверхности крыла самолёта на взлетном поле можно использовать прибор краевого угла MobileDrop - компактный прибор, умещающийся на ладошке и работающий от ноутбука.

Но вернемся еще к одному параметру, который также связан с поведением жидкости в момент нанесения - динамическая вязкость. Вязко-упругие свойства позволяют жидкости течь или сопротивляться течению (деформации). Противообледенительная жидкость является неньютоновской, т.е. она разжижается в момент приложения нагрузки (прокачивание по трубопроводу, распыление через форсунку), и загустевает в покое. Благодаря такому поведению ее легко распылять, но уже на крыле она не будет стекать вниз.

Динамическую вязкость измеряют с помощью ротационных вискозиметров Brookfield или аналогов. Т.к. вязкость неньютоновских жидкостей зависит от условий измерения (температуры, скорости, геометрии), то они должны быть четко прописаны в методике измерения. Компания DOW прописала в технических свойствах на противообледенительную жидкость UCAR Endurance EG106 ADF/AAF измерение вязкости при 0°С и скорости 0,3 об/мин на 31 шпинделе, т.е. если другая авиакомпания захочет проверить данный параметр ей надо будет взять вискозиметр Брукфильда и адаптер малого образца SSA с 31-шпинделем.

Сегодня используются противообледенительные жидкости отечественного и зарубежного производства. Каждый аэропорт имеет свою службу контроля качества используемых реагентов. Надеемся, что тензиометры также займут важное место на лабораторном столе.