Hur kontrollerar du isbildning på ett plan, även när det flyger? Jonathan Boreyko, docent vid institutionen för maskinteknik, leder ett team som arbetar med Collins Aerospace för att utveckla ett tillvägagångssätt med användning av själva isen. I en studie publicerad i Fysiska granskningsbrev , de skapade en avisningsmetod som utnyttjar hur frost växer på pelarkonstruktioner för att hänga is när den bildas till ett lager som är lättare att ta bort.

Isbildning på flygplan kan vara både en försämring och en hälsorisk. Att titta på en flygplatsavgångstavla för förseningar på grund av is är ett välbekant territorium för vinterresenärer, och National Transportation Safety Board rapporterar totalt 52 olyckor under flygning som tillskrivs isbildning mellan 2010 och 2014, resulterade i 78 dödsfall.

Det är möjligt att avisning av ett plan på flygplatsen före start, men flygplan upplever också sjunkande temperaturer och snabb isbildning under flygning. När is bildas på vingarna, det kan kraftigt hämma en pilots förmåga att säkert använda flygplanet. Utrusta plan med förmågan att ta bort is när de flyger på höjder mellan 35, 000 och 42, 000 fot skulle ge en bättre uppsättning verktyg för att upprätthålla säkerheten, tror forskarna.

Att lägga is på en piedestal

Boreykos team arbetade utifrån vetskapen om att vattendroppar beter sig på olika sätt, beroende på ytan. De syftade till att utnyttja en princip som kallas Cassies lag, som visar att luft kan fångas under vattendroppar om dropparna hängs ovanpå en struktur som är stötig och vattenavvisande. Med en struktur som kunde fånga luft under vattnet i detta "Cassie-tillstånd, "forskarna försökte göra isform i ett lager med lägre vidhäftning till ytan.

Att göra en vattenavvisande ytvattenavvisande kräver vanligtvis en kemisk beläggning som måste fyllas på med jämna mellanrum, Boreyko förklarade, och den ojämna ytan tenderar också att slita med tiden. Teamet valde ett nytt tillvägagångssätt, med målet att göra en vattenavvisande yta som inte kräver sköra kemiska beläggningar eller ultrafina stötar. Istället, de valde en enkel och hållbar struktur i form av aluminium, millimeterstora pelare.

Boreykos team skapade en rad pelare, var och en millimeter hög med en halv millimeter bred. De små piedestalerna bearbetades till ett mönster med en millimeter mellan. När temperaturen sjönk, frost växte företrädesvis på toppen av pelarna, vilket resulterar i förhöjda frosttippar. När mer vatten tillsattes, det absorberades i detta porösa frostskikt. När vattendroppar sedan slogs mot ytan, de fångades på frostsocklarna.

Dessa frysande droppar skapade små "isbroar, " som huvudförfattaren Hyunggon Park beskrev, som tätade luftluckorna i dalarna mellan de frostkantade pelarna. "När stötande vattendroppar frös på ytan, vi gjorde en intressant observation:Vattendropparna fångades av frostspetsarna och byggde isbroar för att fånga luftfickor under, "Sa Park. Med tiden, ett sammanhängande och luftfångande istak bildat över de frosttoppade pelarna.

Medan andra avisningsmetoder fortfarande kan tillåta ett isskikt att fästa mer direkt på en stor yta, dessa fångade luftspalter gör att arket hänger upp, sänka mängden vidhäftning is till ytan.

"Genom att använda större pelare i stället för nanostrukturer, och frostspetsar i stället för en hydrofob beläggning, vi fann att vi kan få samma fördel med att fånga luft under den formande isen samtidigt som vi undviker hållbarhetsproblemen, "Boreyko sa." Detta borde göra vårt tillvägagångssätt praktiskt för att förbättra avisning på flygplan eller värmeväxlare. "

Med ett svagare band, det är möjligt att använda luftfickorna för att sedan skjuta bort isen. Detta blir nästa steg i forskarnas process, när Boreykos team fortsätter att utveckla sin metod.