Nowatorski system usuwania lodu za pomocą ciepła silnika
Obladzanie samolotów jest ważnym i powszechnym problemem. Warstwa lodu na skrzydłach i powierzchniach sterowych może zmieniać swój kształt, potencjalnie wpływając na kontrolę pilota nad statkiem powietrznym. Lód zwiększa również masę maszyny. W pewnych warunkach, zwykle na dość niskich wysokościach, tworzą się chmury, w których występuje oblodzenie, które mogą zawierać kropelki przechłodzonej wody. W kontakcie z jakąkolwiek stałą powierzchnią kropelki natychmiast na niej zamarzają. W ten sposób w ciągu kilku sekund na powierzchni kadłuba może powstać gruba warstwa lodu. To poważne niebezpieczeństwo dla małych statków powietrznych, które muszą za wszelką cenę unikać takich chmur. Większe samoloty są wyposażone w systemy odladzania. Główne typy systemów odladzających ogrzewają skrzydła i wlot powietrza do silnika dzięki wykorzystaniu elementów elektrycznych lub doprowadzeniu gorącego powietrza. Chociaż są one niezawodne, to jednocześnie wymagają dostarczania znacznych ilości energii – zużywają nawet 40 % całkowitej mocy wytwarzanej przez samolot. Każde zmniejszenie zużycia energii oznaczałoby znaczne oszczędności finansowe dla operatora statku powietrznego.
Wykorzystanie ciepła odpadowego
W ramach finansowanego przez UE projektu PIPS opracowano nowy system ogrzewania. Zamiast generować ciepło, zwiększając przy tym koszt eksploatacji maszyny, układ przenosi ciepło odpadowe z silników do wlotu powietrza do silnika. To znacznie zwiększa jego sprawność. Wstępnie układ ma być stosowany w części zasysającej powietrze w średniej wielkości samolotach turbośmigłowych. Ostatecznie można by go jednak przystosować do każdego typu samolotu posiadającego gorące silniki w pobliżu skrzydeł, czyli praktycznie do każdego rodzaju maszyny. Zgłoszony do opatentowania system nosi nazwę Capillary Pumped Loop (pętla pompowana kapilarnie). „To zamknięty obieg, w którym krąży zawsze nasycony płyn – metanol”, wyjaśnia koordynator projektu Romain Rioboo. „Oznacza to, że zawsze znajduje się w punkcie przemiany fazowej między cieczą a parą”. Silnik dostarcza ciepło do parownika, który odparowuje ciecz. Gazowy metanol przepływa do skraplacza, gdzie powraca do stanu ciekłego, uwalniając ciepło. Knot kapilarny przeprowadza ciecz do parownika – pompy pasywnej. Fizyka przemiany fazowej między cieczą a gazem sprawia, że ciecz może pochłaniać i przenosić duże ilości ciepła. Oznacza to, że układ pracuje z dużą sprawnością i wykorzystuje ciepło silnika, które w innym przypadku zostałoby zmarnowane. Pozwala to zaoszczędzić koszt wytwarzania znacznych ilości ciepła, co ma miejsce w przypadku konwencjonalnych systemów odladzania.
Na razie idzie dobrze
Projekt osiągnął piąty poziom gotowości technologicznej. Koncepcja została już zademonstrowana, ale technologia nadal wymaga dopracowania. Badacze początkowo planowali użycie gotowych komponentów, jednak napotkane problemy zmusiły ich do zaprojektowania zupełnie nowego układu. Udało się, ale spowodowało to opóźnienia. „Musimy jeszcze zmienić konstrukcję skraplacza, aby poprawić dystrybucję ciepła na powierzchni wlotu silnika i przetestować tę zmianę przed przeprowadzeniem testów w locie”, dodaje Rioboo. Jednocześnie w testach laboratoryjnych i prowadzonych z uwzględnieniem oblodzenia testach w tunelu aerodynamicznym układ zaproponowany w ramach projektu zdołał przeprowadzić skuteczny transfer ciepła w pełnowymiarowym modelu konfiguracji silnika. Z jego pomocą zdołano przenieść aż 10 kilowatów ciepła w warunkach oblodzenia. To przekracza wymagania stawiane systemom odladzania. Nie wiadomo, czy projekt będzie rozwijany. Jeśli tak się stanie, uzyskamy tani i wydajny system odladzania samolotów.
Słowa kluczowe
PIPS, samolot, odladzanie, układ, wymiana ciepła, Capillary Pumped Loop, metanol
