1. Вентилятор 2. Анемометр

Өлшеу нәтижесінде цилиндр ішіндегі ауа жылдамдығы V=6.1 m/s болды. Негізінде аэродинамикалық труба ішіндегі ауа қысымы біркелкі ,сондықтан кірген ауаның көлемдік жылдамдығы шыққан ауаның көлемдік жылдамдығымен бірдей болады (47-сурет). Сондықтан, сызықтық жылдамдықтары мен сәйкес қима беттік аудан көбейтінділері де бірдей болады.

V₁S₁=V₂S₂

V₁,V₂- сызықтық жылдамдық, S₁,S₂-цилиндрдің қима беттік аудандары

Сурет 47. Аэродинамикалық трубаның жылдамдықтары

Сондықтан : V₁ R₁²=V₂R₂² V₁ R₁²=VR₂²

V₁ R₁²=VR₂²

6.122.5²=124R₂² R₂=4.9cm

Сондықтан жіңішке цилиндр диаметрін шамамен 10 cm деп аламыз. Аэродинамикалық труба пішіні төмендегідей болды (48-сурет).

Сурет 48. Аэродинамикалық труба

Параметрлері:d₁=45cm, d₂=10cm ,a=100cm

3.5 Ұшақтың ұшу модельін аэродинамикалық трубада жасау және әдеттегі және супергидрофобты қанат беттерінің мұздану жағдайын салыстыру

Ұшақтың мұздану жағдайы атмосфера температурасының әр түрлі болуына баланысты әр түрлі болады. Жаз айларында атмосфера ылғалдылығы жоғары әрі атмосферада су тамшылары жартылай сұйық күйде болады, температура шамамен (-15--20 ) болады. Ауа құрамында сұйық күйдегі судың мөлшері біршама көп болғандықтан (49-сурет). Ұшақ ұшу барысында жоғары жылдамдық әсерінен су тамшысы мұзға айналып, қанат бетіне адгезияланады.

Сурет 49. Жаз кезіндегі ұшақтың мұздануы және атмосферадағы су концентрациясы

Қыс кезінде температура өте төмен болады, атмосфера температурасы шамамен -40 болады. Атмосферадағы ауа құрамы негізінен тұман болады. Жартылай кристаллдар өмір сүреді. Ұшақ ұшу барысында кристаллдар қанат бетіне адгезияланады. Жартылай кристаллдардың адгезиялануы суға қарағанда жоғары болады. Қырау күйінде ұшақ сыртына қатады (50-сурет).

Сурет 50. Қыс кезіндегі ұшақтың мұздануы және атмосферадағы су концентрациясы

Әдеттегі және супергидрофобты қанат беттерінің мұздану жағдайларын салыстыру үшін аэродинамикалық труба ішіне ұшақ қанатының моделін қойып, оны ауа су араласқан ағыста ұстап, оларды уақыт бойынша бақылаймыз. Қанат беттерінің ауданын 120cm² етіп алып, оларды -18 температурада аэродинамикалық труба ішіне қойып мұздануларын салыстырамыз. Ұшақтың ұшуы кезінде ауа ағысы ламинарлы болатындықтан аэродинамикалық трубаның ламинарлы бөлігіне қанатты қоямыз, трубаның вентилятор бөлікке қанша жақын болған сайын ауаның турбулентті ағысы көп болады, сондықтан вентилятор бөлікке қарама-қарсы ауызға жақын жерге, яғни ламинарлы бөлікке қанатты орнатамыз. Осы арқылы ұшақтың ұшу моделі дайындалады (51-сурет).

Сурет 51. Қанаттың мұздануын тексеру схемасы.

1. Шашырату жүйесі 2. Енгізу аузы 3. Тәжірибе бөлігі (қанат) 4. Диффузер конус бөлігі 5. Вентилятор

Нәтижелер.

Шашырту жүйесі арқылы су концентрациясын C= 0.41г/m³ етіп аламыз да, V=124m/s жылдамдықпен трубада жүргіземіз, бірінші кезеңде әдеттегі алюминий қанат бетінің мұздану жағдайын бақылаймыз.

Тәжірибе барысы t=40s уақыт жүргізілді, T=-18 температурада, қанаттың сыртқы бет ауданы S=120cm² , бастапқы массасы m₁=27г-нан m₂=50г-ға өзгерді. Жалпы барыста массасы m_мұз =27г мұз жиналды (52-сурет).

Алдынғы жағынан қарғанда Қима бетінен қарағанда

Сурет 52. Әдеттегі алюминий қанат бетінің мұздану жағдайы

Екінші басқышта шашырту жүйесі арқылы су концентрациясын C= 0.41г/m³ етіп, V=124m/s жылдамдықпен супергидрофобты қанат бетінің мұздану тәжірибесін трубада жүргіземіз. Тәжірибе барысы t=125s уақыт жүргізілді, T=-18 температурада, қанат сыртқы бет ауданы S=120cm², бастапқы массасы m₁=26г-нан m₂=40г-ға өзгерді. Жалпы барыста массасы m_мұз =14г мұз жиналды (53-сурет).

үстінен қарағанда Қима бетінен қарағанда

Сурет 53. Cурпергидрофобты қанат бетінің мұздану жағдайы

ҚОРЫТЫНДЫ

1) Тәжірибе барысын қайталау барысында әдеттегі қанат бетінде мұздану жағдайындағы барысы сыртқы факторға байланысты әр түрлі жүреді. Мысалы, темперетураның өзгеруіне байланысты мұз адгезиясы да әр түрлі күшпен жүреді. Температураға байланысты мұздың жиналу орны да басқаша болады (54-сурет).

Cурет 54. Ауа құрамына және температураға мұз қату формасының тәуелділігі

2) Мұз қату формасы әртүрлі болғандықтан мұз қатқаннан кейінгі ауа ағысының қарама-қарсы бағытта қозғалуы да басқаша болады [37]. Температураның өте төмен жағдайында, әсіресе қыс кезінде атмосферада су толық кристаллды күйде болады. Әдетте толық кристаллдың (яғни қардың) адгезиясы жартылай кристалл және суға қарағанда өте төмен болады (55-сурет).

Сурет 55. Жартылай кристаллдың (A) және толық кристаллдың (B) қанат бетіне соқтығысу жағдайы.

3) Қанат ішіндегі жылыту жүйесінің энергия шығымын азайтуға супергидрофобты беттің көмегі өте зор болады. Себебі, адгезия жұмысын азайтады және мұздың жиналу жылдамдығын, уақытын азайтады. Бірақ кей жағдайдағы супергидрофобты беттер мұздануға қарсы жүйеге кері әсерін тигізеді, яғни сумен адгезиясы төмен болғанымен мұзбен адгезиясы жоғары болады. Себебі, гидрофобты топшалары (өсінділері) арасындағы диаметр өте үлкен, аэродинамикалық жылдамдықпен соқтығысқан су тамшысы немесе тұман топшалар арасына кіріп кетеді, кіріп кеткеннен кейін мұзға айналу барысында көлемін ұлғайтып, адгезия жұмысы одан ары күшейе түседі (56-сурет).

Сурет 56. Гидрофобты топшалар диаметрі үлкен болу себебінің адгезия жұмысына әсері. A. су тамшысының бетке жоғары жылдамдықпен соғылуы; B. Гидрофобты топшалар арасына судың кіруі C. Мұзға айналу барысында көлем ұлғайтып топша арасында F күш туғызуы.

4) Мұздануға қарсы жүйеге супергидрофобты материал қолданғанда гидрофобты материалға қанат бетінің селективтілігі:

(1) супергидрофобты беттегі гидрофобты топшалар радиусы өте кіші әрі биіктіктері бірдей болу керек, яғни жазық бетке ұмтылу керек. Осы шарттарды егер қанат беті қанағаттандырса аэродинамикалық жылдамдықпен соқтығысқан су тамшыларының адгезиясынан сақтануға болады (57-сурет).

(2).механикалық күштерге төзімді, термотұрақты, температура сіңіргіш коррозияға ұшырамайтын болу керек. Осы шарттарды қанағаттандырса, жылыту жүйесіндегі температураны сіңіріп қанат бетін тез қыздырып, мұзды оңай ерітеді.

АБ

А. Гидрофобты топшалары арасы үлкен жағдай;

Б. Гидрофобты топшалар арасы кіші жағдай

Сурет 57. Гидрофобты топшалардың әртүрлі жағдайындағы мұз қату

Жұмыс нәтижесі:

Практикада жасалынған тефлон-ПФС материалы жоғарыдағы шарттарды қанағаттандырады. Яғни, термотұрақты, механикалық күштерге төзімді, гидрофобты топшалар биіктіктері шамамен бірдей.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. 裘燮纲,韩凤华.飞机防冰系统[M].北京:航空专业教材编审组,2001.26-30

2. 于庆芳.Y-12Ⅱ型飞机结冰对其飞行特性影响的试飞研究[J].飞行力学,1995,13(2):63-70

3. Addy H E Jr. Ice Accretions and Icing Effects for Modern Airfoil[R]. NASA/TP-2000-210031,2000.

4. Bragg MB, Hutchison T, Merret J, et al. Effect of Ice Accretion on Aircraft Flight Dynamics [R].AIAA2000-0360,2000.

5. 张强等. 积冰对飞机飞行性能的影响[J].北京航空航天大学学报,2006,32(6):654-657

6. . 张梅1，孟军锋2，孙哲2，杨茂林2，杨康

7. Bowden D T. Engineering summary of airframe icing technical data[R] .FAA-ADS-4,1964

8. C. Antonini , M. Innocenti , T. Horn , M. Marengo , A. Amirfazli. Cold Regions Science and Technology 67 (2011) 58–67

9. Anderson, D.N., Reich, A.D., 1997. Tests of the performance of coatings for low ice

10. Todd S. Glickman. Glossary of meteorology 2. American Meteorological Society. 2000.Jan.Jan. ISBN 978-1878220349 

11. William D. Nesse. Introduction to Mineralogy. Oxford University Press. 1999.Nov.Nov: 966–967.ISBN 978-0-19-510691-6 .

12. . Philip Ball. H₂O: a biography of water. Phoenix. 2000.Oct. ISBN 978-0-753-81092-7 

13. Ancel St. John. The Crystal Structure of Ice. Proc Natl Acad Sci USA. 1918.Jul, 4 (7): 193–197.PMC PMC1091441. PMID 16576297 

14. Sir W H Bragg. The Crystal Structure of Ice. Proc. Phys. Soc. London. 1921, 34 (98): 193–197.doi:10.1088/1478-7814/34/1/322

15. G.K.Batchelor,　An Introduction to Fluid　Dynamics,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1970

16. Lamb, H. Statics, Including Hydrostatics and the Elements of the Theory of Elasticity, 3rd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1928.

17. Jump up to:^a b Sherwood, Lauralee; Justin Pearlman (2007). "Ch13". In Peter Adams. Human physiology from cells to systems(6th ed.). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0-495-01485-0

18. Francis Hauksbee, Physico-mechanical Experiments on Various Subjects … (London, England: (Self-published by author; printed by R. Brugis), 1709), pages 139–169.

19. R. K. Sinnott Coulson & Richardson's Chemical Engineering, Volume 6: Chemical Engineering Design, 4th ed (Butterworth-Heinemann) ISBN 0-7506-6538-6 page 473

20. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод.-М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.

21. Holmes, J.D. Wind Loading on Structures. London: Spon Press. 2001.

22. Dodson, MG. An Historical and Applied Aerodynamic Study of the Wright Brothers' Wind Tunnel Test Program and Application to Successful Manned Flight. US Naval Academy Technical Report. 2005,. USNA-334[2009-03-11].

23. Barlow, J.B. Rae, W.H. and Pope, A. Low speed wind tunnel testing. John Wiley & Sons, Inc. 1999.

24.Құмарғалиева С.Ш. Коллоидтық химияның негіздері/С. Ш. Құмарғалиева. – 2011

25. Aryeh Ben-Na'im Hydrophobic Interaction Plenum Press, New York (ISBN 0-306-40222-X)

26. Goss, K. U. and R. P. Schwarzenbach (2003): "Rules of Thumb for Assessing Equilibrium Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitfalls." JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450-455. Link to abstract

27. Wenzel, RN. Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water. Ind. Eng. Chem. 1936, 28: 988–994

28. 聚四氟乙烯-Guidechem.com(字典)

29. 卢晓、徐毅儿、吴璇. 特富龙不粘锅成分可能致癌　广州将进行全市抽检. 中国新闻网. 中国新闻社. 2004-07-12 [2012-08-27].

30. 李珊. 世卫推荐使用中国铁锅　安全有益健康. 《环球时报》生命周刊 (人民日报社). 2006-02-14: (第三版) [2012-08-26].

31. 安家驹，王伯英编. 实用精细化工辞典 第一版. 北京: 轻工业出版社. 1988: 994.

32. Akira N, Kazuhito H, Toshiya W. Recent Studies on Super-hydrophobic Films [J]. Monatsh. Chem., 2001, 132: 31−41.

33. . Coulson S R, Woodward I, Badyal J P S. Super-repellent Composite

Fluoropolymer Surfaces [J]. J. Phys. Chem. B, 2000, 104(37):8836−8840.

34. 石塞安. 工程塑料 [M]. 上海：上海科技出版社, 1999. 362.

35. 李继红，侯灿淑，余自力，等. 聚苯硫醚涂层/金属基体的界面研

究 [J]. 高分子材料科学与工程, 1998, 14(3): 94−99.

36. 杨生荣，李同生，周兆福，等. PPS−PTFE 防粘耐磨涂层的研制

及其在食品烤盘上的应用 [J]. 塑料, 1999, 28(1): 38−41.

37. ANDY PASZTOR and JOSH MITCHELL Updated Nov. 24, 2009 12:01 a.m. ET. FAA Plans Tougher Ice Rules

55