Come si controlla la formazione di ghiaccio su un aereo, anche quando è in volo? Jonathan Boreyko, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, sta guidando un team che lavora con Collins Aerospace per sviluppare un approccio utilizzando il ghiaccio stesso. In uno studio pubblicato su Lettere di revisione fisica , hanno creato un metodo antighiaccio che sfrutta il modo in cui il gelo cresce sulle strutture dei pilastri per sospendere il ghiaccio mentre si forma in uno strato più facile da rimuovere.

La formazione di ghiaccio sugli aeroplani può essere sia un aggravamento che un pericolo per la salute. Guardare un tabellone di partenza dell'aeroporto per i ritardi a causa del ghiaccio è un territorio familiare per i viaggiatori invernali, e il National Transportation Safety Board riporta un totale di 52 incidenti in volo attribuiti alla formazione di ghiaccio tra il 2010 e il 2014, provocando 78 vittime.

È possibile sbrinare un aereo in aeroporto prima del decollo, ma gli aerei subiscono anche un crollo delle temperature e una rapida formazione di ghiaccio in volo. Una volta che il ghiaccio si forma sulle ali, può inibire notevolmente la capacità di un pilota di operare in sicurezza l'aereo. Dotare gli aerei della capacità di rimuovere il ghiaccio mentre volano ad altitudini comprese tra 35, 000 e 42, 000 piedi fornirebbe una migliore serie di strumenti per mantenere la sicurezza, i ricercatori credono.

Mettere il ghiaccio su un piedistallo

Il team di Boreyko ha lavorato sulla consapevolezza che le gocce d'acqua si comportano in modi diversi, a seconda della superficie. Miravano a sfruttare un principio noto come Legge di Cassie, che mostra che l'aria può essere intrappolata sotto le gocce d'acqua se le gocce sono sospese su una struttura irregolare e idrorepellente. Con una struttura che potrebbe intrappolare l'aria sott'acqua in questo "stato di Cassie, " i ricercatori hanno cercato di formare il ghiaccio in uno strato con una minore adesione alla superficie.

La realizzazione di una superficie idrorepellente richiede tipicamente un rivestimento chimico che deve essere periodicamente reintegrato, Boreyko ha spiegato, e anche la superficie irregolare tende ad usurarsi nel tempo. Il team ha optato per un approccio innovativo, con l'obiettivo di realizzare una superficie idrorepellente che non richieda fragili rivestimenti chimici o urti ultrafini. Anziché, hanno optato per una struttura semplice e resistente sotto forma di alluminio, pilastri di dimensioni millimetriche.

Il team di Boreyko ha creato una serie di pilastri, ciascuno un millimetro di altezza per mezzo millimetro di larghezza. I minuscoli piedistalli sono stati lavorati in uno schema con un millimetro in mezzo. Quando la temperatura è scesa, il gelo cresceva preferenzialmente sulla sommità dei pilastri, con conseguente aumento delle punte di gelo. Man mano che veniva aggiunta più acqua, è stato assorbito in questo strato poroso di brina. Quando le gocce d'acqua sono state successivamente impattate sulla superficie, sono stati catturati sui piedistalli di gelo.

Queste gocce gelide creavano minuscoli "ponti di ghiaccio, " come ha descritto l'autore principale Hyunggon Park, che sigillava i vuoti d'aria nelle valli tra i pilastri gelati. "Quando l'impatto delle gocce d'acqua si congelava sulla superficie, abbiamo fatto un'osservazione interessante:le gocce d'acqua venivano catturate dalle punte di ghiaccio e costruivano ponti di ghiaccio per intrappolare sacche d'aria sottostanti, " disse Park. Col tempo, una volta di ghiaccio continua e intrappolante l'aria si è formata sopra i pilastri coperti dal gelo.

Considerando che altri metodi di sbrinamento possono ancora consentire a una lastra di ghiaccio di aderire più direttamente a un'ampia superficie, questi vuoti d'aria intrappolati fanno sospendere il foglio, abbassando la quantità di adesione che il ghiaccio ha sulla superficie.

"Utilizzando pilastri più grandi al posto delle nanostrutture, e punte antigelo al posto di un rivestimento idrorepellente, abbiamo scoperto che possiamo ottenere lo stesso vantaggio di intrappolare l'aria sotto il ghiaccio in formazione evitando i problemi di durata, " Boreyko ha detto. "Questo dovrebbe rendere il nostro approccio pratico per migliorare lo sbrinamento sugli aerei o sugli scambiatori di calore".

Con un legame più debole, è possibile utilizzare le sacche d'aria per poi allontanare il ghiaccio. Questo sarà il prossimo passo nel processo dei ricercatori, mentre il team di Boreyko continua a sviluppare il proprio metodo.