Способ защиты поверхности самолета от загрязнения остатками насекомых и/или обледенений
Изобретение относится к защите поверхности самолета от загрязнений и обледенений. Способ защиты части поверхности самолета от загрязнения остатками насекомых и/или от обледенения заключается в том, что сначала покрывают защищаемую часть поверхности самолета покрытием. При этом в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета покрытие может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения. Отделение происходит вследствие изменения температуры, и/или УФ-облучения, и/или добавления разрушающего компонента, и/или перепада влажности воздуха. Защищаемую часть поверхности подвергают изменению температуры, и/или УФ-облучению, и/или добавляют разрушающий компонент, и/или создают перепад влажности воздуха, чтобы покрытие отделилось вместе с имеющимися при случае на нем загрязнениями и/или наслоениями льда. Изобретение повышает надежность и эффективность очистки поверхности самолета от загрязнения и/или обледенения. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр., 3 табл.
Изобретение относится к способу защиты части поверхности самолета от загрязнений остатками насекомых и/или от обледенений путем создания слоя, который отделяется от поверхности самолета и тем самым удаляет имеющиеся на нем возможные загрязнения и/или обледенения. Кроме того, изобретение относится к снабженному соответствующим покрытием самолету, устройству для нанесения соответствующего слоя на самолет, а также к применению соответствующим образом сформированного покрытия для защиты частей поверхности самолета от загрязнений остатками насекомых и/или обледенений, и к применению устройства для нанесения покрытия для создания на части поверхности самолета соответствующим образом сформированного покрытия.
Из экономических и экологических соображений весьма желательно, чтобы самолеты имели по возможности низкий расход топлива. Как правило, самолеты нынешнего поколения работают на керосине, причем сейчас исходят из того, что топлива на основе керосина и в будущем останутся доминирующим источником горючего. При этом предполагается, что цены на соответствующие топлива в будущем еще более возрастут.
Существуют многочисленные подходы к сокращению расхода топлива самолетами: так, например, применение новых материалов ведет к снижению массы и тем самым также к сокращению потребления топлива. Существенным фактором снижения расхода топлива является уменьшение аэродинамического сопротивления самолетов. При этом общее активное сопротивление в значительной мере зависит от условий обтекания поверхностей крыльев. На крыле могут возникать ламинарные и турбулентные потоки. Ламинарные потоки обеспечивают существенно более низкое аэродинамическое сопротивление по сравнению с турбулентными потоками. Чтобы обеспечить формирование ламинарных потоков, есть два подхода: во-первых, можно использовать крыло, которое позволяет достигнуть ламинарного обтекания естественным образом. Во-вторых, можно обеспечить ламинарный профиль течения также с помощью так называемого «Комбинированного регулирования ламинарного течения» (HLFC):
С помощью HLFC достигают ламинарного профиля течения путем отсасывания набегающего воздуха через пористую поверхность. Благодаря отсасыванию стабилизируется пограничный слой, и становится возможным ламинарное течение на поверхности. Этот подход является сравнительно энергозатратным.
Как уже указано выше, с экономической и экологической точки зрения целесообразно сокращать расход топлива. В случае самолетов по экологическим соображениям преимущество сокращения расхода топлива видится не только в том, что выбрасывается меньшее количество влияющих на климат газов, и сберегаются источники сырья, но и в том, что сокращение расхода горючего влияет особо положительно, так как самолеты производят выброс отработанных газов на больших высотах, которые особенно чувствительно реагируют на загрязнения.
Создание ламинарных профилей течения уже является технически осуществимым. Однако на практике ламинарный профиль течения часто нарушается загрязнениями. Загрязнения осаждаются на поверхности и ведут к образованию шероховатой поверхности. Вследствие шероховатости возникают турбулентные завихрения, которые нарушают ламинарное течение. Чтобы обеспечить ламинарный поток воздуха в эксплуатационных условиях, необходимо удалять или по меньшей мере существенно сокращать возникающие загрязнения. Для самолетов в отношении соответствующих загрязнений речь главным образом идет о насекомых и в определенных ситуациях также об обледенении. Загрязнения, обусловленные насекомыми, образуются при нахождении на земле и в особенности во время взлета и посадки, поскольку насекомые сталкиваются с самолетом и остаются прилипшими к нему.
Размеры насекомых варьируют от 1 до 2 мм в случае тлей и до 20 мм для мотыльков. Насекомые могут иметь вес до 40 г. Они в основном состоят из двух компонентов, экзоскелета и гемолимфы. Экзоскелет образует защитную оболочку и состоит главным образом из полисахарида хитина и структурных белков склеротина и резилина. Внутренние органы насекомых находятся в свободно текучей плазме крови, гемолимфе. Гемолимфа состоит из белков, которые свертываются и могут действовать как клеевое средство. Вследствие этого части экзоскелета прилипают к поверхностям [O'Donoghue и др., 2002].
Для появления насекомых прежде всего имеют значение три фактора:
- распределение по вертикали,
- температура и время года,
- скорость ветра.
При этом необходимо принимать во внимание, что большинство насекомых находится на сравнительно малых высотах. Напротив, в области обычных высот полета рейсовых самолетов дело обстоит настолько благоприятно, что насекомых можно вообще не принимать в расчет.
Авторы Croom и Holmes предложили, что защита против загрязнений от насекомых была бы необходимой только до высоты 152,4 м (500 футов), так как, по мнению авторов, на больших высотах насекомые практически не встречаются. Однако, согласно автору Coleman, следует принимать во внимание также высоты до 1524 м (5000 футов): для типичного рейса самолета 54% насекомых накапливаются уже на земле, 33% между взлетом и набором высоты до 304,8 м (1000 футов), и остальные 13% на высоте от 304,8 м до 1524 м. Авторы Maresh и Bragg согласны с тем, что большинство насекомых собирается на земле и при наборе высоты.
Активность насекомых зависит от температуры. Наивысшая активность проявляется в диапазоне температур от 21°С до 27°С. Авторы Eisenaar и Hasnoot сообщали, что плотность насекомых является наибольшей летом и весной.
При высоких скоростях ветра плотность насекомых резко снижается.
Наряду с насекомыми, к изменению аэродинамических характеристик также может приводить обледенение несущих поверхностей. В противоположность загрязнению насекомыми, при обледенении речь также идет о проблеме, касающейся техники безопасности. Так, обледенение частей самолета не только ведет к нарушению или, соответственно, ухудшению ламинарных потоков, но и сам лед также может обусловливать заметное увеличение веса.
Из состояния техники известен ряд подходов к защите самолетов от загрязнения насекомыми и/или обледенения, в особенности на земле и во время стартового режима, в частности от загрязнения насекомыми:
основополагающий подход состоит в укрывании защищаемых поверхностей на самолетах удаляемым устройством. Например, это может быть сделано с использованием бумажного слоя, который после взлета удаляется, или применением дефлектора, как, например, предкрылок Крюгера, который после прохождения через зону насекомых откидывается.
Так, патентный документ DE 35 29 148 для защиты самолетов от столкновения с комарами предлагает нанесение пленки. Эта пленка после взлета целиком отделяется и втягивается с помощью стягивающего устройства.
Патентный документ DE 39 46 403 А1 также представляет подобный принцип, причем защитный чехол оснащен активным расцепляющим устройством.
В патентном документе DE 20 59 492 описан механически разрушаемый защитный чехол.
Этот подход имеет тот недостаток, что защитные устройства долговременно увеличивают вес самолета, поскольку такие защитные устройства, как предкрылок Крюгера, должны оставаться на самолете в течение длительного времени, или, альтернативно, в случае, когда они после исполнения свой функции должны сбрасываться, обусловливают существенную проблему утилизации вследствие их величины. Кроме того, нанесение соответствующих покрытий (в особенности, когда они непрочно соединены с самолетом), как правило, является очень трудоемким.
Альтернативный подход состоит в применении очистительных устройств, которые могут исполнять свою задачу и во время полета. В эту категорию попадают скребки и стеклоочистители, а также распылительные установки струйного облива, чтобы смывать загрязнения от насекомых. Примеры таких вариантов применения опубликованы, например, в патентных документах DE 40 20 585 и DE 40 16 850.
Недостатком этих систем является то, что они могут обеспечивать лишь недостаточное очистительное действие. Поскольку наличие загрязнения насекомыми с высотой уже ≥40 мкм на погонный метр может оказывать разрушающее действие на формирование ламинарного течения, эти механические очистительные системы недостаточны для многих вариантов применения. К тому же со своей стороны они в значительной мере и в течение продолжительного времени увеличивают вес самолета.
Третий подход, известный в уровне техники, заключается в нанесении покрытия, которое в течение длительного времени остается на защищаемой поверхности и должно отражать или сокращать загрязнения благодаря свойствам своей поверхности. Техническое решение здесь состоит в применении упругих покрытий, которые как бы отражают загрязнения, например, как предложено в патентном документе GB 2 299 280 А. Соответствующий подход следует также из патентного документа DE 1 190 342.
Эти защитные слои имеют тот недостаток, что они долговременно увеличивают вес самолета и, как правило, не обеспечивают удовлетворительного защитного действия против загрязнений. При этом следует иметь в виду, что, в особенности во время взлетного режима, насекомые с большой силой вдавливаются в поверхность самолета. К этому добавляется еще и то, что соответствующие защитные слои создают лишь недостаточную защиту от обледенения, в особенности во время стоянки на земле.
В ранних исследованиях были описаны водорастворимые пленки для предотвращения загрязнений насекомыми (Coleman, W.S.: Wind Tunnel Experiments on the Prevention of Insect Contamination by means of Soluble Films and Liquids Over the Surface («Эксперименты в аэродинамической трубе по предотвращению загрязнения насекомыми с помощью растворимых пленок и жидкостей на поверхности»), Rep. to the Boundary Layer Control Committee, BLCC Note 39, 1952). В более поздних исследованиях от этих подходов отказались вследствие их сложности и непрактичности (например, нанесение воды в возможном холодном окружении) (Cynthia C. Croom и Bruce J. Holmes, “Insect Contamination Protection for Laminar Flow Surfaces” («Защита от загрязнений насекомыми на поверхностях с ламинарным течением»), NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia).
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы по возможности преодолеть описанные недостатки уровня техники. В частности, должен быть представлен надежный способ, с помощью которого загрязнение от насекомых, а также обледенения, которые возникают на земле и во время взлетного режима, могут быть эффективно удалены с поверхности самолета.
Соответственно изобретению, задача решена с помощью способа защиты части поверхности самолета от загрязнения остатками насекомых и/или от обледенений, включающего следующие этапы, на которых:
а) покрывают защищаемую часть поверхности самолета покрытием, которое в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие
(i) изменения температуры, и/или
(ii) ультрафиолетового облучения, и/или
(iii) добавления разрушающего компонента, и/или
(iv) перепада влажности воздуха,
b) подвергают защищаемую часть поверхности
(i) изменению температуры и/или
(ii) ультрафиолетовому облучению,
(iii) и/или воздействию в течение времени ферментативного разложения, и/или
(iv) перепада влажности воздуха,
чтобы покрытие отделилось вместе с имеющимися при случае на нем загрязнениями и/или обледенением.
Таким образом, в соответствии с сущностью изобретения предусматривается слой на самолетах, который может быть разрушен физически в зависимости от температуры или химически. Он скомпонован таким образом, что он, в особенности при типичных эксплуатационных условиях (нормальных условиях полета) для самолета, остается на поверхности самолета только временно, причем отделение слоя всегда обусловливается температурно-зависимыми физическими и/или химическими эффектами, и не обеспечивается только механическими воздействиями.
Под нормальными условиями полета самолета в рамках этого текста следует понимать, что самолет стартовал с земли и затем после набора высоты лег на курс на типичной рейсовой высоте. Предпочтительно это происходит в течение 30 минут после взлета. Типичная рейсовая высота в смысле изобретения составляет по меньшей мере 7000 м. При этом, как правило, имеют место перепады температур ≥30°С, преимущественно ≥45°С. Помимо этого, сравнительно с условиями на земле, на больших высотах, например, как в тропопаузе, значительно усиливается естественное УФ-облучение при явственно снижающейся влажности воздуха.
Под разрушающим компонентом в смысле настоящего изобретения совершенно точно не следует понимать химические реагенты, которые в уровне техники использовались для того, чтобы удалять покрытия, нанесенные на самолеты на длительный срок. Такими исключенными средствами были бы, например, традиционные средства для удаления лакокрасочных покрытий. При этом рассчитанные на длительный срок покрытия в смысле этого определения представляют собой такие покрытия, которые предназначены оставаться на самолете в течение более десяти полетов. Предпочтительные разрушающие компоненты в смысле настоящего изобретения представляют собой растворы ферментов и/или кислоты, и/или основания (кислоты и основания, в частности, когда связующее средство (полимер) в покрытии содержит расщепляемые сложноэфирные связи).
Идея, положенная в основу настоящего изобретения, относится к тому, что насекомые появляются только до определенной высоты (дополнительно смотри выше). Поэтому защита от загрязнений насекомыми необходима только в первые минуты полета, чтобы исключить ущерб, обусловленный загрязнением насекомыми, во время основного этапа полета. Это соответственно справедливо и для обледенений, которые возникают на земле или во время взлетного режима. Преимущества соответствующего изобретению способа состоят в том, что загрязнения от насекомых и обледенения могут быть полностью и надежно устранены к предварительно заданному моменту времени после взлета. Более того, предусмотренные для защиты покрытия не создают долговременной весовой нагрузки на самолет. Кроме того, защитные слои могут быть приспособлены к подходящему способу нанесения, в особенности в том отношении, что их наносят в виде затвердевающих жидкостей.
На основе настоящего изобретения и в особенности в связи с данным описанием специалист мог бы реализовать многочисленные возможные варианты осуществления изобретения:
i) Разложение временного слоя, регулируемое физико-термическими факторами
Временный слой (защитный слой) может быть сформирован таким образом, что по мере увеличения высоты становящийся все более холодным воздух после взлета так воздействует на покрытие, что покрытие охлаждается ниже температуры его стеклования. В результате этого покрытие становится хрупким. Затем хрупкое покрытие уже больше не обладает достаточной стабильностью и разрушается вследствие высокого трения воздуха, которое имеет место при полете.
Альтернативно или также в дополнение, нужная для охрупчивания разность температур может быть создана также нагреванием поверхности до или во время нанесения защитного слоя. Такое нагревание имеет место в случае самолетов, например, благодаря сочетанию с устранением обледенения, которое, конечно, в общем целесообразнее проводить до нанесения соответствующего защитного слоя.
Примерами покровных материалов, которые пригодны для соответствующего временного слоя, являются полиуретановые дисперсии, акрилатные дисперсии или дисперсии термопластических полимеров, например, поливинилацетата. Зачастую в этой связи предпочтительна акрилатная система, отверждаемая УФ-излучением. Дополнительный вариант состоит в применении биологических связующих средств, например, казеина.
Само собой разумеется, что при использовании системы для устранения обледенения во время полета во временном слое могут быть созданы дополнительные напряжения, например, нагреванием покрытых поверхностей примерно до 80°С при наружной температуре -50°С.
Преимущество физически разрушаемых при термическом воздействии временных слоев в особенности можно усмотреть в том, что слой может быть сформирован таким образом, чтобы в условиях нормального полета он мог полностью утрачивать сцепление с защищаемой поверхностью, без необходимости в привлечении дополнительных мер. В этой связи предпочтительно, чтобы не потребовалось также нагревание, например, с помощью системы для устранения обледенения, в связи с нанесением или после нанесения.
Специалист при выборе материала для слоя может дополнительно принимать во внимание эффекты, которые имеют место при нормальном режиме полета, что, в частности, означает сдвиговое воздействие, которое действует на соответствующие слои вследствие трения воздуха.
ii) Химически регулируемое разрушение временного слоя вследствие УФ-облучения
Для химического разложения временного покрытия могут быть использованы, например, фотокислоты в качестве инициаторов. Фотокислоты представляют собой вещества, которые при УФ-облучении образуют кислоты. Фотокислоты можно подразделить на ионные и неионные фотокислоты. Ионные фотокислоты принадлежат к группе ониевых солей, например, солей фенилдиазония, дифенилиодония, трифенилсульфония или триарилфосфония, с катионами BF4 -, SbF6 -, AsF6 - и PF6 -. Неионные фотокислоты представляют собой, как правило, вещества, которые при УФ-облучении образуют сульфоновые кислоты.
Для систем, в которых в качестве инициатора используют фотокислоты, УФ-излучение применяют как пусковой фактор. При совокупном воздействии фотокислот и УФ-излучения образуются протоны, которые катализируют кислотный гидролиз покрытия. Гидролиз приводит к расщеплению используемого в покрытии полимера и тем самым к разложению (распаду) слоя.
Для того, чтобы покрытие могло разложиться, применяют полимер, который в основной цепи полимера содержит чувствительные к кислотам группы. Примером тому является введение в основную цепь сложноэфирных групп.
Поскольку при использовании фотокислот кислотные компоненты высвобождаются только при облучении, фотокислоту можно без проблем встроить в покрытие. Предпочтительным примером фотокислоты является гексафторантимонат дифенилиодония. При УФ-облучении образуется HSbF6, которая распадается на HF (сильную кислоту Бренстеда) и SbF5 (сильную кислоту Льюиса). Выделение кислоты как катализатора протекает необратимо и представлено в реакционной схеме 1.
Реакционная схема 1: Образование кислоты при УФ-облучении
В случае предложенных выше сложноэфирных групп происходит расщепление основной полимерной цепи в результате переэтерификации спиртом. Спирт должен быть введен в покрытие. Чтобы при нанесении слоя спирт оставался в слое, предпочтительно выбирать малолетучий спирт. Предпочтительными являются первичные спирты, поскольку они обеспечивают самую высокую скорость реакции. Пример соответствующего спирта, который с трудом испаряется и является первичным, представляет собой бутилдигликоль.
Реакционная схема 2 показывает переэтерификацию основной полимерной цепи, которая ведет к укорочению цепи.
Реакционная схема 2: Переэтерификация в основной полимерной цепи
Для этой системы предпочтительной является полиуретановая система. Поскольку гидроксильные группы используемого спирта реагировали бы с изоцианатными группами отвердителя для полиуретановой (PUR) системы, предпочтительно полимеризовать связующее средство в присутствии бутилацетата в растворе и затем добавлять фотокислоту (предпочтительно гексафторантимонат дифенилиодония) и спирт (предпочтительно бутилдигликоль). Затем наносят покрытие как 1K-PUR-систему (однокомпонентную полиуретановую систему), в отношении предпочтительного состава которой следует обратиться к Примеру 1.
Альтернативный пример концепции покрытия, которое при УФ-облучении может подвергаться химически контролируемому разложению (временно сформированного), представляет собой подход, в котором в основную цепь полимера встраивают чувствительные к УФ-излучению группы. Эти чувствительные к УФ-излучению группы расщепляются при воздействии УФ-излучения. Примерами чувствительных к УФ-излучению групп являются арилтриазеновые хромофорные системы (Ar-N=N-N). Эти группы распадаются с образованием азота, так что стабильность полимера снижается. Схематически этот процесс представлен на Фиг. 1.
Фиг. 1 представляет фотофрагментацию первичной основной цепи для триазеновой системы.
На Фиг. 1 также представлена структура используемого полимера. Примером соответствующего синтеза является диазотирование бифункционального первичного амина и последующее взаимодействие со вторичным бифункциональным амином до арилтриазена. Поскольку в этом случае каждый раз используют бифункциональные амины, это приводит к образованию термопластического полимера. Схематическое представление синтеза приведено на реакционной схеме 3.
Реакционная схема 3: Синтез полимеров с триазеновыми фрагментами
Соответствующее покрытие затем наносят в виде однокомпонентной системы.
Дополнительный вариант чувствительного к УФ-излучению временного защитного слоя основывается на радикальном распаде. Здесь дестабилизация покрытия достигается посредством радикальной реакции в связующем средстве. Радикальная реакция инициируется фотокаталитически активным пигментом. Примером фотокаталитически активного пигмента является диоксид титана.
Принцип радикального распада пигментированного покрытия, который инициируется УФ-излучением, известен уже с давних пор под понятием «меление». Присутствующие частицы пигмента в результате фотохимической реакции утрачивают свое сцепление с покрытием. При вытирании такой поверхности создается впечатление, что она покрыта слоем мела. Обычно пытаются предотвратить этот эффект, насколько возможно, однако в смысле настоящего изобретения он определенно является желательным.
Примером соответствующей покровной системы может служить эпоксидная смола на основе Бисфенола-А. Эти смолы обладают низкой устойчивостью к УФ-излучению, что делает их пригодными для применения в изобретении.
Диоксид титана в качестве предпочтительно используемого пигмента представляет собой полиморфное соединение и встречается в виде фазовых модификаций анатаза, рутила и брукита. Представляют интерес фотокаталитические реакции только для фазовых модификаций анатаза и рутила, поскольку аморфный диоксид титана, как правило, не обладает достаточной фотокаталитической активностью. Фотокаталитические реакции главным образом начинаются, когда электрон из заполненной валентной зоны переходит в незаполненную зону проводимости. При этом электрон воспринимает энергию света hν, которая является равной или большей, чем энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости. В результате перехода электрона в валентной зоне образуется дырка. При этой реакции также возникает пара «электрон-дырка». При этом в случае диоксида титана требуется энергия света с длиной волны 380 нм (3,23 эВ) для анатаза и с длиной волны 410 нм (3,10 эВ) для рутила. Предпочтительным примером пигмента на основе диоксида титана является “Degussa P25”. Этот продукт обладает очень высокой реакционной способностью.
Соответствующее покрытие применяют как двухкомпонентную систему.
Используемые в соответствующем изобретению способе слои, в которых вследствие УФ-облучения уменьшается их прочность связывания, могут быть сформированы так, что это уменьшение происходит на больших высотах в условиях нормального полетного режима без дополнительных мер благодаря усиленному УФ-облучению. Но также можно целенаправленно оснастить самолет облучающим устройством, с помощью которого к желательному моменту времени создают требуемое УФ-излучение, которое ведет к разложению защитного слоя.
iii) Применяемые согласно изобретению слои, в которых сцепление ослабевает под действием разрушающих компонентов
В качестве покрытий, применяемых в соответствующем изобретению способе, могут быть также использованы слои, в которых содержится полимерное связующее средство, которое расщепляется ферментом так, что слой снижает свое сцепление с подложкой. В этой связи является предпочтительным, чтобы полимеры представляли собой биополимеры, например, такие как сахар или белок. Соответствующие полимеры могут быть использованы в качестве компонента связующего средства в покрытии.
Момент времени, к которому должна начаться реакция разложения защитного слоя, можно отрегулировать добавлением второго (разрушающего) компонента. Это может быть, например, путем смачивания с добавлением протеолитических ферментов к защитному слою на белковой основе (например, на основе переведенного в растворимое состояние казеина).
Специалисту известны несколько альтернативных вариантов основанных на биополимерах и подверженных ферментативному разложению слоев, применяемых в соответствии с изобретением. В качестве примера здесь следовало бы назвать, например, сложные полиэфиры, которые при добавлении оснований или кислот (в каждом случае в качестве разрушающего компонента) могут подвергаться такому воздействию в отношении характеристик их сцепления с подложкой, что они ослабляют свое связывание вплоть до полной утраты сцепления.
Преимущество таких двухкомпонентных систем состоит в том, что точно определяется момент времени, к которому должно начаться разложение (распад и тем самым ослабление сцепления). К этому следует добавить, что часть покрытия может быть нанесена уже задолго до взлета самолета, и лишь второй компонент может быть нанесен незадолго до старта или даже во время полета с помощью размещенного на борту распылительного устройства.
iv) Применяемые согласно изобретению слои, которые снижают свое сцепление вследствие перепада влажности воздуха
В принципе также можно сформировать слои так, что они уменьшают свое сцепление с подложкой при разнице влажности воздуха. При этом предпочтительными для соответствующего изобретению способа являются такие системы, в которых процесс разложения происходит вследствие снижения влажности воздуха на больших высотах. Такие слои, например, вследствие низкой влажности в тропопаузе, становятся настолько хрупкими, что они испытывают достаточно большую потерю сцепления.
Примерами соответствующих покровных систем являются покровные вещества на основе казеина с низким содержанием наполнителей.
Специалисту ясно, что вышеописанные эффекты, например, такие как снижение сцепления вследствие перепада температур и УФ-облучения, также могут быть скомбинированы друг с другом, чтобы добиться желательного результата (отсоединения защитного слоя от самолета).
Покровные системы предпочтительно формируют таким образом, чтобы они могли уменьшать сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отсоединения в пределах ≤2 часов, более предпочтительно ≤1 часа, более предпочтительно ≤30 минут, и предпочтительно после нанесения (при необходимости полного) в каждом случае после старта самолета и при нормальных условиях полета. При этом такие условия в особенности относятся к нормальным условиям полета, при которых отсоединению способствуют еще и прочие эффекты, например, обусловленные сопротивлением воздуха.
Как уже указано выше, является предпочтительным, чтобы отсоединение защитного слоя от защищаемой части поверхности самолета вследствие изменения температуры, УФ-облучения и/или перепада влажности воздуха, по меньшей мере частично (предпочтительно полностью, при необходимости наряду с механической нагрузкой при нормальных условиях полета), обусловливалось изменениями условий окружающей среды, которые зависят от изменения высоты полета после старта самолета.
Во многих случаях предпочтительно, чтобы соответствующий изобретению способ поддерживался тем, что защищаемая поверхность покрыта устойчивым к эрозии слоем из одного из следующих материалов или образована таковым:
- металла, например, высокосортной стали, титана, алюминия или металла с твердым хромированием,
- металлизированного полимера, например, полимера с гальваническим металлическим покрытием, как, например, полимер с твердым хромированием,
- металлических слоев, сформированных плазменным или пламенным напылением, например, из высокосортной стали или титана,
- керамических износоустойчивых слоев, как, например, из нитрида титана или нитрида бора,
- слоев из DLC (алмазоподобного углерода) или алмазных покрытий,
- эластомерных износоустойчивых слоев на основе каучука, полиуретана или силикона,
- неорганических слоев, полученных золь-гель технологией, например, силикатных покрытий,
- неорганическо-органических комбинированных слоев, полученных золь-гель технологией,
- органических лаковых покрытий
- плазмополимерных покрытий.
Эти покрытия в особенности могут служить для того, чтобы во взаимодействии с фактическим очертанием поверхности обшивки самолета обеспечивать ламинарные потоки (после удаления защитного слоя и при случае находящихся на нем загрязнений). При этом специалист может приспособить временный защитный слой к конкретной поверхности надлежащим образом. В частности, это значит, что временный защитный слой в зоне набора высоты вплоть до желательного отсоединения (также в области, в которой он должен исполнять свою защитную функцию в отношении столкновений с насекомыми) обладает достаточным сцеплением, и, с другой стороны, быстро разрушается посредством подходящего механизма разложения так, что он вместе с загрязнениями утрачивает сцепление с защищаемой поверхностью после того, как исполнил свою функцию.
Предпочтительно, чтобы используемый согласно изобретению защитный слой был сформирован таким образом, чтобы прилипшими к нему оставались также обусловленные насекомыми загрязнения, которые уже имелись перед нанесением защитного слоя. Это в особенности имеет место, когда поверхность самолета в режиме посадки (при которой, как правило, уже не имеется никакого защитного слоя, поскольку он регулярно сбрасывается во время полета) загрязнялась остатками насекомых. При такой компоновке слоя в известных условиях можно сэкономить на очистке покрываемой поверхности перед нанесением покрытия.
Конечно, специалисту будет ясно, что защитный слой может исполнять свою функцию, в особенности в отношении обеспечения ламинарного течения защищаемой области, только тогда, когда она была очищена перед нанесением защитного слоя, или же когда защитный слой предпочтительно сформирован так, что он при его нанесении попутно удаляет имеющиеся загрязнения в ходе отсоединения защитного слоя согласно соответствующему изобретению способу.
Последнему варианту может также способствовать подходящее выполнение защищаемой поверхности, например, такое как гидрофобное выполнение.
Во многих случаях является предпочтительным соответствующий изобретению способ, в котором покрытие наносят с использованием устройства, постоянно соединенного с самолетом. Такое устройство может представлять собой, например, сопла, которые утоплены в передние кромки крыльев и могут быть выдвинуты для выполнения процесса распыления. Альтернативно, при этом может идти речь об устройстве, которое перемещается вдоль покрываемой поверхности и наносит покровный материал способом набрызгивания. Это устройство, например, во время полета может быть утоплено в боковую стенку фюзеляжа.
Преимущество таких устройств состоит в том, что они обеспечивают стабильное качество покрытия и всегда находятся в распоряжении для нанесения покрытия.
Альтернативным, и для некоторых вариантов применения также предпочтительным для соответствующего изобретению способа является проведение нанесения с использованием внешнего устройства. Такое устройство, например, может представлять собой большой ангар, оснащенный распылительными устройствами. Альтернативно, могут быть применены такие устройства, как используемые в настоящее время современные транспортные средства для устранения обледенения. Эти транспортные средства оснащены подъемниками с платформой, на которой смонтировано распылительное устройство, чтобы можно было перемещаться вдоль покрываемой поверхности и можно было наносить покрытие способом распыления.
Кроме того, для некоторых вариантов применения может быть предпочтительным, чтобы УФ-облучение, которое ведет к отсоединению защитного слоя, по меньшей мере частично создавалось с использованием искусственного источника УФ-излучения, который может представлять собой составную часть самолета.
Соответствующий изобретению способ предпочтительно реализуют таким образом, что нанесение покрытия проводят менее чем за 30 минут, предпочтительно менее чем за 20 минут, предпочтительно менее чем за 10 минут перед взлетом самолета.
Это является целесообразным прежде всего для покрытий, в которых процесс разложения, например, добавлением растворов ферментов, начинается уже перед стартом.
Частью изобретения также является самолет с покрытием на части его поверхности, причем покрытие формируют так, что оно в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха.
Соответственно изобретению, предпочтительными являются самолеты, включающие одно из защитных покрытий, описанных выше как предпочтительных (временных), а также при необходимости устройство для нанесения покрытия и/или устройство для обрызгивания покрытия (в особенности с разрушающим компонентом), и/или искусственный источник УФ-излучения для облучения покрытия.
Соответствующие изобретению самолеты защищены от загрязнений, обусловленных насекомыми, которые могут возникать на земле, во время взлета и набора высоты. Это соответственно справедливо также для обледенений. Само собой разумеется, что при этом специалисту понятно, что загрязнение самолета прежде всего может происходить на защитном слое, но сам самолет (то есть, без защитного слоя) защищен от соответствующего загрязнения, поскольку оно согласно изобретению может быть удалено с самолета вместе с защитным слоем путем отсоединения по подходящему механизму.
Составной частью изобретения также является устройство для нанесения покрытия на самолет, которое сформировано таким образом, что оно в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха, причем устройство связано с самолетом, и причем устройство включает выдвижные сопла, и/или выполнено так, что оно может перемещаться вдоль покрываемой поверхности.
Под «выдвижными соплами» в этой связи следует понимать, что сопла могут претерпевать изменение положения относительно поверхности самолета, которое включает компоненты, перпендикулярные относительно этой поверхности. Вариант выполнения, в котором «устройство может перемещаться вдоль покрываемой поверхности», в связи с этой заявкой означает, что по меньшей мере часть устройства для нанесения покрытия может быть вовлечена в движение, которое включает компонент, параллельный покрываемой поверхности. Само собой разумеется, самолет с соответствующим устройством для нанесения покрытия также является составной частью изобретения.
Преимущество такого устройства уже было описано выше и в особенности состоит в том, что обеспечивается воспроизводимое нанесение покрытия, а также постоянная готовность к применению.
Кроме того, составной частью изобретения является применение покрытия, которое сформировано таким образом, что оно в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха, для защиты части поверхности самолета от загрязнения остатками насекомых и/или от обледенений.
Кроме того, составной частью изобретения является применение устройства для нанесения покрытия, для создания на части поверхности самолета покрытия, которое сформировано таким образом, что оно в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха.
Разумеется, для соответствующих изобретению вариантов применения также предпочтительны описанные выше как предпочтительные промежутки времени от взлета самолета и полета при нормальных условиях. Это соответственно справедливо также для описанных в качестве предпочтительных вариантов исполнения применяемого согласно изобретению покрытия.
Далее изобретение будет более подробно разъяснено с привлечением Примеров.
Пример 1: Примерный состав защитного слоя для разрушения под действием УФ-облучения
В отношении нижеследующего примерного состава речь идет об однокомпонентной системе, которая может быть нанесена способом распыления.
Пример 2: Примерный состав для слоя, который уменьшает свое сцепление при УФ-облучении вследствие радикального распада
В отношении этого покрытия речь идет о двухкомпонентной системе.
Пример 3: Примерный состав для слоя, отделяющегося вследствие охрупчивания на холоде
Покрытие из водной дисперсии поливинилацетата (Craymul 2325, поставляемой фирмой Cray Valley Kunstharze GmbH, Цвиккау) с образованием высушенной пленки с толщиной слоя 15-30 мкм на алюминиевых листах, которые могут быть гидрофобизированы с помощью плазмополимерного промежуточного слоя.
Пример 4: Примерный состав для слоя, который становится хрупким и осыпается при высыхании
Наносят покрытие на основе казеина на алюминиевые листы с образованием сухой пленки с толщиной 15-30 мкм. Казеиновое покрытие готовят следующим образом:
| Раствор буры | 5 г | 12,8 г |
| Обезжиренный творог | 24 г | 61,6 г |
| Вода | 10 г | 25,6 г |
| 39 г | 100 г |
Растворяют 5 г буры в 20 г Н2О.
5 г этого раствора смешивают с 24 г обезжиренного творога.
Оставляют стоять в течение 2 часов для набухания.
Разбавляют 10 г Н2О.
Все без исключения примерные составы отделяются после нанесения слоя при стартовых/полетных условиях (при необходимости моделированных) менее чем через 180 минут от каждой подложки, в случае примерных составов 3 и 4 даже менее чем через 60 минут.
1. Способ защиты части поверхности самолета от загрязнения остатками насекомых и/или от обледенения, включающий этапы, на которых:
a) покрывают защищаемую часть поверхности самолета покрытием, которое в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета может ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры, и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха,
b) подвергают защищаемую часть поверхности (i) изменению температуры и/или (ii) УФ-облучению, (iii) и/или добавляют разрушающий компонент, и/или (iv) создают перепад влажности воздуха, чтобы покрытие отделилось вместе с имеющимися при случае на нем загрязнениями и/или наслоениями льда.
2. Способ по п.1, в котором изменение температуры, УФ-облучение и/или перепад влажности воздуха, по меньшей мере, частично обусловливаются изменениями условий окружающей среды вследствие изменения высоты полета после старта самолета.
3. Способ по п.1 или 2, в котором изменение температуры, по меньшей мере, частично обусловливается нагреванием защищаемой части поверхности до или после нанесения покрытия.
4. Способ по п.1 или 2, в котором покрытие наносят с помощью устройства, постоянно связанного с самолетом.
5. Способ по п.1 или 2, в котором УФ-облучение, по меньшей мере, частично обеспечивают с помощью искусственного источника УФ-излучения.
6. Способ по п.1 или 2, в котором покрытие наносят менее чем за 30 мин до старта самолета.
7. Способ по п.1, в котором покрытие в основном состоит из биополимера, предпочтительно казеина.
8. Самолет с покрытием на части поверхности, причем покрытие выполнено с возможностью в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры, и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха.
9. Самолет по п.8, причем отслоение покрытия обусловливается изменениями условий окружающей среды вследствие изменения высоты полета после старта самолета.
10. Самолет по п.8 или 9, включающий устройство для нанесения покрытия, и/или устройство для набрызгивания на покрытие, и/или искусственный источник УФ-излучения для облучения покрытия.
11. Устройство для нанесения на самолет покрытия, выполненного с возможностью в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры, и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха, причем устройство связано с самолетом и включает выдвижные сопла и/или выполнено с возможностью перемещения вдоль покрываемой поверхности.
12. Применение покрытия, выполненного с возможностью в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры, и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха, для защиты части поверхности самолета от загрязнения остатками насекомых и/или от обледенения.
13. Применение устройства для нанесения покрытия, для создания на части поверхности самолета покрытия, выполненного с возможностью в пределах промежутка времени ≤3 часов после взлета самолета и при нормальных условиях полета ослаблять сцепление с защищаемой частью поверхности вплоть до отделения вследствие (i) изменения температуры, и/или (ii) УФ-облучения, и/или (iii) добавления разрушающего компонента, и/или (iv) перепада влажности воздуха.
