Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Разработаны протоколы создания алюминиевых пластин с различной смачиваемостью: гидрофильной, гидрофобной и супергидрофобной. Метод кипячения алюминиевых пластин в дистиллированной воде является надежным для получения супергидрофильных поверхностей (краевой угол смачивания 0°). Гидрофобные поверхности с натекающим краевым углом при смачивании водой 92° и небольшим гистерезисом краевого угла в 28° могут быть созданы с использованием акрилового глянцевого лака компании Sila Home или трехслойным покрытием грунт-краска-глянцевый лак того же производителя. Оба покрытия устойчивы к нанесению авиационных противообледенительных жидкостей и к воздействию струи воды из-под крана. Преимуществом трехслойного покрытия является возможность выбора цвета для повышения контрастности фронта обледенения. Также, данные покрытия могут быть использованы для гидрофобизации пластин из эпоксидного связующего. Супергидрофобные покрытия на алюминии получаются либо нанесением коммерческого спрея NeverWet (Rust-Oleum), либо травлением в соляной кислоте с последующим нанесением трихлоро(1H,1H,2H,2H-перфтороктил)силан (F13-TCS, SigmaAldrich) или (1H,1H,2H,2H-перфтордецилтриметокси)силан (F13-TCS, SigmaAldrich). Получаемая супергидрофобность покрытий механически устойчива к воздействию струи воды из-под крана, но неустойчива к нанесению ПОЖ. После смывки ПОЖ водой и сушкой поверхности сжатым воздухом, натекающий краевой угол при смачивании водой падает и гистерезис существенно возрастает. Деградация супергидрофобного покрытия во время экспериментов по изучению влияния смачиваемости на защитное действие ПОЖ недопустима, поэтому требуется дальнейший поиск протокола изготовления супергидрофобного покрытия. Возможным способом создания супергидрофобного покрытия устойчивого к ПОЖ может быть модификация морфологии поверхности наночастицами кремния совместно с дальнейшим понижением поверхностной энергии силоксановой резиной. Предполагается, что химическая связь силоксановой резины с наночастицами кремния усиливает устойчивость поверхности. Из результатов, опубликованных в статье [Seyedmehdi et al., Surface Innovations, 5 (4), 203-210, 2017], следует, что данный метод позволяет получить супергидрофобное покрытие с высокой механической устойчивостью к влиянию воды и УФ-излучению. Помимо исследования смачиваемости полученных покрытий и их устойчивости, была изучена возможность формирования пленки ПОЖ на наклоненных гидрофобных и супергидрофобных пластинах при их равномерном обливании. При равномерном обливании, ПОЖ I типа стекала с гидрофобных и супергидрофобных поверхностей в форме струй без образования пленки, в отличие от более густых ПОЖ II и IV типа. Отсутствие пленки приводит к тому, что метод определения защитного действия для ПОЖ I типа, как в стандарте SAE AS5901, будет невозможен для гидрофобных и супергидрофобных покрытий. В этом случае, альтернативной оценкой поведения ПОЖ I типа может быть измерение процента покрытия поверхности ПОЖ после обливания и отдельный анализ кинетики обмерзания участков пластины без и c ПОЖ. Для анализа кинетики обледенения пластин с ПОЖ была разработана программа в среде Matlab. Программа успешно определяла площади обледенения на гидрофильных пластинах. Результаты на гидрофобных покрытиях продемонстрировали, что при формировании покрытий необходимо учитывать не только их смачиваемость, но и цвет покрытия, на котором лучше всего видно обледенение. Важно правильно выбирать схему освещения. Также, при съемке необходимо совмещать съемку в видимом и инфракрасном диапазоне. Защита ПОЖ от обледенения построена на том, что на защищаемой поверхности формируется жидкая пленка, расплавляющая падающие осадки и предотвращающая их замерзание. Одним из механизмов потери защиты ПОЖ на гидрофобном покрытии является разрыв пленки под действием падающих капель. Рассмотрение пленки ПОЖ на наклонной поверхности представляет сложную физическую задачу. Поэтому, в первом приближении, мы экспериментально исследовали разрыв жидкой пленки воды на горизонтальной супергидрофобной поверхности под действием падающей капли. В результате проведенных экспериментов были составлены карты режимов разрыва пленки жидкости в зависимости от ее толщины и полной энергии падающей капли, а также площади образовавшегося сухого пятна в зависимости от толщины пленки. Наблюдаемые зависимости хорошо описывались теоретической моделью, построенной на рассмотрении энергии состояний без и с сухим пятном, а также расчёте энергии необходимой для образования сухого пятна под действием удара капли. На основе полученных результатов подготовлены две статьи по поведению авиационных противообледенительных жидкостей на поверхностях с различной смачиваемостью и по разрыву пленки жидкости под действием удара капли.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Разработана поляризационная методика визуализации и детектирования льда. Данная методика позволила изучить морфологию и кинетику обледенения на алюминиевых пластинах. Её можно использовать как при визуальном наблюдении, так и в автоматических системах регистрации льда. В ходе испытаний на выносливость противообледенительных жидкостей к замерзающему дождю, мы установили, что смачиваемость алюминиевых поверхностей влияет на характер и кинетику обледенения в случае ньютоновской жидкости типа I, в отличие от псевдопластических жидкостей типа II и IV. Однако эффект наблюдался при одновременном изменении смачиваемости и шероховатости поверхности, поэтому необходимы дополнительные эксперименты для выделения определяющего фактора. Кроме того, изменение смачиваемости гидрофобных поверхностей противообледенительными жидкостями ставит вопрос об оптимальном покрытии для пассивного предотвращения обледенения. Возможно гладкие гидрофобные покрытия более предпочтительны, чем шероховатые супергидрофобные покрытия в случае, когда предполагается контакт с противообледенительными жидкостями. Для изучения влияния теплопроводности материала на защитное действие противообледенительных жидкостей были изготовлены пластины из прозрачного оргстекла. Гидрофобность получаемых пластин была такой же как у алюминиевых за счёт использования одного и того же акрилового лака. Нанесение зеркального покрытия на противоположную сторону позволяло использовать разработанную оптическую методику для наблюдения процесса обледенения. Были получены предварительные результаты по кинетике обмерзания пластин из оргстекла с противообледенительными жидкостями I и IV типа. Для понимания процессов разрыва и стабильности жидких пленок экспериментально изучен процесс разрыва пленок вязких жидкостей на супергидрофобной поверхности под действием падающей капли той же жидкости. Установлено, что при вязкостях до 10 мПа*с процесс разрыва хорошо описывается разработанным критерием. Начиная с вязкости 15 мПа*с, процесс разрыва пленки жидкости в корне меняется и требуется разработка нового критерия. Сделан доклад и подготовлен видеоролик для Галереи Движение жидкости на конференции 73rd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics (Virtual, November 22-24, 2020): 1. Grishaev V., Bakulin I., Amirfazli A., Borodulin I., and Akhatov I. The break-up of a liquid film caused by drop impact. https://meetings.aps.org/Meeting/DFD20/Session/S03.5 2. GALLERY OF FLUID MOTION. V0022: The breakup of a liquid film caused by drop impact. https://doi.org/10.1103/APS.DFD.2020.GFM.V0022 Подготовлены 3 статьи: 1. Grishaev V.G., Borodulin I.S., Usachev I.A., Amirfazli A., Drachev V.P., Rudenko N.I., Gattarov R.K., Bakulin I.K., Makarov M.V., Akhatov I.S. Aviation anti-icing fluids on superhydrophilic and hydrophobic aluminum surfaces. На стадии подачи. 2. Grishaev V.G., Usachev I.A., Drachev V.P., Gattarov R.K., Rudenko N.I., Amirfazli A., Borodulin I.S., Bakulin I.K., Makarov M.V., Akhatov I.S. Ice imaging in aviation anti-icing fluid films using polarized light. На ревизии. 3. Grishaev V., Bakulin I., Amirfazli A., Borodulin I., and Akhatov I. The Energy of a Drop Required to Break a Liquid Film. На рецензии.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Исследованы противообледенительные жидкости I, II и IV типов на оргстекле. Поверхность оргстекла была залакирована также как у алюминия, изученного прежде. Тем самым можно было сравнить противообледенительные жидкости на материалах с разной теплопроводностью. Обледенение оргстекла с жидкостями изучалось для замерзающего моросящего дождя. Исследовано обледенение жидкости I типа на шероховатом алюминии. Установлено, что одна шероховатость алюминия не может увеличить защиту противообледенительной жидкости. Проведено сравнение противообледенительных жидкостей на оргстекле и алюминии. Снижение теплопроводности материала ускоряет замерзание жидкостей I и II типов. Это связано с тем, что накопление тепла преобладает над передачей скрытого тепла. На композитах должны характеризоваться жидкости как I, так и II типов. Разработан полуаналитический критерий разрыва вязких пленок под ударом капли. Критерий учитывает диссипацию энергии капли в результате вязкого трения. Диссипация энергии идет в капле и пленке при образовании критического кратера. Подготовлены 2 статьи: 1. Grishaev V.G., Usachev I.A., Amirfazli A., Drachev V.P., Sulimov A.V., Borodulin I.S., Rudenko N.I., Gattarov R.K., Makarov M.V., Akhatov I.S. Anti-icing fluid performance on substrates with different thermal conductivity and roughness. На ревизии. 2. Grishaev V.G., Bakulin I.K., Amirfazli A., Akhatov I.S. Puncture of a Viscous Liquid Film due to Droplet Falling. На ревизии. А также подготовлена конференционная статья: Grishaev V.G., Usachev I.A., Drachev V.P., Gattarov R.K., Rudenko N.I., Borodulin I.S., Bakulin I.K., Makarov M.V., Akhatov I.S., and Amirfazli A. Detecting Ice in Anti-icing Fluid Films using a Polarized Light Imaging Technique. и соответствующий доклад на конференцию "IWAIS 2022 - International Workshop on Atmospheric Icing of Structures", которая пройдет онлайн с 20 по 23 июня 2022.