„Polaroids“ helfen Wissenschaftlern, gefährliches Eis auf Flugzeugplatten zu erkennen

Forscher von Skoltech, MIPT, Russlands staatlichem Forschungsinstitut für Zivilluftfahrt, der University of North Texas und der York University haben das Laborverfahren vereinfacht und automatisiert, das zum Testen von Anti-Eis-Flüssigkeiten verwendet wird, die einen sicheren Start von Flugzeugen gewährleisten. Die Ergebnisse der Studie, die von der Russian Science Foundation unterstützt wurde, werden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft und Technologie der kalten Regionen.

Die Ansammlung von Frost, Schnee und Eis auf einem Flugzeug beeinträchtigt seine Handhabungseigenschaften und erhöht das Unfallrisiko, indem es den Luftstrom über die Flügel verzerrt, den Auftrieb verringert und zusätzlichen Luftwiderstand erzeugt. Um eine gefährliche Vereisung zu verhindern, wird das Flugzeug vor dem Start mit Enteisungsflüssigkeiten behandelt, die auf dem Metall haftendes Eis oder Schnee wegschmelzen, und mit Anti-Vereisungsflüssigkeiten, die einen Schutzfilm auf der Panzerung bilden, um eine weitere Eisbildung zu verhindern.

Da die Anti-Icing-Behandlung für die Gewährleistung der Flugsicherheit so wichtig ist und viele Faktoren eine Rolle spielen – Flüssigkeitsverdünnung, Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit, Wind, Niederschlag, Flugzeughautmaterial usw. – werden Anti-Icing-Mittel häufig in Labors getestet um ihre Eigenschaften in allen Einzelheiten zu kennen. Dies ist ein langwieriger Prozess, bei dem ein Spezialist eine mit Anti-Icing-Flüssigkeit behandelte Aluminiumplatte in einer Klimakammer, die die erforderlichen Wetterbedingungen reproduziert, visuell inspiziert.

„Zum Beispiel muss ein Laborant vielleicht abschätzen, wie lange es dauert, bis 10 % der Metalloberfläche mit Eis bedeckt sind. Das ist jetzt ziemlich schwierig und subjektiv, weil sich Eis nicht unbedingt von einem einzigen Ursprung auf dem Blech ausbreitet, sondern vielmehr könnte es sich an vielen Orten auf insulare Weise bilden und wachsen. In diesem Fall ist die Bestimmung, wann die 10-Prozent-Marke erreicht ist, eine Ermessensentscheidung für den Assistenten“, sagte Viktor Grishaev, leitender Forschungswissenschaftler bei Skoltech and the Hauptforscher der Studie.

„Dies wird durch die Tatsache verschlimmert, dass es tatsächlich ziemlich schwierig ist, visuell zwischen blankem Aluminium und vereisten Bereichen zu unterscheiden, bis zu dem Punkt, dass die Leute manchmal dazu greifen, den Teller mit einem Zahnstocher zu stechen, um sicherzugehen“, fuhr der Forscher fort. „Das hat mit dem sehr geringen Kontrast von Eis auf Aluminium zu tun, und genau das haben wir angegangen.“

In ihrer Arbeit schlagen Grishaev und seine Kollegen vor, die Platten in der Kammer mit einer polarisierten Lichtquelle zu beleuchten und durch einen Polaroidfilm zu beobachten. Auf diese Weise sind vereiste Stellen viel besser zu erkennen, wie das Team zeigt (siehe Bild). Da eine solche Lichtquelle und ein Polaroid leicht verfügbar und kostengünstig sind, verspricht der Trick, das Leben von Laborassistenten zu erleichtern, die die Leistung von Anti-Icing-Flüssigkeiten praktisch kostenlos und mit wenig zusätzlichem Aufwand testen.

Der Polarisierungstrick ermöglichte den Forschern aber noch mehr. Während die aktuellen Standards, die von Aufsichtsbehörden genehmigt wurden, Tests vorschreiben, die von menschlichen Experten durchgeführt werden, könnte diese Aufgabe bald von Computern erledigt werden – mit größerer Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Konsistenz. Niedriger Eiskontrast war eines der Haupthindernisse, die eine Automatisierung verhinderten. Jetzt haben Grishaev und sein Co-Autor einen einfachen Algorithmus und eine Kamera mit Polarisationsfilterlinse verwendet, um Eis zu erkennen, indem sie Aufnahmen aus der Wetterkammer analysierten.

„In einer Laborumgebung könnten Computer selbst mit diesem einfachen Algorithmus Menschen bei dieser Aufgabe bereits heute übertreffen. Aber vielleicht würden wir eines Tages Kameras auf Flughäfen haben, die Eisbildung in Flugzeugen, die sich auf den Start vorbereiten, in Echtzeit erkennen und die Besatzung warnen, wenn zusätzliche Anti -Behandlung mit Vereisungsflüssigkeit ist angebracht“, schloss Grishaev.