Химики получили нечувствительную к нагреву краску для аэродинамической трубы
При проектировании нового самолета инженерам необходимо точно знать, как воздух обтекает каждую поверхность. Распределение давления нужно контролировать, иначе это может сказаться на топливной эффективности, управляемости и даже на прочности конструкции.
Перспективный способ измерить его — нанести специальную краску на испытываемые в аэродинамических трубах масштабные модели. Яркость свечения краски пропорциональна давлению воздуха на нее. Но у таких красок есть один существенный недостаток — они чувствительны не только к давлению, но и к температуре, а модели в трубе изрядно нагреваются, особенно если скорость потока превышает звуковую.
«Когда испытываешь транспортное средство на высокой скорости, оно может сильно нагреваться и охлаждаться в зависимости от аэродинамической конструкции», — объясняет ведущий автор исследования Эллиотт Нанн.
В Манчестерском университете создан свободный от этого недостатка красящий состав. Разработка описана в ACS Applied Engineering Materials. В ее основе — светоизлучающее соединение на основе платины, закрепленное в специально разработанном пластике.
«Создав краску для измерения давления, которая не так сильно реагирует на нагрев, мы получили инструмент, гораздо ближе подходящий для инженерных целей», — подчеркивает химик.
Особенность состава в том, как активный компонент расположен внутри материала. Во многих красках флуоресцирующие молекулы могут собираться в кластеры, из-за чего краска становится более чувствительной к нагреву. В новинке же ингредиент из группы порфиринов — к которым относятся известные своим насыщенным цветом гемоглобин и хлорофилл — словно закреплен намертво в пластике, похожем на тефлон.
Краской покрыли конус и поместили его в аэродинамическую трубу, разгоняющую воздух до пяти Махов. Испытания показали снижение температурной чувствительности до всего 0,3% на градус Цельсия — на 25% меньше, чем у текущего отраслевого эталона.
Краска также помогла визуализировать закрученные в форме штопора воздушные вихри, которые образуются вдоль вогнутых изогнутых поверхностей — так называемые вихри Гертлера, — важные для понимания поведения тонкого слоя воздуха рядом с поверхностью на высокой скорости.
«Добиться правильной химии удалось благодаря творческому сотрудничеству нашей химической группы и команды аэрокосмических инженеров — по сути, они знали, что краска должна делать в аэродинамической трубе, а мы знали, как получить такую краску», — заключила преподаватель неорганической химии Луиза Натраджан, руководившая исследованием.
