Lý giải hiện tượng máy bay bị đóng băng

Đằng sau hiện tượng đóng băng bất thường ẩn nấp một thủ phạm được biết rõ đó là những giọt nước lớn siêu lạnh (SLD). Đây là những giọt nước có đường kính tối đa lớn hơn 1000 micromet (bằng 1 mm). Cán bộ an toàn đang lo ngại về SLD, vì vậy, ngày 4 tháng 11 năm 2014, Cục Hàng không Liên bang đã ban hành một quy định mới điều chỉnh lại tiêu chuẩn để đủ điều kiện bay trong điều kiện băng tích tụ do sự hiện diện của SLD gây đóng băng tinh thể đá.

Tuy nhiên, bất chấp sự nguy hiểm của SLD, những lỗ hổng kiến thức quan trọng về vấn đề này vẫn tồn tại cho đến tận bây giờ.

Nhờ nghiên cứu của một nhóm kỹ thuật hàng không thuộc Đại học Shanghai Jiao Tong, Trung Quốc và điều tra của họ được tiến hành tại Shanghai Icing Wind Tunnel, giúp chúng ta hiểu đầy đủ hơn về vấn đề này. Quan trọng nhất là nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế đóng băng khác với xác định trước đây. Các nhà nghiên cứu đã giải thích những phát hiện của họ trên tạp chí Physics of Fluids.

Ngoài việc xác định cơ chế đóng băng, nhóm nghiên cứu đã phát triển và thử nghiệm một mô hình SLD mới và quá trình đóng băng được gọi là "mô hình nhiệt tác động". Mô hình cho biết thêm về một bước mới và quan trọng còn thiếu trong những nỗ lực trước đây: nhiệt được sinh ra từ nhiệt động tác động.

Giáo sư, tiến sĩ Hong Liu, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu của họ trong một ống gió mạch kín, sử dụng bộ tạo giọt siêu lạnh tự thiết kế có thể kiểm soát chính xác kích thước giọt từ 20-1500 micromet, một bảng nhôm phẳng, và một hệ thống hiển thị tốc độ cao để nghiên cứu mối quan hệ tác động giữa kích thước giọt nước với nhiệt động lực trong quá trình tích tụ băng.

Liu giải thích: "Hiệu ứng nhiệt động trong quá trình tác động giọt nước lớn siêu lạnh đã không được chú ý. Chúng tôi thử nghiệm để bổ sung vào những lỗ hổng kiến thức nhất định". "Ý nghĩa quan trọng nhất của mô hình này đó là phản ánh lượng nhiệt chuyển giao được tạo ra từ nhiệt động lực tác động. Ngày nay, việc hiểu về cơ chế đóng băng của SLD đã trở thành một mục tiêu quan trọng của các nhà nghiên cứu quan tâm đến an toàn hàng không, vì vậy mục tiêu của chúng tôi là xây dựng và thử nghiệm mô hình mạnh nhất từ trước đến nay ".

Các điều kiện thử nghiệm của Shanghai Icing Wind Tunnel giống như điều kiện khí tượng có thể gặp trong chuyến bay, cũng như vận tốc và nhiệt độ giọt thực tế có thể thay đổi. Bằng cách tái tạo ra các hiện tượng va đập trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã quan sát được cơ chế đóng băng nhanh của các giọt nước nhỏ có đường kính 400, 800 và 1300 micromet.

Các kết quả phân tích thí nghiệm của nhóm cung cấp những công cụ phân tích cho việc xác định tốc độ lan truyền tối đa và tốc độ co của giọt nước, tốc độ khuếch tán siêu lạnh và thời gian đóng băng.

Kết hợp lại, kiến thức này có thể được sử dụng để mô tả kỹ hơn những điều kiện khí tượng giúp các phi công quản lý an toàn các chuyến bay trong những điều kiện thời tiết mưa lạnh và hình thành SLD.

Liu cho biết: "Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng, kích thước hạt nước là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt siêu lạnh và khoảng thời gian truyền nhiệt hiệu quả giữa các giao diện bề mặt mỏng. Kết quả thực nghiệm chi tiết của chúng tôi thực sự hỗ trợ cho mức độ an toàn đằng sau quy tắc mà gần đây đã thông qua FAA".

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục xác nhận và hoàn thiện mô hình nhiệt tác động thông qua những mô phỏng quá trình đóng băng SLD. Các mô hình hạt mịn trong quá trình co lại cũng được phát triển, cũng như xác định cơ chế vật lý của hiện tượng này.

Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng mô hình của họ sẽ giúp cải thiện an toàn hàng không, đặc biệt là trong các điều kiện băng giá.

Minh Trang (Theo Phys)