Ice repellent surfaces on aircraft wings: enhancing the wing and evaluating Laser-structured surfaces for anti-icing performance

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo de fin de master consiste en continuar con las investigaciones para conseguir crear una superficie que evite o retrase la aparición de hielo con el objetivo de crear un sistema semi pasivo para las aeronaves de menor tamaño. Para ello el trabajo se divide principalmente en dos partes: por un lado trata de crear nuevas nanoestructuras mediante el uso de un laser de pulsos ultracortos (del orden de Femtosegundos) para buscar un efecto hidrófobo e hielófobo en las superficies tratadas. Posteriormente a la creación de dichas nanoestructuras es necesario poner a prueba dichas características mediante pruebas tales como goniometría. Si el resultado es satisfactorio, se realizará dicha prueba en un túnel de viento en el que se someta al ala de pruebas al impacto de agua superenfriada para comprobar su efectividad .La segunda parte del trabajo consiste en mejorar el diseño anterior del ala de pruebas para que este permita cubrir de forma eficiente las ya mencionadas nanoestructuras con una capa de aceite que mejore los efectos antiadherentes de la superficie que se está creando, así como que permita un mejor análisis de los resultados en el tunel de viento.

[EN] Icing in small aircraft, drones, and wind turbines remains a significant challenge, driving the search for passive deicing or anti-icing solutions. This study explores two promising approaches: superhydrophobic surfaces and slippery liquid-infused porous surfaces (SLIPS), which can be fabricated using ultrashort laser radiation. The research focused on improving an existing test bench to evaluate and optimize SLIPS in a wind tunnel, enhancing the pressure control system for lubricant distribution and ensuring uniform oil coverage around the airfoil. Additionally, new laser-induced microstructures and hierarchical designs were developed to enable bioinspired surfaces, such as fish and shark scales, for use in dynamic fluid environments. Optimized tilted microstructures demonstrated promising alignment with application requirements, suggesting potential for further development in passive anti-icing technologies.

[CA] La formació de gel en avions xicotets, drons i turbines eòliques continua sent un repte significatiu, cosa que impulsa la cerca de solucions passives per al desgel o la prevenció de gel. Aquest estudi explora dos enfocaments prometedors: les superfícies superhidrofòbiques i les superfícies poroses impregnades amb líquids lliscants (SLIPS), que es poden fabricar utilitzant radiació làser de polsos ultracurts. La investigació es va centrar a millorar un banc de proves existent per a avaluar i optimitzar els SLIPS en un túnel de vent, millorant el sistema de control de pressió per a la distribució del lubricant i garantint una cobertura uniforme d'oli al voltant del perfil aerodinàmic. A més, es van desenvolupar noves microestructures induïdes per làser i dissenys jeràrquics per a crear superfícies bioinspirades, com escates de peixos i taurons, per al seu ús en entorns amb fluids en moviment. Les microestructures inclinades optimitzades van demostrar una alineació prometedora amb els requisits d’aplicació, cosa que suggereix el seu potencial per al desenvolupament futur de tecnologies passives de prevenció de gel.