Sistema de protección contra el hielo

La bota neumática suele estar hecha de capas de caucho u otros elastómeros , con una o más cámaras de aire entre ellas. Si se utilizan varias cámaras, generalmente tienen forma de franjas alineadas con la dirección longitudinal de la bota. Normalmente se coloca en el borde de ataque de las alas y los estabilizadores de la aeronave. Las cámaras se inflan y desinflan rápidamente, ya sea simultáneamente o siguiendo un patrón específico. El rápido cambio de forma de la bota está diseñado para romper la fuerza adhesiva entre el hielo y el caucho, permitiendo que el aire que fluye alrededor del ala arrastre el hielo. Sin embargo, el hielo debe desprenderse limpiamente de las secciones posteriores de la superficie, o podría volver a congelarse detrás del área protegida. La recongelación del hielo de esta manera fue un factor que contribuyó al accidente del vuelo 4184 de American Eagle .

Se creía que las botas neumáticas antiguas eran propensas a la formación de puentes de hielo. El aguanieve podía ser empujada fuera del alcance de las secciones inflables de la bota antes de endurecerse. Esto se resolvió acelerando el ciclo de inflado/desinflado y alternando la sincronización de las celdas adyacentes. ^{[ 4 ]} Las pruebas y los estudios de caso realizados en la década de 1990 han demostrado que la formación de puentes de hielo no es un problema significativo con los diseños de botas modernos. ^{[ 5 ]}

Las botas neumáticas son adecuadas para aeronaves de baja y media velocidad, sin dispositivos de sustentación en el borde de ataque como los slats , por lo que este sistema se encuentra con mayor frecuencia en aviones turbohélice más pequeños , como el Saab 340 y el Embraer EMB 120 Brasilia . En ocasiones, se utilizan botas neumáticas antihielo en otros tipos de aeronaves, especialmente en las más antiguas. Rara vez se emplean en aviones a reacción modernos. Fueron inventadas por BF Goodrich en 1923.

A veces llamados ala de llovizna, ^{[ 6 ]} sistema de funcionamiento húmedo o evaporativo, estos sistemas utilizan un fluido antihielo, generalmente a base de etilenglicol o alcohol isopropílico , para evitar la formación de hielo y romper el hielo acumulado en superficies críticas de una aeronave. ^{[ 7 ]} Una o dos bombas accionadas eléctricamente envían el fluido a unidades de dosificación que dividen el flujo entre las áreas que se deben proteger. Se utiliza una segunda bomba para redundancia, especialmente para aeronaves certificadas para volar en condiciones de engelamiento conocidas , con bombas mecánicas adicionales para el parabrisas. El fluido se fuerza a través de orificios en paneles en los bordes de ataque de las alas, estabilizadores horizontales, carenados, puntales, entradas de motor y desde un anillo deflector en la hélice y el rociador del parabrisas. Estos paneles tienen orificios de 1/400 de pulgada (0,064 mm) de diámetro perforados en ellos, con 800 orificios por pulgada cuadrada (120/ ^cm² ) . El sistema es autolimpiante y el fluido ayuda a limpiar la aeronave antes de que sea arrastrado por la corriente de aire. ^{[ 8 ] [ 9 ]} El sistema fue utilizado inicialmente durante la Segunda Guerra Mundial por los británicos , habiendo sido desarrollado por Tecalemit-Kilfrost-Sheepbridge Stokes (TKS) . ^{[ 9 ]} 

Las ventajas de los sistemas de fluidos son la simplicidad mecánica y la mínima interrupción del flujo de aire causada por los minúsculos orificios; esto hizo que estos sistemas fueran populares en los aviones ejecutivos más antiguos . Las desventajas son los mayores requisitos de mantenimiento que los sistemas neumáticos, el peso del fluido potencialmente innecesario a bordo de la aeronave, el suministro limitado de fluido cuando se necesita y la necesidad impredecible de rellenarlo, lo que complica las escalas en ruta. ^{[ 10 ]}

Los sistemas de purga de aire son utilizados por la mayoría de los aviones grandes con motores a reacción o turbohélice. El aire caliente se extrae de uno o más compresores de los motores y se canaliza a través de tubos que recorren las alas, la cola y las tomas de aire. El aire viciado se expulsa por orificios en la parte inferior de las alas.

Una desventaja de estos sistemas es que el suministro de una cantidad adecuada de aire de purga puede afectar negativamente el rendimiento del motor. A menudo se requieren ajustes de potencia superiores a lo normal durante el crucero o el descenso, especialmente con uno o más motores inoperativos. Más importante aún, el uso de aire de purga afecta los límites de temperatura del motor y a menudo requiere ajustes de potencia reducidos durante el ascenso, lo que puede causar una pérdida sustancial del rendimiento de ascenso con consecuencias particularmente críticas si falla un motor. Esta última preocupación ha hecho que los sistemas de aire de purga sean poco comunes en aeronaves pequeñas de turbina, aunque se han implementado con éxito en algunas aeronaves pequeñas como el Cessna CitationJet . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Los sistemas electrotérmicos utilizan serpentines de calentamiento (similares a una resistencia de estufa de baja potencia) enterrados en la estructura del fuselaje para generar calor al aplicarles una corriente eléctrica. El calor puede generarse de forma continua o intermitente. ^{[ 13 ]}

El Boeing 787 Dreamliner utiliza protección electrotérmica contra el hielo. En este caso, las bobinas de calentamiento están integradas en la estructura compuesta del ala. Boeing afirma que el sistema consume la mitad de la energía de los sistemas de aire comprimido alimentados por el motor y reduce la resistencia aerodinámica y el ruido. ^{[ 14 ]}

Las bobinas calefactoras de lámina grabada se pueden adherir al interior de las superficies metálicas de las aeronaves para reducir el consumo de energía en comparación con los circuitos integrados, ya que operan a densidades de potencia más altas. ^{[ 15 ]} Para la aviación general , ThermaWing utiliza una lámina de grafito flexible y conductora de electricidad, fijada al borde de ataque del ala. Los calentadores eléctricos calientan la lámina, lo que derrite el hielo.

Se pueden incrustar pequeños cables u otros materiales conductores en el parabrisas para calentarlo. Los pilotos pueden encender el calentador eléctrico para proporcionar suficiente calor y evitar la formación de hielo en el parabrisas. Sin embargo, los calentadores eléctricos para parabrisas solo deben usarse en vuelo, ya que pueden sobrecalentarlo. También pueden causar errores de desviación de la brújula de hasta 40°. ^{[ 16 ]}

Una propuesta utilizaba nanotubos de carbono formados en filamentos delgados que se hilaban para formar una película de 10 micras de espesor. Esta película es un mal conductor eléctrico debido a los espacios entre los nanotubos. En cambio, la corriente provoca un rápido aumento de la temperatura, calentándose el doble de rápido que el nicromo , el elemento calefactor preferido para el deshielo en vuelo, con la mitad de energía y un peso diezmilésima parte. El material suficiente para cubrir las alas de un 747 pesa 80 g (2,8 oz) y cuesta aproximadamente el 1 % del nicromo. También se han sugerido calentadores de aerogel , que podrían permanecer encendidos continuamente a baja potencia. ^{[ 17 ]}  

Los sistemas de deshielo por expulsión electromecánica (EMEDS) utilizan una fuerza de percusión iniciada por actuadores dentro de la estructura que induce una onda de choque en la superficie a limpiar. ^{[ 18 ] [ 19 ]} También se han desarrollado sistemas híbridos que combinan los EMEDS con elementos calefactores, donde un calentador evita la acumulación de hielo en el borde de ataque del perfil aerodinámico y el sistema EMED elimina las acumulaciones detrás de la parte calentada del perfil aerodinámico. ^{[ 20 ]}

Los sistemas pasivos emplean superficies hidrofóbicas . La hidrofobicidad es análoga a la hidrofobicidad y describe una propiedad del material que lo hace resistente a la formación de hielo. El término no está bien definido, pero generalmente incluye tres propiedades: baja adhesión entre el hielo y la superficie, prevención de la formación de hielo y un efecto repelente sobre las gotas subenfriadas. ^{[ 21 ]} La hidrofobicidad requiere propiedades especiales del material, pero no es idéntica a la hidrofobicidad . ^{[ 22 ]}

Para minimizar la acumulación de hielo, los investigadores buscan materiales hidrofóbicos . Entre los candidatos se incluyen los nanotubos de carbono y las superficies porosas impregnadas de líquido resbaladizo (SLIPS), que repelen el agua cuando se congela. ^{[ 23 ]}