Scale up and automatization of an anti-ice coating for aircraft structures

Abstract

El presente trabajo contempla tanto el escalado en la producción de un recubrimiento hielofóbico basado en una pintura aeronáutica, como la automatización de la aplicación de dicho recubrimiento. Para el proceso de automatización, se seleccionó un demostrador de geometría compleja representativo de un borde de ataque de material compuesto. La funcionalidad del recubrimiento, que se basa en la obtención de bajos valores de adhesión de hielo, está fuertemente influenciada por la morfología de la última capa de sol-gel que se aplica sobre la pintura. Por esta razón, durante el proceso de automatización ha sido necesario reajustar distintos parámetros del brazo robótico con el fin de conseguir un tamaño y distribución de gotas de sol-gel adecuado.

The current work contemplates both the scaling in the production of an icephobic coating based on an aeronautical paint as well as the automatic application of the aforementioned coating. In the automation process, a complex geometry demonstrator representative of a composite leading edge was selected. The functionality of the coating, which is based on getting low ice adhesion values, is strongly influenced by the morphology of the last sol-gel layer applied over the paint. For this reason, during the automation process it has been necessary to readjust different parameters of the robotic arm to achieve an adequate size and distribution of sol-gel droplets.

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1. Introducción y objetivo La acumulación de hielo en las superficies exteriores de los aviones constituye un riesgo para la seguridad, además del efecto perjudicial que supone para el comportamiento aerodinámico. Los sistemas antihielo y deshielo más comunes no son compatibles con las estructuras de material compuesto debido a las elevadas temperaturas que se alcanzan, no soportables por las matrices poliméricas. Por ese motivo, nuevos sistemas activos y pasivos emergen como posibles alternativas. FIDAMC y el Grupo de Ciencia de Superficies y Nanoestructuras de la UCM han desarrollado y patentado un recubrimiento con baja adhesión de hielo basado en una pintura aeronáutica [1, 2, 3]. Para este desarrollo se utilizaron probetas de un tamaño reducido en las que las diferentes capas del recubrimiento fueron aplicadas mediante pistola aerográfica. En este trabajo se ha llevado a cabo el escalado del recubrimiento antihielo y su aplicación automática para recubrir un demostrador representativo de un borde de ataque de material compuesto con una envergadura de 1200 mm y una longitud de 450 mm. La clave del escalado reside en el control de la morfología de la última capa, de sol-gel, que juega un papel fundamental en la obtención de una baja adhesión de hielo. Para recubrir superficies mayores ha sido preciso reajustar los parámetros de aplicación del recubrimiento. Además, para garantizar que durante todo el proceso los diferentes parámetros se mantenían constantes, la aplicación del recubrimiento completo se llevó a cabo con un robot programado para reproducir la compleja geometría de la pieza.