疏水/超疏水表面防/除冰原理及其研究进展

液体防冰、电热防冰、气热防冰、机械除冰等传统的防/除冰技术具有显著的防/除冰效果,但存在消耗能源大、防冰时间有限以及除冰不彻底等问题,而基于疏水/超疏水表面的防/除冰技术则具有独特的优势。本文首先阐述了利用疏水表面和超疏水表面防/除冰的原理及其影响因素;然后,总结了常用的疏水表面和超疏水表面在防/除冰中存在的问题,并指出利用液滴的反弹特性可更加有效地抑制结冰;最后,提出未来有必要对撞击液滴的动力学过程、传热过程和结冰过程的耦合特性进行系统研究,进而为利用液滴的反弹特性抑制结冰提供一定的理论指导。     

直升机旋翼桨叶防/除冰技术新思路

为了满足直升机全天候飞行和特殊环境中飞行的要求,有必要对直升机的旋翼桨叶、发动机进气道、风挡玻璃等部位采取防/除冰防护。常用的电热等防/除冰方法存在各种弊端,如消耗大量电能、冰防护装置复杂、脱冰产生危害等,而超疏水表面材料以零耗能、零设备、零操作的特点在防/除冰方面具有巨大的应用潜力。本文在总结现有防/除冰方法及其特点的基础上,介绍了超疏水表面材料的最新研究进展,探讨了其在直升机防/除冰技术上应用的可能性,为解决直升机的防/除冰问题提供了一个新思路。     

直升机旋翼结冰影响及防/除冰方法综述

为深入认识旋翼结冰的影响，从结冰强度和桨尖冰脱落两个方面阐述了旋翼结冰的特征及其主要响应因素，进而归纳了结冰对直升机升阻力特性、悬停特性、操纵特性等气动影响，并提出了评估旋翼冰脱落对直升机物理损伤的主要思路和方法。介绍了旋翼防/除冰应用中的电热防/除冰、液体防冰和气动除冰等主要技术，系统分析了它们的优缺点：电热防/除冰除冰效率高，但能耗较大；液体防冰能耗低，但作用时间短，且防冰效率不高；气动除冰系统虽然能耗低，但其安装部位有限，并且易造成直升机气动损失。在此基础上，还针对当前直升机防除冰系统存在的缺点，从旋翼结冰的高精度预测、多种防/除冰系统的耦合开发、大面积超疏水材料制备工艺提升等多个方面，全面展望防/除冰未来发展中亟需解决的重要问题。     

基于碳纳米管薄膜的新型电热防除冰系统设计及其应用性能

对新型化学气相沉积法（CVD法）制备的碳纳米管薄膜（CNTF）的相结构和微观形貌进行了表征。根据CNTF内的碳纳米管杂乱交错,排列无规则,但孔隙率较高的微观结构特点,提出了基于这种CNTF的飞机电热防除冰系统的设计方案及其制备工艺流程。该方案采用了CNTF和环氧树脂等轻质材料,对样件制备工艺进行了探讨和优化。通过电发热特性测试及防除冰功能测试对此种新型电热防除冰系统样件的电热性能进行了研究。试验结果表明,此种新型电热防除冰系统结构简单,质量小,易于与飞机铝合金蒙皮相结合,有利于减小飞机空重,降低飞行成本;在电热过程中获得的有效平均温度为47℃,可有效地加快冰层融化,在实际应用中具有良好的前景。     

超疏水表面的过冷水滴捕获规律研究

飞机在飞行过程中经常面临结冰危险,具有迫切的防冰需求,高效节能的超疏水电热复合防冰蒙皮具有广阔的应用前景,但目前设计流程中尚未考虑超疏水表面过冷水滴收集特性。为充分发挥超疏水表面对飞机防冰系统的作用,本文设计了一套液滴直径与流量可精准控制的喷雾装置,确定了过冷水滴捕获率试验的方案,并结合传热及表面特性相关理论总结了不同试验条件下表面捕获率变化规律。试验结果表明,在一定环境条件中,超疏水表面与聚酰亚胺（PI）表面的过冷水滴捕获率相对值保持稳定,约为25%。结合热传递及受力分析,超疏水表面能够有效减少水滴在表面的停留总量及停留时间,从而降低过冷水滴捕获率。本文为新一代超疏水电热复合蒙皮的防冰功率精确设计与能耗优化提供了依据,对保证恶劣环境下无人机正常工作具有重要意义。     

电热除冰复合材料层合板拉伸性能试验研究

<正>当飞机在寒冷或多云的天气条件下飞行时,大气中的过冷水滴撞击在飞机表面,在飞机的气动表面很容易形成冰层。这种条件不仅增加了飞机的重量,而且还会导致机翼表面气流分离,造成飞行阻力上升、操作性下降、稳定性减弱,对飞行安全形成很大威胁~[1]。为了减少相关的安全事故,飞机上的除冰防冰系统起到了关键性的作用。其中,电热除冰系统因其低能耗、易控制,越来越广泛地应用于飞机机翼除冰。相比于传统的复合材料层合板,电热除冰复合材料层合板继承了其优异的力学     

电热除冰的热力耦合特性及其对冰层的影响研究

采用计算和实验相结合的方法,初步研究了电热除冰过程中的热力耦合特性及其对冰层的影响。在电加热条件下,耦合外部气动力载荷的作用,采用有限元方法计算了不同热流密度下表面冰层和蒙皮间界面法向和切向应力的分布,比较了加热/不加热条件下界面法向和切向应力分布的差别,研究了冰层最大主应力随热流密度的变化规律。研究发现,电加热条件下,在表面冰层融化前,热力耦合特性将造成冰层内部应力的显著增加,从而造成冰层局部区域的破裂,加速冰层的破坏。同时,设计的原理性实验结果验证了热力耦合特性对冰层的破坏影响。研究结果对于电热除冰理论和除冰技术的发展有现实意义。     

飞机防冰表面材料研究进展

结冰不仅给人们的日常生活带来诸多不便,而且影响飞机的飞行安全,甚至引起重大的经济问题和人身威胁。虽然飞机的防/除冰研究已经进行了数十年,但仍然需要开发出对环境无害、经济且有效的防冰策略。防冰表面材料可通过延长结冰时间和降低冰的附着力减轻甚至消除冰的积聚,是目前飞机防/除冰领域学科发展的前沿方向,制备高性能防冰表面材料具有十分重要的意义。本文综述了当前防冰表面材料的研究现状,对超疏水材料以及润滑层材料等应用于防冰领域的优劣势进行分析,并分析与展望了防冰材料的发展方向。     

黑鹰直升机旋翼桨叶防/除冰系统研究

旋翼系统是直升机的关键动部件之一,旋翼桨叶结冰会降低直升机性能,危及飞行安全。为了使直升机具备全天候飞行能力,有必要在直升机上安装旋翼桨叶防/除冰系统。黑鹰直升机上装备的电热防除冰系统是美国西科斯基公司最早开发的比较成功的一款旋翼防/除冰系统。详细介绍黑鹰直升机旋翼防/除冰系统的发展历程和设计特点,对比了UH-60A和UH-60M直升机上防/除冰系统的异同。     

飞行器仿生防冰涂层技术现状与趋势

飞行器结冰一直是影响飞行安全的主要气象因素之一,高效可靠的防除冰技术是保障飞行器全天候飞行安全的基本要求。本文结合国内外飞行器防除冰技术的发展现状介绍了现有飞行器防除冰技术的技术手段、优缺点、应用现状和发展趋势,重点探讨了仿生防冰涂层技术的低粘附防冰机理和面向飞行器防除冰应用的挑战,分析讨论了仿生低粘附防冰涂层与新型电热/光热涂层主被动复合节能防冰的可行性,并对飞行器仿生防冰涂层技术的发展前景进行了分析和展望。