仿照竹叶做出“飞机贴膜” 中小型无人机防除冰难题有望彻底解决

2018-10-31 08:43 三秦都市报

西工大师生利用竹叶仿生原理,成功做出无人机“疏冰蒙皮”

  一片不起眼的竹叶有什么用?它在西工大空天微纳系统教育部重点实验室的何洋副教授团队来说是宝贝,他们用竹叶仿生学原理,成功做出了“飞机贴膜”,有望彻底解决“中小型无人机防除冰”难题。

  小型无人机覆冰面临坠机危险

  专家介绍,飞机防除冰是一件很重要的事,当飞机经过高寒环境,冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体,或水汽直接在机体表面凝华,都会形成积冰。

  飞机一旦积冰,轻则影响气动外形、电子传感等,重则有可能造成事故甚至坠毁。

  大型飞机可采取3种方式防除冰:用热空气或电加热系统使机体不积冰;在机体喷射防冻液等阻止积冰;在机体设置防冰橡皮囊,间歇性压缩空气让橡皮囊收缩,使上面的冰层破碎脱落,物理除冰。

  而对于中小型无人机来说,没有涡轮式发动机可提供除冰的气热,机械除冰又会改变机身外形、负重,所以防除冰成为了一个难题,只能采用能耗低、负载小的防除冰手段。

  被“秦岭箭竹”启发 仿生研究出无人机“疏冰蒙皮”

  面对这样的难题,何洋老师决定另辟蹊径,从结冰原理开始研究,从“机身表面”做文章,起初想到了荷叶的表面结构确实不易积冰,但荷叶只在夏天存在,没有经过冬天冰雪环境的检验。几年前的冬天,课题组的一位同学在秦岭鹿角梁的一次攀登中,从皑皑白雪里,忽然看到葱绿的竹叶,白雪中细叶上竟没有一点冰雪在上面,他们如获至宝。

  于是,何洋老师带领同学们紧锣密鼓地开始了对秦岭箭竹叶的研究。走访了多位生物学专家,得知这种矮小的细竹叫“秦岭箭竹”,是秦岭特产,大熊猫的主食。何洋老师带领学生用电子显微镜仔细研究竹叶的结构,搞清了竹叶独特的表面结构正是它不易结冰的原因,并从微观层面仿生竹叶结构,制作出一种“蒙皮”,贴在中小型无人机易结冰部位,达到防除冰效果。

  通过观察箭竹叶,发现其结构极其复杂,它特殊的表面竟是由4层完全不同的结构重叠而成的,这种多层复杂结构在以往的仿生微纳制造工艺上是从未遇到过的,经过无数次的实验,无数次的失败,课题组终于采用仿生微纳技术将秦岭箭竹叶的表皮完美复制,做出了“疏冰蒙皮”,实现了可以在高寒环境中抵御积冰的表面微观结构。

  多轮试验后,中国空气动力研究与发展中心冰风洞测试报告认为:“与目前公开报道的国际上同类研究相比,超过国际先进水平。”“我们通过仿生微纳技术制作了‘疏冰蒙皮’,在中小型无人机防除冰方面通过了实验验证,但离‘蒙皮’的实际运用,还有很长的路要走,我们一定能把秦岭箭竹叶防除冰的原理研究得水落石出,‘疏冰蒙皮’也一定能走入中小型无人机防除冰实际运用。”何洋老师自信地说。

  本报记者 张彦刚

责编:赵汗青
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