丁金波，董 威

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

0 引言

低温环境下飞机表面积冰和霜层冻黏附着现象，严重影响飞机运行效率和安全性[1-3]。早在20世纪20年代飞机诞生之初，就开始关注并研究冰冻黏现象。冰与飞机部件表面的黏附是静力（机械作用力）、分子间作用力、化学键力等多种因素的组合[4]，黏附强度是由界面冰层的特性决定，受到温度、含水量、冻结速率、材料特性和表面形态等因素的影响，加之在冻黏过程中分子接触不良造成黏结面上留有微孔缺陷，实际黏附面积难以计算，同时受界面残余热应力和收缩应力影响，而现有理论模型和计算方法所得结果往往远大于实际冻黏强度[5-8]。

本文基于冻黏的基本理论，通过试验方法研究在不同结冰环境下的不同表面粗糙度时的冰冻黏强度。

1 冻黏模型和理论概述

图1 界面凝液流动层模型

冰是水在低温下的凝固态，在低于0℃的不同温度段表现出不同的状态，冰的形成环境及冰型是影响冻黏的重要因素。Jellinek[9]根据试验建立了固体表面与冰层界面上的凝液体（高黏度液体）流动模型，如图1所示。温度＞-10℃时会出现表面“流动”现象，此状态的冰称为热冰[10]，随着温度降低，凝液体中的水分逐渐凝结，固态化加剧，同时湿空气中水分析出，与材料表面黏附增强，温度降到一定时，界面系统内部和外部再无更多的水补充，界面达到平衡，继续降温并不会对黏附强度产生太大影响。材料是结冰和冻黏的另一主体，研究表明[11]，材料的表面特性和热特性对结冰及其黏附效应影响很大。……