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飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

2021-07-07崔静张杭翟巍路梦柯杨广峰

航空学报 2021年6期

崔静,张杭,翟巍,路梦柯,杨广峰,*

1.中国民航大学 航空工程学院,天津 300300

2.中国民航大学 交通科学与工程学院, 天津 300300

结冰结霜是自然界很常见的现象之一,冰霜在展现自然之美的同时也给人类带来了很多安全隐患,例如航空领域、电力运输、航海和通信工程等[1-3]。对于安全系数要求更高的飞机来说,当机翼和尾翼积冰时,阻力增加,飞机发生抖动,飞行性能下降;当发动机进气道唇口结冰时,进气道外形发生变化,发动机进气量减少,严重时飞机发生喘振,出现严重安全事故[4]。因此,研究飞机结冰、结霜这一问题具有一定的现实意义。

对于飞机目前常规的机械除冰、液体防(除)冰和热力防(除)冰等被动防冰方法因其效率低、能耗以及维护成本高等缺点存在一定局限性[5]。自然界“出淤泥而不染”的荷叶表面自清洁现象引起了人们的关注[6],国内外各个科研小组围绕着这种天然的超疏水现象展开了大量的科学研究。

龙江游等[7]利用飞秒激光技术在金属铜表面制备了一系列不同微观特征的微纳米结构,而后经过化学修饰的办法获得了接触角(Contact Angle, CA)超过150°的超疏水表面,这些超疏水表面在低温下的接触角降低,滚动角增加,对水粘附力越低的超疏水样 品抗结冰性能更优。王津等[8]从理论上分析设计了防冰疏水微结构的表面。一是低表面能物质,二是一级微结构的尺寸,还可以制造二级或者多级微结构。薛磊等[9]仅通过飞秒激光未经过化学修饰,将铜样品放置在空气中一定时间,直接制备了多种疏水功能特性微纳结构表面并且这些疏水微纳结构表面延迟结冰的时间与原表面相比均有大幅度提升,最佳条件下增加1倍。……

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