本發(fā)明涉及飛機(jī)防除冰裝置，尤其是涉及一種飛行器蒙皮用防除冰表面結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、飛機(jī)結(jié)冰被廣泛認(rèn)為是航空飛行的重大危害之一。當(dāng)飛行器穿越積冰氣象條件的云層時(shí)，云層中的過(guò)冷水滴撞擊在飛行器的迎風(fēng)面，會(huì)導(dǎo)致飛行器迎風(fēng)面部件（機(jī)翼、風(fēng)擋玻璃、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)唇口、空速管等）表面結(jié)冰，尤其是駐點(diǎn)附近結(jié)冰更嚴(yán)重，而飛行器關(guān)鍵部件結(jié)冰會(huì)嚴(yán)重影響飛行器的氣動(dòng)性能，從而導(dǎo)致飛行器安全性能急速下降。比如機(jī)翼和尾翼前緣結(jié)冰，會(huì)不同程度改變飛行器的氣動(dòng)外形，違背飛行器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，使升力迅速減小，阻力迅速增大，嚴(yán)重影響飛行器的操縱性能和穩(wěn)定性能。因此，如何構(gòu)建高效的防除冰策略已成為飛機(jī)飛行過(guò)程中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

2、目前主要的防除冰策略包括被動(dòng)防冰方法和主動(dòng)防除冰方法。主動(dòng)除冰方式一般為物理法（機(jī)械除冰或電加熱防除冰）和化學(xué)法（噴灑鹽水或乙二醇等抗結(jié)冰劑），雖然在一定程度上可以解決積冰問(wèn)題，但在能源、人力、環(huán)境方面需付出較高代價(jià)。此外，主動(dòng)技術(shù)往往因環(huán)境和能源限制、表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素難以實(shí)現(xiàn)，因此，無(wú)需能耗的防除冰技術(shù)（即被動(dòng)除冰技術(shù)）引起了研究人員的廣泛關(guān)注。被動(dòng)除冰技術(shù)主要是基于材料表面特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括兩類(lèi)：一類(lèi)是通過(guò)抑制成核，延緩表面霜凍或結(jié)冰，以超疏水表面為典型代表，但其表面微納結(jié)構(gòu)極易被破壞，難以長(zhǎng)久使用，且只能一定程度抑制結(jié)冰，無(wú)法徹底防冰；另一類(lèi)技術(shù)稱(chēng)之為疏冰表面，通過(guò)降低冰與表面間的粘附強(qiáng)度，使冰層在外力（風(fēng)、自身重力等力場(chǎng)）的作用下容易脫離表面。

3、申請(qǐng)人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的被動(dòng)防除冰技術(shù)，雖然實(shí)現(xiàn)降低冰粘附強(qiáng)度，但受表面微納結(jié)構(gòu)限制，承壓上限也降低了，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)防除冰功能的表面微納結(jié)構(gòu)易在高壓下?lián)p壞的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種飛行器蒙皮用防除冰表面結(jié)構(gòu)，來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，主要包括以下內(nèi)容：

2、本發(fā)明提供了一種防除冰表面結(jié)構(gòu)，包括基體，所述基體上設(shè)置有工作區(qū)，所述工作區(qū)上設(shè)有疏冰層，所述疏冰層包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)和設(shè)于結(jié)構(gòu)網(wǎng)表面的彈性層，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)的網(wǎng)孔內(nèi)設(shè)有彈性填充體，結(jié)構(gòu)網(wǎng)的彈性模量大于彈性層和彈性填充體的彈性模量。

3、進(jìn)一步地，所述彈性層和彈性填充體一體化設(shè)置；

4、和/或，所述彈性層和彈性填充體分別為低表面能改性的高分子材料。

5、進(jìn)一步地，所述網(wǎng)孔內(nèi)設(shè)置有柱體，所述柱體位于網(wǎng)孔的中部，柱體的高度小于網(wǎng)孔的深度。

6、進(jìn)一步地，所述柱體為圓柱、棱柱、圓錐中的任意一者或至少兩者的組合；

7、和/或，所述網(wǎng)孔為矩形、圓形、橢圓形、菱形、三角形中的任意一者或至少兩者的組合。

8、進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)包括多個(gè)縱脊和多個(gè)橫脊；

9、多個(gè)縱脊之間平行設(shè)置，縱脊的高度為a，縱脊的寬度為b，相鄰兩個(gè)縱脊之間間距為c，a、b和c的比值為2~5:6:16~32；

10、和/或，多個(gè)橫脊之間平行設(shè)置，橫脊的高度為x，橫脊的寬度為y，相鄰兩個(gè)橫脊之間間距為z，x、y和z的比值為2~5:6:16~32。

11、進(jìn)一步地，所述縱脊的高度為200μm~500μm，所述橫脊的高度為200μm~500μm。

12、進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)上設(shè)置有迎風(fēng)段；

13、多個(gè)縱脊沿迎風(fēng)方向依次設(shè)置，迎風(fēng)段內(nèi)縱脊的高度逐漸減??；

14、或，多個(gè)橫脊沿迎風(fēng)方向依次設(shè)置，迎風(fēng)段內(nèi)橫脊的高度逐漸減小。

15、進(jìn)一步地，高度逐漸減小的幅度為50μm~150μm。

16、進(jìn)一步地，包括機(jī)翼殼體，所述迎風(fēng)段設(shè)置在機(jī)翼殼體的迎風(fēng)面上。

17、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)至少具有如下技術(shù)效果：

18、本發(fā)明防除冰表面結(jié)構(gòu)上冰體在受到壓力時(shí)，利用彈性形變差異，讓冰體在結(jié)構(gòu)網(wǎng)的縱脊和/或橫脊處產(chǎn)生裂紋，且短時(shí)間內(nèi)快速形成與結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)應(yīng)的裂紋網(wǎng)，從而降低冰體在防除冰表面結(jié)構(gòu)上的脫粘強(qiáng)度；而在防除冰表面結(jié)構(gòu)受到高強(qiáng)度風(fēng)壓時(shí)，壓力會(huì)集中于結(jié)構(gòu)網(wǎng)的縱脊和橫脊上，由于結(jié)構(gòu)網(wǎng)的縱脊和橫脊縱橫交錯(cuò)連接，彼此相互可以提供支撐力，進(jìn)而能夠?qū)毫Ψ稚⒌秸麄€(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)上，增大受力面積，從而提升防除冰表面結(jié)構(gòu)的承壓上限，讓防除冰表面結(jié)構(gòu)在高強(qiáng)度風(fēng)壓下保住微納結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，飛行器能夠在極端飛行環(huán)境實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地防除冰效果。

技術(shù)特征：

1.一種飛行器蒙皮用防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括基體，所述基體上設(shè)置有工作區(qū)，所述工作區(qū)上設(shè)有疏冰層，所述疏冰層包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)和設(shè)于結(jié)構(gòu)網(wǎng)表面的彈性層，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)的網(wǎng)孔內(nèi)設(shè)有彈性填充體，結(jié)構(gòu)網(wǎng)的彈性模量大于彈性層和彈性填充體的彈性模量。

2.如權(quán)利要求1所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性層和彈性填充體一體化設(shè)置；

3.如權(quán)利要求1所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述網(wǎng)孔內(nèi)設(shè)置有柱體，所述柱體位于網(wǎng)孔的中部，柱體的高度小于網(wǎng)孔的深度。

4.如權(quán)利要求3所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱體為圓柱、棱柱、圓錐中的任意一者或至少兩者的組合；

5.如權(quán)利要求1~4任意一項(xiàng)所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)包括多個(gè)縱脊和多個(gè)橫脊；

6.如權(quán)利要求5所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述縱脊的高度為200μm~500μm，所述橫脊的高度為200μm~500μm。

7.如權(quán)利要求6所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)上設(shè)置有迎風(fēng)段；

8.如權(quán)利要求6所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)上設(shè)置有迎風(fēng)段，多個(gè)橫脊沿迎風(fēng)方向依次設(shè)置，迎風(fēng)段內(nèi)橫脊的高度逐漸減小。

9.如權(quán)利要求7或8所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，高度逐漸減小的幅度為50μm~150μm。

10.如權(quán)利要求9所述的防除冰表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括機(jī)翼殼體，所述迎風(fēng)段設(shè)置在機(jī)翼殼體的迎風(fēng)面上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及飛機(jī)防除冰裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種飛行器蒙皮用防除冰表面結(jié)構(gòu)，包括基體，所述基體上設(shè)置有工作區(qū)，所述工作區(qū)上設(shè)有疏冰層，所述疏冰層包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)和設(shè)于結(jié)構(gòu)網(wǎng)表面的彈性層，所述結(jié)構(gòu)網(wǎng)的網(wǎng)孔內(nèi)設(shè)有彈性填充體，結(jié)構(gòu)網(wǎng)的彈性模量大于彈性層和彈性填充體的彈性模量。本發(fā)明防除冰表面結(jié)構(gòu)利用彈性形變差異，讓冰體在結(jié)構(gòu)網(wǎng)上定向產(chǎn)生裂紋，降低冰體在防除冰表面結(jié)構(gòu)上的脫粘強(qiáng)度；而在防除冰表面結(jié)構(gòu)受到高強(qiáng)度風(fēng)壓時(shí)，壓力會(huì)集中于結(jié)構(gòu)網(wǎng)的縱脊和橫脊上，提升防除冰表面結(jié)構(gòu)的承壓上限，讓防除冰表面結(jié)構(gòu)在高強(qiáng)度風(fēng)壓下保住微納結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，飛行器能夠在極端飛行環(huán)境實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地防除冰效果。

技術(shù)研發(fā)人員：顧興士,李崇磊,熊浩,易賢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28