無人機(jī)“疏冰蒙皮”/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
一片不起眼的竹葉有什么用？它在西工大空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的何洋副教授團(tuán)隊(duì)來說是寶貝，他們用竹葉仿生學(xué)原理，成功做出了“飛機(jī)貼膜”，有望徹底解決“中小型無人機(jī)防除冰”難題。
小型無人機(jī)覆冰面臨墜機(jī)危險
專家介紹，飛機(jī)防除冰是一件很重要的事，當(dāng)飛機(jī)經(jīng)過高寒環(huán)境，冷水滴或降水中的過冷雨碰到飛機(jī)機(jī)體，或水汽直接在機(jī)體表面凝華，都會形成積冰。
飛機(jī)一旦積冰，輕則影響氣動外形、電子傳感等，重則有可能造成事故甚至墜毀。
大型飛機(jī)可采取3種方式防除冰：用熱空氣或電加熱系統(tǒng)使機(jī)體不積冰；在機(jī)體噴射防凍液等阻止積冰；在機(jī)體設(shè)置防冰橡皮囊，間歇性壓縮空氣讓橡皮囊收縮，使上面的冰層破碎脫落，物理除冰。
而對于中小型無人機(jī)來說，沒有渦輪式發(fā)動機(jī)可提供除冰的氣熱，機(jī)械除冰又會改變機(jī)身外形、負(fù)重，所以防除冰成為了一個難題，只能采用能耗低、負(fù)載小的防除冰手段。
被“秦嶺箭竹”啟發(fā) 仿生研究出無人機(jī)“疏冰蒙皮”
面對這樣的難題，何洋老師決定另辟蹊徑，從結(jié)冰原理開始研究，從“機(jī)身表面”做文章，起初想到了荷葉的表面結(jié)構(gòu)確實(shí)不易積冰，但荷葉只在夏天存在，沒有經(jīng)過冬天冰雪環(huán)境的檢驗(yàn)。幾年前的冬天，課題組的一位同學(xué)在秦嶺鹿角梁的一次攀登中，從皚皚白雪里，忽然看到蔥綠的竹葉，白雪中細(xì)葉上竟沒有一點(diǎn)冰雪在上面，他們?nèi)绔@至寶。
于是，何洋老師帶領(lǐng)同學(xué)們緊鑼密鼓地開始了對秦嶺箭竹葉的研究。走訪了多位生物學(xué)專家，得知這種矮小的細(xì)竹叫“秦嶺箭竹”，是秦嶺特產(chǎn)，大熊貓的主食。何洋老師帶領(lǐng)學(xué)生用電子顯微鏡仔細(xì)研究竹葉的結(jié)構(gòu)，搞清了竹葉獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)正是它不易結(jié)冰的原因，并從微觀層面仿生竹葉結(jié)構(gòu)，制作出一種“蒙皮”，貼在中小型無人機(jī)易結(jié)冰部位，達(dá)到防除冰效果。
通過觀察箭竹葉，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，它特殊的表面竟是由4層完全不同的結(jié)構(gòu)重疊而成的，這種多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)在以往的仿生微納制造工藝上是從未遇到過的，經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，無數(shù)次的失敗，課題組終于采用仿生微納技術(shù)將秦嶺箭竹葉的表皮完美復(fù)制，做出了“疏冰蒙皮”，實(shí)現(xiàn)了可以在高寒環(huán)境中抵御積冰的表面微觀結(jié)構(gòu)。
多輪試驗(yàn)后，中國空氣動力研究與發(fā)展中心冰風(fēng)洞測試報(bào)告認(rèn)為：與目前公開報(bào)道的國際上同類研究相比，超過國際先進(jìn)水平。我們通過仿生微納技術(shù)制作了‘疏冰蒙皮’，在中小型無人機(jī)防除冰方面通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但離‘蒙皮’的實(shí)際運(yùn)用，還有很長的路要走，一定能把秦嶺箭竹葉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無人機(jī)防除冰實(shí)際運(yùn)用。
?