宏观尺度下耦合超疏水表面的振动除冰方法对飞机结冰的影响研究

针对超疏水表面的优越性能和传统机械振动除冰方法的局限性，本课题采用结冰风洞实验、数值计算和理论分析的研究手段，紧密围绕飞机的防除冰问题，以探索低能耗的除冰方法为出发点，对宏观尺度下超疏水表面对飞机结冰特性、振动方式对除冰特性的影响进行研究，在此基础上将两者耦合起来进行进一步研究，旨在揭示耦合超疏水表面的振动除冰机理和规律，为现行的除冰方法研究和发展新概念除冰技术提供理论基础和技术支撑。

1.利用0.3米×0.2米结冰风洞，从宏观角度对疏水涂层表面的防冰效果进行了实验研究，通过研究不同疏水表面结冰外形的变化，建立了综合考虑结冰外形、结冰速率和结冰强度等参数的防冰效果评估方法，基于九种冰形参数的结冰外形差异评估方法，掌握了结冰气象条件下疏水涂层表面结冰特性和防冰规律，初步揭示了添加纳米粒子的疏水涂层防冰机理。研究表明，在高分子涂层中添加纳米粒子，可以在涂层表面构筑微-纳结构，从而达到防冰作用。.2.基于结冰风洞实验方法，研制了适合低温高湿环境的五分量外式微量天平及其静校装置，建立了结冰对气动特性影响研究的实验装置和相关实验技术，对圆柱模型的结冰过程进行了气动参数研究，对涉及的相似准则进行了分析，获得了模型结冰过程的气动参数随时间的变化规律。基于表面涂覆疏水涂层的实验模型，发展了实验装置和技术，获得了模型结冰过程的气动参数，初步揭示了影响有/无疏水涂层的模型气动特性差异的机理。.3.采用瞬态动力学分析方法建立了二维平板振动除冰模型，通过有限元计算获得了振动频率、幅度对冰层破裂和除冰特性的影响。研制了结冰风洞的振动除冰实验模型，通过振动模态计算，获得了模型的五阶振型和固有频率。建立了振动发生装置、测量装置和实验技术，通过结冰风洞振动除冰实验，验证了二维平板振动除冰计算模型。针对涂覆疏水涂层的实验模型，获得了不同振动幅度、频率等对冰层破裂和除冰特性的影响规律，掌握了有/无疏水涂层的模型表面振动除冰特性的差异，初步揭示了振动作用下的除冰机理。.项目实施过程中，在国内外期刊和国际会议发表(含录用)论文9篇，其中在国际期刊发表论文2篇，在国际会议发表(含录用)论文3篇。申请国家发明和实用新型专利各1项。培养硕士、博士研究生各1名。邀请德国布伦瑞克工业大学Stefan教授来华讲学1次，赴意大利结冰风洞合作交流1次。