無人機“疏冰蒙皮”/圖 來源網(wǎng)絡

一片不起眼的竹葉有什么用？它在西工大空天微納系統(tǒng)教育部重點實驗室的何洋副教授團隊來說是寶貝，他們用竹葉仿生學原理，成功做出了“飛機貼膜”，有望徹底解決“中小型無人機防除冰”難題。

小型無人機覆冰面臨墜機危險

專家介紹，飛機防除冰是一件很重要的事，當飛機經(jīng)過高寒環(huán)境，冷水滴或降水中的過冷雨碰到飛機機體，或水汽直接在機體表面凝華，都會形成積冰。

飛機一旦積冰，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。

大型飛機可采取3種方式防除冰：用熱空氣或電加熱系統(tǒng)使機體不積冰；在機體噴射防凍液等阻止積冰；在機體設置防冰橡皮囊，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來說，沒有渦輪式發(fā)動機可提供除冰的氣熱，機械除冰又會改變機身外形、負重，所以防除冰成為了一個難題，只能采用能耗低、負載小的防除冰手段。

被“秦嶺箭竹”啟發(fā) 仿生研究出無人機“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“機身表面”做文章，起初想到了荷葉的表面結(jié)構(gòu)確實不易積冰，但荷葉只在夏天存在，沒有經(jīng)過冬天冰雪環(huán)境的檢驗。幾年前的冬天，課題組的一位同學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，白雪中細葉上竟沒有一點冰雪在上面，他們?nèi)绔@至寶。

于是，何洋老師帶領(lǐng)同學們緊鑼密鼓地開始了對秦嶺箭竹葉的研究。走訪了多位生物學專家，得知這種矮小的細竹叫“秦嶺箭竹”，是秦嶺特產(chǎn)，大熊貓的主食。何洋老師帶領(lǐng)學生用電子顯微鏡仔細研究竹葉的結(jié)構(gòu)，搞清了竹葉獨特的表面結(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”，貼在中小型無人機易結(jié)冰部位，達到防除冰效果。

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)次的實驗，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制，做出了“疏冰蒙皮”，實現(xiàn)了可以在高寒環(huán)境中抵御積冰的表面微觀結(jié)構(gòu)。

多輪試驗后，中國空氣動力研究與發(fā)展中心冰風洞測試報告認為：與目前公開報道的國際上同類研究相比，超過國際先進水平。我們通過仿生微納技術(shù)制作了‘疏冰蒙皮’，在中小型無人機防除冰方面通過了實驗驗證，但離‘蒙皮’的實際運用，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防除冰實際運用。