CN113086161A - 一种仿生疏水防冰机翼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生疏水防冰机翼，包括碳纤维骨架、碳纤维布蒙皮、超疏水涂层，所述碳纤维骨架外层包裹的碳纤维布蒙皮，所述机翼蒙皮表面喷涂的超疏水涂层，所述超疏水涂层在机翼不同位置分别存在不同的表面微观结构。本发明通过机翼骨架、机翼蒙皮以及表面超疏水涂层的共同作用，具备强度高、重量小、疏水防冰性能优异的优点，解决了机翼在雨雪天气环境下工作时，表面雨水难以迅速滑落，出现机翼结冰现象，进而影响飞机正常工作，同时，长时间的雨水残留，导致机翼金属表面出现氧化腐蚀的现象，影响使用寿命的问题。
Description
技术领域
本发明涉及仿生技术领域，具体为一种仿生疏水防冰机翼。
背景技术
在航空技术日益发展的今天，飞机的机翼结冰问题已经成为了阻碍飞机发展的重要问题。机翼结冰后，机翼上下表面结构出现变化，影响气流流动，进而使飞机飞行的平稳性受到影响。传统的机翼除冰手段，常见的有电加热除冰以及飞行前喷涂防冻剂，但都属于结冰后的解决手段且无论是在能耗还是环境保护方面都已不能满足实际需要，于是发展有效的新型防冰技术是学术界关注的一大研究热点。其中，超疏水表面具有优异的防冰性能，收到广泛关注。
超疏水材料,通常定义为表面极难被水沾湿，水滴的静态接触角>150°，滚动角<10°的特殊材料，其一般具有微米尺度、纳米尺度或者微/纳复合尺度的结构。超疏水表面，顾名思义，就是在物体表面利用超疏水材料构造一层疏水层，可以有效减少冰霜在表面的形成。在机翼表面制作超疏水表面，可以让水滴及时滑落，从根本上解决高空中机翼的结冰问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生疏水防冰机翼，以增大水滴在机翼表面的接触角,减少水分残留，具有耐磨、可自清洁的特点，同时减轻机翼重量,保证了飞机飞行的平稳性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种仿生疏水防冰机翼，包括碳纤维骨架、碳纤维布蒙皮、超疏水涂层，所述碳纤维骨架外层包裹的碳纤维布蒙皮，所述机翼蒙皮表面喷涂的超疏水涂层，所述超疏水涂层在机翼的前翼面、过渡翼面、后翼面表面分别形成不同的表面微观结构。
优选的，碳纤维骨架使用碳纤维板采用线切割处理制作，所述结构为仿生鸟类翅膀机构，表面弧度可以有助于水滴迅速滑落。
优选的，碳纤维布蒙皮使用树脂固化，确保能贴合碳纤维骨架，碳纤维布蒙皮可以承受两个方向的受力，以满足机翼强度需求。
优选的，超疏水涂层通过模板法制备，根据所用模板的不同，在机翼的前翼面、过渡翼面、后翼面表面分别形成不同的表面微观结构，所述表面微观结构为仿生天鹅羽毛微观结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明提供了一种仿生疏水防冰机翼，其表面涂层具备良好的疏水防冰性能，具有耐磨、可自清洁的特点。同时，碳纤维骨架结构也能引导表面水滴滑落。碳纤维布蒙皮经过树脂固化，能在保证强度的前提下，减少机翼重量，提高飞机飞行的稳定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1碳纤维骨架、2碳纤维布蒙皮、3超疏水涂层。
图2为机翼表面区域划分示意图。
图中：4前翼面、5过渡翼面、6后翼面。
图3为碳纤维骨架（1）结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种仿生疏水防冰机翼，具备良好的疏水防冰性能，具有耐磨、可自清洁的特点，同时可以减轻机翼重量，提高了飞机飞行稳定型，请参阅图1，包括碳纤维骨架1、碳纤维布蒙皮2、超疏水涂层3。
请再次参阅图1，碳纤维骨架1外层包裹碳纤维布蒙皮2，碳纤维布蒙皮2表面喷涂的超疏水涂层3。
请再次参阅图1，碳纤维骨架使用碳纤维板采用线切割处理制作，所述结构为仿生鸟类翅膀机构。
请再次参阅图1，碳纤维布蒙皮2使用树脂浸润后，贴合碳纤维骨架1外型进行固化，固化后可与碳纤维骨架1紧密贴合。
请重新参阅图1，超疏水涂层3使用模板法制备，模板使用天鹅的羽毛，羽毛可分为体表的正羽、翅膀后端的飞羽，分别作为模板应用于机翼表面不同区域。
请重新参阅图1，超疏水涂层3使用纳米二氧化硅-环氧树脂复合溶液制备，具体比例为环氧树脂：纳米二氧化硅=200：3，可使用乙醇作为中间溶剂。
请参阅图2，机翼表面分为前翼面4、过渡翼面5、后翼面6，前翼面4与过渡翼面5使用天鹅的正羽作为模板制作超疏水表面，后翼面6使用天鹅飞羽作为模板制作超疏水表面
在具体的使用过程中，水滴主要集中出现于前翼面4与过渡翼面5表面，前翼面4与过渡翼面5的超疏水表面可以让水滴表面接触角达到150°以上，水滴不会停留于前翼面4与过渡翼面5，而向后翼面6移动，后翼面6的超疏水表面可以让水滴快速从机翼边缘滑落。碳纤维骨架1对仿生天鹅翅膀结构，上表面弧度有利于水滴向机翼边缘移动，在机翼边缘滑落。
本发明在使用的过程中，固化后的碳纤维布蒙皮2可以承受机翼迎风面到背风面方向以及机翼远离机身到靠近机身方向的受力，碳纤维骨架1可以承受上下表面压差导致的竖直压力，保证机翼骨架的整体结构强度。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (6)
1.一种仿生疏水防冰机翼，其特征在于：包括碳纤维骨架（1）、碳纤维布蒙皮（2）和超疏水涂层（3），所述碳纤维骨架（1）外层包裹碳纤维布蒙皮（2），碳纤维布蒙皮（2）表面喷涂超疏水涂层（3），碳纤维布蒙皮（2）在碳纤维骨架（1）前端组成前翼面（4），碳纤维布蒙皮（2）在碳纤维骨架（1）中部组成过渡翼面（5），碳纤维布蒙皮（2）在碳纤维骨架（1）后端组成后翼面（6），所述碳纤维骨架（1）使用碳纤维板采用线切割处理制作。
2.根据权利要求1所述的一种仿生疏水防冰机翼，其特征在于：所述碳纤维骨架（1）为仿生鸟类翅膀机构。
3.根据权利要求2所述的一种仿生疏水防冰机翼，其特征在于：所述碳纤维布蒙皮（2）使用树脂固化，以贴合碳纤维骨架（1）。
4.根据权利要求3所述的一种仿生疏水防冰机翼，其特征在于：所述超疏水涂层（3）通过模板法制备。
5.根据权利要求4所述的一种仿生疏水防冰机翼，其特征在于：所述机翼的前翼面（4）、过渡翼面（5）、后翼面（6）的表面分别采用不同的模板进行制备，形成不同的表面微观结构。
6.根据权利要求5所述的一种仿生疏水防冰机翼，其特征在于：所述表面微观结构为仿生天鹅羽毛微观结构。
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