【摘 要】
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在飞行过程中,由于经过过冷云层区域,所以在飞机表面会出现结冰现象,给飞机的正常飞行带来极大的影响。目前应用在飞机上的防/除冰方式主要有气热除冰、电热除冰以及机械振动除冰。但是这些方法不仅增加了飞机自身的重量,它还使飞机设计复杂化,并增加了制造成本,导致飞机无法满足现代新飞机的轻量级和高效燃油需求。本论文在材料表面功能改性技术的基础上,依据飞机在飞行过程中的结冰情况,得出设计防/除冰面需要的三个条件
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在飞行过程中,由于经过过冷云层区域,所以在飞机表面会出现结冰现象,给飞机的正常飞行带来极大的影响。目前应用在飞机上的防/除冰方式主要有气热除冰、电热除冰以及机械振动除冰。但是这些方法不仅增加了飞机自身的重量,它还使飞机设计复杂化,并增加了制造成本,导致飞机无法满足现代新飞机的轻量级和高效燃油需求。本论文在材料表面功能改性技术的基础上,依据飞机在飞行过程中的结冰情况,得出设计防/除冰面需要的三个条件:（1）表面具有较高疏水性能;（2）表面结冰延迟性能较好;（3）具有较低的冰层粘附力。根据以上三个条件,本次研究选用航空专用2A12硬质铝合金材料,在其表面构建出不同微观结构,从而产生不同的润湿界面,从而延缓其表面液滴凝固过程,并降低冰层在其表面的附着力。本文主要结论有以下五点:（1）在2A12铝合金基体材料表面分别进行喷丸处理、水热处理、喷丸结合水热处理以及酸刻蚀处理构建出不同的表面微观结构,再经过FAS-17氟化修饰处理,表面润湿角都得到提升,其中经过丸粒直径为0.2mm和压强为0.4MPa的喷丸工艺与95℃条件下水热处理5min的结合构建的微观结构表面润湿角最大可达152.81°,相较于基体润湿角提高40°。（2）将试样从室温状态放入-5℃环境下,观察液滴在试样表面的结冰时间（结冰起始时间为样品放入密闭空间到液滴完全结冰瞬间）。发现在同样条件下丸粒直径为0.2mm和压强为0.4MPa的喷丸工艺与95℃条件下水热处理5min的水热法结合构建的微观结构表面的结冰时间最长94min,而基体仅仅需要3min,结果表明,增大润湿角可有效延缓凝固时间。（3）试样保持0℃一段时间后,将温度极速降至-15℃,经观测可知,基体在该条件下的冰层生长速率为10μm/s,喷丸+水热处理后表面结冰时（微纳米结构）,冰层的上升速率为3.5μm/s,在变温条件下,微纳结构表面的冰层上升速率最小。（4）在-15℃度环境中,给不同处理工艺后的微观表面冻结一个冰柱（4h）,测得未做处理的基体表面冰粘附力为41.1N,但表面润湿角最大（152.81°）的表面冰层粘附力仅为13.1N,结果表明,表面冰层的粘附力随润湿角的增大而减小;（5）根据吉布斯自由能相关理论建立了数学模型,计算结果表明,随润湿角的增大,结冰过程中的临界形核功增大,稳态形核率以及形核率相应的减少,同时凝固界面运动速率也会变慢。
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