秦嶺箭竹。(截自微信公眾號)
秦嶺箭竹。(截自微信公眾號)

一片不起眼的箭竹葉,在大陸西北工業大學空天微奈系統教育部重點實驗室的何洋副教授團隊眼裡,卻是無價之寶,他們利用竹葉仿生原理,成功做出無人機「疏冰蒙皮」,這種新型「飛機貼膜」,渴望能徹底解決「中小型無人機防除冰」的難題。

飛機防除冰是一件很重要的事,當飛機經過高寒環境,冷水滴或降水中的過冷雨碰到飛機機體,或水氣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導致墜毀。

秦嶺箭竹 雪中仍未結冰

目前,大型飛機主要採用3種方式防除冰,但對中小型的無人機來說,它沒有渦輪式發動機可提供除冰的氣熱,機械除冰又會改變機身外形、負重,所以防除冰成為一個難題,只能採用低耗能、負載小的防除冰手段,這時「仿生學」給了何洋團隊啟示,也許有的植物在冰雪自然環境中不容易結冰。

何洋團隊在陝西秦嶺鹿角梁的一次攀登中,一名成員從白雪裡看到一抹綠,那是一株不起眼的細竹長在路邊,細葉上竟沒有一點冰雪。同學興奮的採下竹葉小心帶回學校,向多位元生物學專家請教後,得知此為秦嶺箭竹。

經研究,他們確定竹葉獨特的表面結構,正是它不易結冰的原因,團隊決定從微觀層面仿生竹葉結構,製作出一種「蒙皮」,貼在中小型無人機易結冰部位,達到防除冰效果。

4層結構重疊 難上加難

箭竹葉結構極其複雜,其表面由4層完全不同的結構重疊而成,這種多層複雜結構在以往的仿生微奈製造工藝上從未遇到,這對專案形成極大挑戰。

經多次討論,團隊提出「分層組裝」的製造方法,即分別製造每一層結構,再精細化地把4層結構無縫搭建在一起。然而,單層結構的製造都十分困難,4層拼接,無論對工藝還是對接準確性都是極高的要求,可是難上加難。

經過無數次實驗與失敗,團隊終於採用仿生微奈技術將秦嶺箭竹葉的表皮完美複製,做出了「疏冰蒙皮」,實現可以在高寒環境中抵禦積冰的表面微觀結構。

#飛機 #無人機