项目简介

我国飞机、高铁等现代航行器发展迅猛，防冰避难、减阻增效需求迫切。飞机结冰导致空难占比高达35%，恶劣环境的飞机防冰技术是国际难题，也是我国新机研制的瓶颈；大型航行器摩阻占总阻力的40%-80%，一架客机减阻1%每年可节省燃油40万升，一列高铁减阻1%每年可节省用电28万度，经济潜力巨大。仿生微纳结构是微纳设计领域前沿，为创新蒙皮技术，满足防冰减阻迫切需求提供了崭新途径。但其面临仿生与表面工程多学科交叉、跨尺度微纳功能结构设计等技术挑战。项目历经10余年，取得多项原创性成果，形成以下主要创新点： 1、设计出仿秦岭箭竹叶疏冰微纳结构。发现了秦岭箭竹叶独特的疏冰特征，建立起多尺度过冷水滴冲击的“疏冰-防冰”模型，突破了以往仿荷叶超疏水表面的“疏水-防冰”模式；设计的微纳结构冰粘附强度较之光滑表面降低了80%，实现“从形似到神似”的突破；提出微纳结构分层组装制造方法，攻克多层异构结构的制造难题；中国空气动力研究与发展中心冰风洞测试报告表明，能耗降低51%，超过国际先进水平；在国际上首次完成无人机防冰功能飞行试验。 2、设计出仿库姆塔格沙漠气动减阻微纳结构。揭示了库姆塔格沙漠独特的舌形分形气动减阻特征，建立了微纳结构多尺度减阻解耦模型，突破了传统小肋结构风向鲁棒性差的局限；提出了混合掩膜三重光刻工艺，解决了多层复合微纳结构精确制造难题；研发出国际上首台套流体壁面剪应力测试仪及微纳结构减阻测试风洞，壁面剪应力分辨力达0.1Pa，风洞剪切力分辨力达1e-6N，优于国际报道最高水平；设计的微纳结构实现了高达16.7%的气动减阻率，并具有60°的风向摄动偏角，将国际报道的小肋气动减阻极限提升了52%。 自主研制的疏冰蒙皮列装我国察打一体化大型无人机“彩虹4”等104架，满足了西藏边防高寒环境安全飞行的急需；减阻蒙皮大幅提升了高速列车CR450、翼身融合民机BWB300的减阻率，为飞机、高铁等提供了全新减阻手段。此外，相应的剪应力传感器还广泛用于“大飞机”、舰载机、航空发动机等摩阻测量。 项目已获授权国家技术发明专利51项，在国际权威专业期刊发表高水平论文80余篇，获省部级技术发明一等奖3项。项目近3年创产值超20亿元，社会和经济效益潜力巨大。