01 嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
在航空安全領(lǐng)域，低溫環(huán)境下的結(jié)冰問題一直是個(gè)隱形殺手。飛機(jī)螺旋槳前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等關(guān)鍵部件一旦結(jié)冰，會(huì)嚴(yán)重改變氣動(dòng)外形，影響飛行性能，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性后果。
傳統(tǒng)防冰方法主要依賴外部能源加熱或機(jī)械振動(dòng)除冰，不僅消耗大量能源，還存在系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)，且往往覆蓋不完整，形成“盲區(qū)”。
面對(duì)這一難題，中國民用航空飛行學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)全新的解決方案——開發(fā)一種不依賴外部能源的被動(dòng)式防冰技術(shù)。
理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)卻很骨感。毫米級(jí)水滴在螺旋槳前緣表面結(jié)冰的過程極其短暫，相變放熱僅在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成，且溫度變化幅度微小。
要精確捕捉水滴結(jié)冰瞬間的動(dòng)態(tài)溫度場分布，測溫設(shè)備必須同時(shí)具備超高的空間分辨率、時(shí)間分辨率和測溫精度?！捌胀t外相機(jī)像素不足、幀率不夠，無法捕捉細(xì)微的溫度波動(dòng)；而國外制冷型設(shè)備動(dòng)輒數(shù)百萬元，過于高昂。”
02 材料突破
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用激光誘導(dǎo)硅橡膠表面陶瓷化技術(shù)，成功制備出無涂層超疏水防冰表面。
這一技術(shù)不僅攻克了傳統(tǒng)含氟涂層毒性強(qiáng)、易剝落的行業(yè)難題，更實(shí)現(xiàn)了在無源條件下長效防冰。
03 關(guān)鍵設(shè)備
材料性能如此卓越，但如何科學(xué)驗(yàn)證其防冰機(jī)理？這就引出了本次研究的幕后英雄——格物優(yōu)信X640H150UM25高速顯微紅外熱像儀。
這款國產(chǎn)設(shè)備完美解決了研究中遇到的三大觀測難題：顯微級(jí)空間分辨率（640×512像素高精度陣列，能精準(zhǔn)解析0.1mm2液滴溫度分布）；毫秒級(jí)熱響應(yīng)速度（4ms超快熱響應(yīng)時(shí)間，常規(guī)熱像儀為12ms，結(jié)合75Hz高幀頻完整記錄相變放熱過程）；以及非接觸全視場監(jiān)測（25μm顯微鏡頭實(shí)現(xiàn)微距無擾動(dòng)觀測）。
研究人員表示：“該設(shè)備幀率高，像素清晰，對(duì)于微小物體溫度變化觀測極具優(yōu)勢(shì)?！边@些精準(zhǔn)的溫度場數(shù)據(jù)對(duì)于“驗(yàn)證水滴結(jié)冰模型、校核仿真數(shù)據(jù)誤差起到了關(guān)鍵作用”。
04 科研賦能
格物優(yōu)信X640H150UM25的引入不僅解決了技術(shù)難題，更為整個(gè)研究過程注入了效率因子。
相較進(jìn)口制冷型設(shè)備，這款國產(chǎn)熱像儀幫助團(tuán)隊(duì)節(jié)省了2/3的成本，并使實(shí)驗(yàn)進(jìn)度提前了約一個(gè)月，大幅減少了重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)。
熱像儀獲取的精確數(shù)據(jù)幫助研究團(tuán)隊(duì)校核了仿真誤差，誤差超過15%，為建立陶瓷化防冰熱力學(xué)模型提供了關(guān)鍵支撐。
更值得一提的是，這項(xiàng)研究成功打破了歐美企業(yè)對(duì)高速熱成像領(lǐng)域的壟斷格局，論文中關(guān)鍵熱力圖完全由X640H150UM25顯微熱像儀獲取。
這一成果不僅體現(xiàn)了儀器本身的技術(shù)價(jià)值，更象征著中國高端科研儀器在國際舞臺(tái)上的重要突破。
05 產(chǎn)業(yè)未來
這項(xiàng)研究的成功為航空防冰領(lǐng)域開辟了全新路徑，也展示了產(chǎn)學(xué)研深度融合的無限潛力。此次合作的研究團(tuán)隊(duì)已提出下一代設(shè)備需求，表示非常期待格物優(yōu)信近期新推出的2000幀高速紅外熱像儀，計(jì)劃用于后續(xù)超聲速冰晶等更前沿課題的研究。
“該設(shè)備在微尺度瞬態(tài)熱成像領(lǐng)域已達(dá)到很優(yōu)秀的水平，”論文通訊作者強(qiáng)調(diào)，“其開放式的軟件架構(gòu)支持MATLAB直接調(diào)用原始熱數(shù)據(jù)，顯著提升了科研效率?！?/p>
從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用，無涂層超耐久航空螺旋槳防冰表面的技術(shù)前景廣闊。這項(xiàng)技術(shù)不僅可用于飛機(jī)螺旋槳，也可推廣至風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、電力傳輸線等眾多需要防冰的工業(yè)領(lǐng)域。
隨著研究的深入和技術(shù)的成熟，被動(dòng)式防冰技術(shù)有望逐步替代傳統(tǒng)的主動(dòng)除冰系統(tǒng)，為航空安全和能源效率帶來雙重提升。
格物優(yōu)信推出的新一代2000Hz高速中波制冷紅外熱像儀正在改變更多科研團(tuán)隊(duì)的研究方式。
這些精密儀器已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)從液滴在低溫下的凝結(jié)、相變到冰晶形成的每一個(gè)熱動(dòng)態(tài)過程的實(shí)時(shí)可視化，而價(jià)格卻遠(yuǎn)低于同類進(jìn)口設(shè)備，這預(yù)示著中國將在更多尖端科研領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自主。
