一种可持续缓释的超滑防除冰系统、方法及应用

本发明属于防除冰领域，具体涉及一种可持续缓释的超滑防除冰系统、方法及应用。

背景技术：

1、结冰现象在生活中非常常见，但是在航空、航海等领域却会产生极大的安全问题，如机翼高空结冰导致飞机失速发生航空事故，远洋货轮结冰会影响正常航行等。超滑表面是一种通过将润滑流体注入固体材料表面制备出的一种表面覆盖润滑流体的表面，超滑表面借助其表面的润滑流体，将固体材料和水之间的接触转变成了润滑流体和水之间的接触，从而大幅度降低了水在固体表面的黏附现象，使水在结冰前后都更容易从材料表面脱落，而超滑表面的润滑油膜也降低了固体表面和水之间的热导率，进一步可以实现延缓结冰。

2、但是目前超滑表面在防除冰领域中的应用还存在很多工程问题亟须解决，如超滑表面的润滑油膜易流失导致超滑表面失效，超滑表面油膜分布不均导致表面不稳定等。超滑表面制备往往是一次性将润滑流体注入固体材料表面，其注入的润滑流体量有限，而在航行器航行过程中其表面不断产生的水滴会带走超滑表面的润滑流体，如果不及时进行补充则会导致超滑表面润滑流体流失，导致其失效而丧失防冰效果。而超滑表面在航行器表面的大面积涂装会产生润滑流体分布不均匀的现象，导致其防冰效果受到影响。现有技术公开的一种通过将润滑油注入具有亲油性质的超疏水基底表面，制备出了一种接触角为108°，滑动角为7°的超滑表面；该技术并未提及可延长超滑表面油膜寿命的方法，因此无法实现超滑表面油膜寿命的延长。现有技术公开的一种通过在超滑表面基底中加入光热材料，将润滑流体换为热相变材料实现了光热作用下的润滑流体的流固转变，其也并未实际性解决润滑油膜流失问题。现有技术公开的一种通过配置面层涂料和底层涂料制备防覆冰复合涂层，实现了在超滑表面润滑剂消耗完以后其底层涂层恢复超疏水性来进行防冰的作用，该方法也无法解决超滑表面润滑流体流失的问题。

3、因此，针对超滑表面在航行器上应用中存在润滑流体易流失、表面分布均匀性的难题，亟需提出一种解决方法。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种可持续缓释的超滑防除冰系统、方法及应用，该系统能够在航行器航行中持续为超滑表面输出润滑流体，维持表面润滑流体膜，同时能够实现主动振动除冰，极大增强了超滑表面在实际工程应用中的耐久性和防除冰特性。

3、本发明的技术方案是：一种可持续缓释的超滑防除冰系统，包括依次设置于防除冰表面的振动层、隔离层，及向隔离层表面输送隔离介质的自调节补给组件；所述自调节补给组件通过调节温度和压力，实现隔离介质在隔离层表面的持续供应；所述隔离层通过表面的隔离介质将防除冰表面与水隔离，振动层通过振动使得防除冰表面的水/冰脱落。

4、本发明的进一步技术方案是：所述振动层为铺贴于防除冰表面的压电振动层，通过压电振动控制器对压电振动层产生压电效应驱动，进而完成振动输送，以实现除冰。

5、本发明的进一步技术方案是：所述隔离层为铺贴于振动层表面的超滑载体涂层，所述超滑载体涂层由能够溶胀和缓释隔离介质的材料组成，通过超滑载体涂层的溶胀性将隔离介质从超滑载体涂层的内侧扩散至外表面，使得超滑载体涂层表面覆盖一层隔离介质，以实现对防除冰。

6、本发明的进一步技术方案是：所述隔离介质为润滑流体。

7、本发明的进一步技术方案是：所述自调节补给组件包括依次设置于隔离层内侧的多孔材料缓释层、润滑流体腔；

8、所述润滑流体腔为槽型结构，其槽口通过多孔材料缓释层与隔离层连通、并输送润滑流体；其内通过温度传感器和压力传感器检测温度和压力，根据检测信号对腔内润滑流体的温度和压力进行实时调控，以达到润滑流体的持续供应；

9、所述多孔材料缓释层嵌入振动层，与隔离层内侧贴合，其内孔隙做为润滑流体的扩散通道，将润滑流体腔内的润滑流体扩散至隔离层。

10、本发明的进一步技术方案是：所述润滑流体腔的两端分别开有进油口和出油口，所述进油口处设置有进油口输油泵，通过管路与润滑流体储存腔连通；所述出油口处设置有出口溢流阀；通过进油口输油泵和出口溢流阀实现腔内压力的调节。

11、一种可持续缓释的超滑防除冰系统的设计方法，具体步骤如下：

12、基于待防除冰表面的外形尺寸设计并加工润滑流体腔，公式如下：

13、

14、其中，l为润滑流体舱层的长度，d为润滑流体舱层截面的水力直径，a为润滑流体舱层的截面积，λ为壁面摩擦系数，ρ为流体密度，q为流量，dp1和dp2分别为超滑载体涂层和多孔材料缓释层3通过流体带来的压力损失；

15、将温度传感器、加热器、压力传感器安装于润滑流体腔内；所述加热器通过温度控制器控制，进而对润滑流体舱层内的润滑流体温度进行控制；

16、根据润滑流体腔的尺寸加工多孔材料缓释层，多孔材料的孔隙率α应满足关系式：q1＝(2～3)v(μ)αa2，其中，q1为表面润滑流体的流失流量，为多孔材料缓释层中润滑流体的扩散速度，v为通过多孔材料缓释层的润滑流体的体积，t为通过所用时间，a为多孔材料缓释层的面积，α为多孔材料缓释层的孔隙率；a2为多孔材料缓释层与超滑载体涂层的相接面面积；

17、将加工好的多孔材料缓释层安装于润滑流体腔的槽口处；

18、在相邻两个润滑流体腔之间的待防除冰表面铺贴压电振动层；

19、在多孔材料缓释层和压电振动层的表面封装超滑载体涂层，润滑流体在超滑载体涂层中的扩散速度计算公式如下：

20、v(μ,p)＝h1/t+q1/a1

21、其中，μ为润滑流体粘度，p为润滑流体压强，h1为超滑载体涂层表面润滑流体层的厚度，t为扩散时间，q1为表面润滑流体的流失流量，a1为超滑载体涂层的外表面面积。

22、本发明的进一步技术方案是：所述润滑流体腔的内部压力计算公式如下：

23、p＝(2～5)(dp1(μ,h3)+dp2(μ,α,h2)+dp3)

24、其中，dp1(μ,h3)为超滑载体涂层对通过润滑流体带来的压力损失，h3为超滑载体涂层的厚度，dp2(μ,α,h2)为多孔材料缓释层对通过润滑流体带来的压力损失，h2为多孔材料缓释层的厚度，dp3为润滑流体流过管道时的沿程压力损失和局部压力损失之和。

25、一种可持续缓释的超滑防除冰系统的应用，多个所述可持续缓释的超滑防除冰系统安装于船舶壳体表面，各润滑流体腔的进油口输油泵通过管路与润滑流体储存腔连通，所述润滑流体储存腔置于船舶内部；

26、所述船舶采用可持续缓释的超滑防除冰系统防除冰的步骤如下：

27、通过进油口输油泵将润滑流体从润滑流体储存腔抽吸至润滑流体腔；

28、通过压力传感器和温度传感器采集润滑流体腔内的温度和压力，并将温度信号发送至温度控制器，将压力信号发送至压力传感器；

29、由温度控制器控制加热器，对润滑流体腔内润滑流体的温度进行调控；

30、由压力控制器控制出口溢流阀和进油口输油泵，对润滑流体腔内润滑流体的压力进行调控；

31、满足工作压强和工作温度的润滑流体通过多孔材料缓释层缓释到超滑载体涂层表面，对船舶表面进行防冰；

32、当船舶表面出现积冰，通过压电振动控制器控制压电振动层振动，对船舶表面积冰进行去除。

33、一种可持续缓释的超滑防除冰系统的应用，多个所述可持续缓释的超滑防除冰系统安装于飞行器壳体表面，各润滑流体腔的进油口输油泵通过管路与润滑流体储存腔连通，所述润滑流体储存腔置于飞行器内部；

34、所述飞行器采用可持续缓释的超滑防除冰系统防除冰的步骤如下：

35、通过进油口输油泵将润滑流体从润滑流体储存腔抽吸至润滑流体腔；

36、通过压力传感器和温度传感器采集润滑流体腔内的温度和压力，并将温度信号发送至温度控制器，将压力信号发送至压力传感器；

37、由温度控制器控制加热器，对润滑流体腔内润滑流体的温度进行调控；

38、由压力控制器控制出口溢流阀和进油口输油泵，对润滑流体腔内润滑流体的压力进行调控；

39、满足工作压强和工作温度的润滑流体通过多孔材料缓释层缓释到超滑载体涂层表面，对飞行器表面进行防冰；

40、当飞行器表面出现积冰，通过压电振动控制器控制压电振动层振动，对飞行器表面积冰进行去除。

41、有益效果

42、本发明的有益效果在于：

43、1.本发明通过设计一种可持续缓释的超滑防除冰系统，在保持超滑表面优异防除冰性能的同时，可以通过缓释补充润滑流体延长超滑表面使用寿命，提升超滑表面防结冰可靠性；本发明设计巧妙、结构简单可靠性高，可极大程度推进疏冰能力更优秀的超滑表面在航行器表面的工程化应用；

44、2.本发明将压力调节系统加入缓释装置中，能够在超滑载体涂层被动缓释的基础上进行主动调控，可以实现超滑表面润滑流体缓释量的主动调控；

45、3.本发明在实现超滑表面润滑流体可持续可调控补充的同时，设计了可以通过振动除冰的压电振动除冰系统，在超滑表面被动防冰的同时可以实现主动振动除冰。