基本信息
- 项目名称：
- 新型自发热防冻除冰涂层
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明主要提供一种复型功能涂层，以解决飞机飞行过程中的冰雪预防以及自身的及时有效处理已结的冰层，使飞机在飞行过程中突遇冷水造成结冰的情况不必迫降，有效提高航空领域的飞行能力，同时材料无毒无害，节能，达到节能省时环保方便的目的。
- 详细介绍：
- 1.发明目的 随着社会的发展，交通工具也在不断进步，飞机越来越成为人们生活的不可或缺的交通工具。但是飞机在高空飞行时，机翼或其它重要部位不可避免会遭遇冰雪问题，本发明主要提供一种复型功能涂层，以解决飞机飞行过程中的冰雪预防以及自身的及时有效处理已结的冰层，使飞机在飞行过程中突遇冷水造成结冰的情况不必迫降，有效提高航空领域的飞行能力，同时材料无毒无害，节能，达到节能省时环保方便的目的。 2.基本思路 本发明通过将材料混合制成薄膜，涂于机身表面，通过薄膜的作用，减少冰雪及雨水在机身表面的附着，预防结冰，延缓结冰时间。涂层中有以碳纤维为主体的通电发热层，在发热层上方有电气石涂层，电气石涂层可在一定的激发能下在一段时间内持续高效释放远红外线，除去已结冰层。所以当雨雪量比较大时，在表面会有残留水（温度低时可能会形成冰），可以通过发热层发热将其处理完全。 3.创新点 （1）与传统方法相比，本发明采用能够自发热的原料即电气石，电气石具有显著的压电性和热电性，当外界的温度和压力有微弱变化时，其内部分子运动增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，分子向低能级跃进时向外辐射大量远红外线，提供热量，提高飞机机翼表面的温度，以达到防结冰的目的。 （2）涂层使用新型碳纤维提供热量并激发电气石使其在一段时间内持续辐射大量远红外线。 （3）目前飞机多采用热的防冻液来防止结冰，效率低，对飞机自重影响大。而该发明采用涂层的形式，质量小，成本低，减少了飞机的自重，节省燃油，延长飞机使用寿命，使用方便，可以在飞机成型后再进行涂用。 （4）本发明节能，环保，维护简单，成本低。 4.技术关键 1）涂层间的相互粘结和碳纤维的电路连接；2）电气石的处理，使其更加有效；3）多种功能的物质结合于同一涂层；4）涂层的耐磨性。主要技术指标：1）激发层所用材料提供的能量；2）电气石自发热的表面温度；3）自洁层的表面接触角；4）防冻层与自洁层的结合。 传统的飞机除冰是用飞机的自加热系统（一般是热的防冻剂，机械外力除冰等），此系统效率低，维修困难，使用受多种条件影响，同时增加了飞机的自重和生产过程的繁琐工序。 本发明与传统的飞机除冰技术相比： （1）融合了电气石自发热功能、防冻涂层、自洁疏水涂层等多种物化性能良好的材料，利用它们的优良性质，将疏水、自洁、自发热、防冻材料合理的应用在一起，综合利用了各种材料的优良性能，防冻除冰更加高效。 （2）本发明采用能够自发热的原料电气石，电气石具有显著的压电性和热电性，当外界的温度和压力有微弱变化时，其内部分子运动增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，分子向低能级跃进时向外辐射大量远红外线，提供热量，提高飞机机翼表面的温度，以达到防结冰的目的。 （3）目前飞机多采用热的防冻液来防止结冰，效率低，对飞机自重影响大。而该发明采用涂层的形式，质量小，成本低，减少了飞机的自重，节省燃油，延长飞机使用寿命，使用方便，可以在飞机成型后再进行涂用。 （4）本发明效率更高，可循环使用，涂层绿色环保，节约能源，维护简单。 （5）可以在多种条件下使用，受天气等原因影响较小，最重要的是可以随时使用、效率高。 本发明设计原理示意图 参考文献 [1] 张玲洁等.《热处理对电气石远红外比辐射率的影响》.陶瓷学报,2009,30(3) ,286-289； [2] 廖忠礼,莫宣学等.《藏南过铝花岗岩中电气石的矿物化学特征及成因意义》.现代地质，2007,21(2), 291-295. [3]屈倩倩. 河南卢氏锂电气石及红外辐射性能研究，中国优秀硕士论文，中国地质大学（北京）, 2010; [4] 吴稼祺等.《尖晶石/电气石复合红外辐射材料制备与研究》.武汉理工大学学报，2009,31(4),22-24: [5]董发勤、何登良.《电气石的环境功能属性及应用》.中国科技论文在线. [6]冀志江.电气石自极化及应用基础研究, 中国博士学位论文.中国建筑材料科学研究院, 2003.
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.目的 飞机在高空飞行时，机翼或其它重要部位不可避免会遭遇冰雪问题，本发明是一种复型功能涂层，解决飞机飞行过程中的冰雪处理，使飞机在飞行过程中突遇冷水造成结冰的情况不必迫降，有效提高续航时间 2.基本思路 将材料混合制成薄膜，涂于机身表面，减少冰雪及雨水在机身表面的附着，预防结冰。涂层中有以碳纤维为主体的通电发热层，在发热层上方有电气石涂层，电气石涂层可在一定的激发能下在一段时间内持续高效释放远红外线，除去已结冰层。 3.创新点 （1）本发明采用能够自发热的电气石，电气石具有显著的压电性和热电性，当外界的温度和压力有微弱变化时，其内部分子运动增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，分子向低能级跃进时向外辐射大量远红外线，提供热量，提高飞机机翼表面的温度，以达到防结冰的目的。 （2）涂层使用新型碳纤维提供热量并激发电气石使其在一段时间内持续辐射大量远红外线。 （3）该发明采用涂层的形式，质量小，成本低，减少了飞机的自重，节省燃油，延长飞机使用寿命，使用方便，可以在飞机成型后再进行涂用。 （4）本发明节能，环保，成本低。 4.技术关键 1）涂层间的相互粘结和碳纤维的电路连接；2）电气石的处理，使其更加有效；3）多种功能的物质结合于同一涂层；4）涂层的耐磨性。主要技术指标：1）激发层所用材料提供的能量；2）电气石自发热的表面温度；3）自洁层的表面接触角；4）防冻层与自洁层的结合。
科学性、先进性
- 本发明与传统的飞机除冰技术相比： （1）融合了电气石自发热功能、防冻涂层、自洁疏水涂层等多种物化性能良好的材料，利用它们的优良性质，将疏水、自洁、自发热、防冻材料合理的应用在一起，综合利用了各种材料的优良性能，防冻除冰更加高效。 （2）本发明采用能够自发热的原料电气石，电气石具有显著的压电性和热电性，当外界的温度和压力有微弱变化时，其内部分子运动增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，分子向低能级跃进时向外辐射大量远红外线，提供热量，提高飞机机翼表面的温度，以达到防结冰的目的。 （3）目前飞机多采用热的防冻液来防止结冰，效率低，对飞机自重影响大。而该发明采用涂层的形式，质量小，成本低，减少了飞机的自重，节省燃油，延长飞机使用寿命，使用方便，可以在飞机成型后再进行涂用。 （4）本发明效率更高，可循环使用，涂层绿色环保，节约能源，维护简单。 （5）可以在多种条件下使用，受天气等原因影响较小，最重要的是可以随时使用、效率高。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂时无转让
作品可展示的形式
- 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 近几年，我国开始了大飞机计划，我国的航空工业有了质的跃进，乘客乘坐飞机出行比率逐年快速增加，因此就更加有必要提高飞机安全性能，国内和国际市场有着很大的发展空间。而且此涂层使用范围广，例如，飞机机翼和在飞机的防冻除冰方面一直没有效果良好的解决方法，因此市场上一些关键部位，在易结冰条件下工作的设备，也可以用在一些寒冷地区的建筑上，同时此涂层，每一层可以独立使用，即在不同的条件下，可以按需要有选择性的使用不同的功能涂层。
同类课题研究水平概述
- 过去检查机翼是否结冰，一般采用触摸的方法检查，但是，这种检查方法比较麻烦。现在，FAA已同意用目视检查的方法代替触摸检查方法。这种方法有时在灯光条件差的夜间，也存在许多困难。目前美国联邦航空局采取了许多积极措施，诸如使用结冰探测器、黑条试验、机翼冰污染时起飞抬头技术等等。并批准用于ATR运输机的新的除冰装置，计划用这种装置调研其他涡轮螺桨支线飞机的结冰特性，新的除冰装置能覆盖机翼12.5%平均空气动力弦，是以前除冰面积的两倍，试验表明，新除冰装置能有效地防止副翼前部狭长隆起带结冰。 机结冰是造成飞机飞行事故的重要原因之一。事实证明只是依靠飞机机载防\除冰系统不能完全解决飞机结冰带来的飞行安全隐患,其根本原因是防\除冰系统并不能百分之百地防止飞机结冰或者消除已经结的冰,导致飞机会出现带冰飞行的情况。 目前，一些传统的有效的消冰方法至今仍在使用，像充气靴，电热冰防护和引入喷气发动机热气的热除冰等。 在早期的对冷冻点抑制的冰防护系统设计中，曾经研究过向表面渗透一种防冻液体，像与水混合的乙二醇等的方法。但这种方法的明显的局限性是飞机上液体的供应量限制了防冰时间的延长。 在飞机的预防冰冻及高效除冰方便，一直没有能从根本上解决，所以研发一种新的除冰方法是很有必要的。 经查阅资料获悉，国内或者有些国家对飞机结冰的处理只是停留在简单的机械手法上；还有用大型电暖扇供热与风干结合的方法，但是这种方法工作量大，高耗能而且效率低经常延误航班。 再者，有专业人士运用了较先进的电子感应系统，提高了结冰的预警性能，但是仅仅停留在预警上，没有给出如何去解决尤其是及时快速解决问题的方法。
