航空工业的必备措施：机翼防冰喷涂

近年来，严寒、冰冻、暴雪等恶劣气候条件频繁出现，我国低温和冰冻问题尤为突出，南方冻雨，北方严寒，严重影响风力机的性能，对风力机的耐低温和抗冰冻特性提出更高要求。因此，研发开发可耐低温和防结冰风力机具有重要意义。

7.2.2.1　结冰危害

风力机结冰会导致一系列问题，主要有叶片表面结冰问题、内部零部件脆性断裂问题以及塔架等部件低温疲劳问题。

图7-12　H型垂直轴风力机叶片表面结冰

1.叶片表面结冰问题

叶片表面结冰主要危害有改变翼型气动外形、增加翼型表面粗糙度，从而使叶片在设计条件下的气动性能发生改变，导致风能的转化率降低。此外，叶片结冰产生机组附加冰载荷，甩冰容易对人员及建筑物产生损害。图7-12为H型垂直轴风力机叶片表面结冰图。

2.内部零部件脆性断裂问题

风力机内部零部件受低温影响，金属机件承受荷载的能力大大下降，齿轮箱、主轴等零部件容易在低温时因承受较大冲击荷载而产生脆性断裂。

3.塔架等部件低温疲劳问题

风力机承受循环荷载的部件如塔架、叶片以及支撑杆，在温差变化较大且频繁的高寒地区，温度变化引起应力循环变化，存在低温疲劳问题。

7.2.2.2　结冰防护措施

垂直轴风力机结冰防护措施主要有热能防冰、机械除冰、溶液防冰、涂层防冰和气爆式除冰。(www.xing528.com)

1.热能防冰

热能防冰是利用各种热能加热方法，使叶片表面温度超过0℃以达到防冰和除冰的目的。热能防冰措施主要有：

（1）微波除冰。微波除冰的原理是将微波能导到防冰层表面，利用微波能对冰层加热，使叶片表面冰层的结合力大大降低，再利用风轮的离心力和气动力将冰块除去。

（2）电热防冰。在风力机叶片制造时预埋由加热元件、转换器、过热保护装置和电源组成的电热防冰系统。

2.机械除冰

机械除冰即采用机械方法把冰击碎，然后靠气流吹除，或者利用离心力、振动将碎冰除去。目前使用最多的是利用人工碎冰。机械除冰属于被动型防冰。

3.溶液防冰

溶液防冰的基本思路是利用防冰液（例如乙醇、异丙醇、乙烯乙二醇等）与叶片表面的积液混合，此时混合液的冰点大大降低，使水不易在叶片表面上结冰。在航空工业中，遇到寒冰天气时，飞机飞行前都需要在机翼外部喷洒防冰液。溶液防冰属于被动型防护。它有效作用时间短，溶液用量大，且严重结冰情况下除冰效果差。

4.涂层防冰

涂层防冰是一种较为理想的防冰措施，属于主动防护。它的基本原理是利用特种涂料的物理或化学作用，使冰融化或者降低冰与物体表面的黏聚力，从而将冰从叶片表面除去。目前防冰涂料类型有丙烯酸类、聚四氟乙烯类和有机硅类等。

5.气爆式除冰

气爆式除冰是在叶片的外边层粘贴一种柔性条状气囊，常态下气囊收缩并呈平整状态；当冰层附着一定厚度后，迅速充入大量的气体，让气囊膨胀，使冰层爆裂，达到除冰的目的。该除冰方法最先开始应用于飞机叶片上，其技术成熟，耗能低，无需增加特殊的防雷保护装置，使用寿命长。