实验背景

航天飞行器在高海报或低温环境中飞行时，表面容易结冰。冰层积累会增加飞行器重量和阻力，破坏其空气动力学性能，甚至可能造成飞行事故。因此，研究航天材料表面的除冰现象对于保障飞行器安全运行具有重要意义。

高速摄像机，作为一种先进的观测工具，能够以高帧率捕捉喷嘴水流扩散和融冰过程中的瞬态现象，从而助力工程师们优化喷嘴设计和除冰方案。

南京诺亿中工程师们采用埃视通高速摄像机开展了喷嘴角度扩散观测实验。

实验设备

埃视通高速摄像机15 000fps @1280×1024，最小曝光时间可达100ns。

喷嘴系统，可产生不同压强的水流，可精确控制喷嘴的供液压力和流量。

模拟环境装置，用于模拟高空飞行时的严苛气候条件，最低温度可达-65°C。

实验过程与结论

首先将不同材质的航天材料样品固定在模拟环境装置内的样品台上，在样品表面喷洒一层模拟冰层，厚度为2~3mm，以模拟飞行器表面结冰情况。

其次开启模拟环境装置制冷系统，降至-40°C，相对湿度为80%，以模拟高空飞行低温高湿环境。启动喷嘴系统，以不同压强喷出水流，开始融冰过程。开启高速摄像机，帧率设置为15000fps，对融冰过程进行高速拍摄，记录水流扩散动态行为。

调整喷嘴压强0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa，采用不同材质的样品，进行多组实验，分别进行高速摄像记录和数据分析。

实验结果表明，随着喷嘴压强的增加，水流扩散角度增大，水流冲击力增强，冰层脱落时间明显缩短。压强较低时，水流扩散范围较小，融冰速度较慢，脱落不均匀。不同材料由于热传导性能和表面特性不同，也表现出不同的融冰特性，其中铝合金样品在相同压强下的融冰效果相对较好。

应用展望

通过高速摄像机，可对喷嘴喷出水流扩散融冰实验进行高速拍摄和图像数据的详细记录。这一实验方法可以应用在其他喷嘴类型、脉冲水流的深度研究中，以探索在航天材料表面的应用潜力和优化方案，为航天材料的防除冰性能优化提供更加全面和深入的实验依据。