跨介质飞行器附着水层高效脱附技术是其技术链中最具挑战性的关键一环。飞行器出水时，表面黏附水层会显著增加出水阻力和负载。而且，由于水气介质密度骤变，脱附分离的表面附着水层与周围高压空气在飞行器尾部低压区混合，形成气-水两相混流尾羽流，如遇降雨或水线飞溅，极易影响飞行器力学平衡，造成失稳。
自然界中，翠鸟等生物在漫长的进化过程中，具备了在雨中自由飞行、快速捕食及出水等功能（图1）。早前，吉林大学任露泉院士团队张成春教授已在界面领域专业期刊《Journal of Colloidand Interface Science》（影响因子为7.489）上发表了题为Non-wet kingfisher flying in the rain: The water-repellent mechanism of elastic feathers的论文，阐释了翠鸟羽毛弹性如何影响其体表水的脱附行为。
近期，受飞行中的翠鸟不被润湿且仍能变换任意飞行方向的启示，张成春教授及郑益华博士在《ACS Applied Materials& Interfaces》（界面领域TOP期刊，中科院一区，影响因子为8.456）上在线发表了题为Non-wet kingfisher flyingin the rain: The tumble of droplets on moving oriented anisotropic superhydrophobic substrate的论文。该研究从液滴动力学的角度，定量地揭示了方向性移动的各向异性超疏水界面上的动态去润湿机理，为跨介质飞行器高效脱附、提高出水性能奠定了仿生理论基础。
该原创性发现属于“雨中飞行的非润湿翠鸟(non-wet kingfisher flying in the rain)”系列研究的进一步延续。在实验室环境下，连续性液滴撞击在移动状态下的翠鸟体表后能产生与速度矢量方向相关的飞溅行为，期间翠鸟始终保持体表非浸润状态（图2）。
基于液滴动力学分析结果表明，具有羽毛仿生结构的移动界面可以诱导液滴的非对称形貌（图3），夹角直接影响液滴内质量的分布形式。
与静止的倾斜超疏水表面相比，各向异性仿生表面的定向运动促进了液滴的翻滚，并减少了高达23%的滞空时间（图4（a））。基于格子玻尔兹曼算法的数值模拟结果表明，移动表面上液滴产生定向弹跳的根本原因是液滴在后退阶段去“钉扎”矢量发生了单侧方向性突变，且该类突变的程度与夹角正相关，表面得以有效地避免了同一区域的连续性润湿（图4（b））。因此，在雨中飞行的翠鸟体表上存在不同程度的液滴定向飞溅现象，且能维持体表非浸润功能。
在室内定量模拟降水试验系统中，多液滴连续冲击飞行器超疏水表面后同样会发生次级液滴群发生定向翻滚、弹跳现象（图5），其降水冲击荷载降低87.5%，超疏水表面飞行器几乎不受降水的负面影响。
数值模拟结果进一步证实，在具有超疏水表面的跨介质飞行器模型上，运动可诱导类似的液滴群定向弹离行为。如图6所示，通过追踪9个液滴内部199个粒的迹线表明，具有超疏水表面的飞行器运动行为可诱导多液滴定向（向后）弹跳，弹跳方向与飞行器运动方向相反，这使得固液分离进程加快，液滴在冲击移动超疏水表面后的迹线呈抛物线状并产生规律性定向弹跳，而表面曲率的差异化导致液滴的弹跳方向呈现多样化。
超疏水表面对液滴粘附效应极低，高动能次级液滴群在飞行器表面上发生向后定向运动行为，使得次级液滴群（尾羽流）的重心整体向后偏移，与亲水表面相比，运动中飞行器的超疏水表面上的次级液滴群可持续保持高动能，维持定向弹跳能力，并以此有效避免同区域反复润湿（见图7右梯形区域），此种次级液滴群的定向运动行为与图4中的试验结果相似。
利用移动各向异性超疏水表面诱导液滴定向翻滚促使水体从移动中的表面上剥离，对突破跨介质飞行器在飞行及出水时表面附着水、尾羽流等引起的一系列技术难题，具有极其重要的现实意义。
该课题得到了国家自然科学基金面上项目、军委科技委主题项目、国家重点研发计划等项目的资助和支持。该论文第一作者为郑益华博士，通讯作者为张成春教授。
通讯作者简介：张成春，工学博士，教授，博士研究生导师，清华大学与郑州宇通客车股份有限公司企业联合博士后，英国帝国理工学院访问学者，国际仿生学会创始会员，中国农业机械学会材料与制造分会委员。主要从事海空装备仿生基础理论与应用技术研究，主持包括国家自然科学基金4项、国家重点研发计划“变革性技术关键问题”项目课题1项、工信部“民机科研”项目专题1项、军委科技委主题项目1项在内的各类科研项目10余项，以第一作者或通讯作者在ACS. APPL. MATER. INTER、J. COLLOID INTERF. SCI.、INT. J. THERM. SCI.、J. SOUND VIB.、SOFTMATTER、INT. J. HEAT FLUID FL.、J. BIONICENG. 等期刊发表SCI/EI检索论文40余篇，获得授权国家发明专利16件。
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