AT503398A1 - Elektro thermo-mechanisches enteisungssystem für luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von vorhandenem Eisansatz an Luftfahrzeugoberflächen.

Vorrichtungen zur Beseitigung von Eisansatz auf Luftfahrzeugen, bei denen die Oberfläche von Luftfahrzeugen verändert wird, sind bereits bekannt.

So ist aus der US 4463919 A (Bac) ein pneumatisches Enteisungssystem bekannt, bei dem erwärmte Oberflächenteile aufgeblasen werden.

Weiters ist aus der US 4732351 A (Bird) ein Enteisungssystem bekannt, bei dem durch Stromeinwirkung auf piezoelektrisches Material eine Wellung der Oberfläche erreicht wird.

Das in der EP 356760 A2 (Goodrich) vorgeschlagene pneumatische Enteisungssystem arbeitet mit zeitversetzten Druckimpulsen.

Nachteilig aller dieser bekannten Lösungen sind der große Materialaufwand, der große Wartungsaufwand, die hohe Störanfälligkeit und damit geringen Verlässlichkeit (Triebwerkszapfluft-Triebwerksausfall), den sehr hohen Leistungsverbrauch, geringe Redundanz, den schlechten Wirkungsgrad und die schlechte Wirksamkeit, der schwierigen Installation an bestehenden Systemen, die hohen Installations- und Betriebskosten, der schwierigen Austauschbarkeit, der thermischen Einwirkung auf die, allgemein gesagt, Luftfahrzeugzelle, den großen Gewicht und dem daraus folgenden geringen Leistungsgewicht, der schwierigen Anwendbarkeit bei Vorflügeln, der komplizierten logischen Steuerung, der großen aerodynamischen Beeinflussung, vor allem der Grenzschicht, im ausgefahrenen Zustand, den hohen Lärm (pneumatisch), den beschränkten Einsatzgebiet und der geringen FOD Beständigkeit.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Enteisungssystem zu schaffen, das obige Nachteile vermeidet und, fast vollständig, in Vorteile umwandelt.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Beseitigung des Eises, auf der Luftfahrzeugoberfläche, die Heizeinheit, unterhalb der Deckschicht und oberhalb der Einbauhilfe und Verklebung, logisch von der Rechnereinheit angesteuert wird. Der Einschaltbefehl für die Heizmatte kann seitens des Piloten und seitens des Eissensors und der damit verbundenen logischen Rechnereinheit erfolgen.

Nun wirkt die Heizeinheit, verstärkt durch den Thermoreflektor-Effekt der Verklebung zwischen Heizeinheit und Einbauhilfe, thermisch auf die Deckschicht ein. Die Deckschicht des Enteisungssystems heizt sich aufgrund der thermischen Einwirkung auf und gibt die Wärmeenergie and die unterste Eisschicht der betroffenen Stelle weiter, die dadurch schmilzt. An die Stelle der mechanischen Verbindung zwischen dem Eis und dem Enteisungssystem tritt • · nun ein Wasserfilm auf dem das Eis aufschwimmt. Gleichzeitig expandiert die Deckschicht aufgrund der thermisch induzierten Einwirkung mechanisch. Diese mechanische Ausdehnung wird aufgrund der einseitig fest eingespannten Deckschicht, hier speziell Tragfläche, zur Nasenleiste geführt. Aufgrund der angewinkelten Form der Deckschicht, an der frei beweglichen Seite, gleitet eine Deckschicht auf der zweiten auf und durchstößt das Eis. Dieser Hebeeffekt wird durch die Membrane mechanisch verstärkt. Aufgrund der nun getrennten Eisplatte und des entstandenen Wasserfilms gleitet das Eis aufgrund aerodynamischer Druckkräfte von der Tragflächenoberseite ab.

Aufgrund einer Zeitschaltuhr oder des Erfahrungsschatzes des Piloten wird das System auf diesem Luftfahrzeugoberflächensegment nun abgeschaltet und logisch das nächste Segment eingeschaltet. Das ursprüngliche System wird nun nicht mehr geheizt und wird zusätzlich durch die Fahrtkühlung in die mechanische Ursprungsstellung gebracht. Die gesamte Spannungsversorgung gewährleistet ein Generator. Am Beispiel Tragfläche, verläuft diese zyklische Steuerung beginnend^ von der Tragflächenwurzel bis zum Tragflächenende symmetrisch. Bei defekt eines Segmentes wird das Nächste angesteuert und nur das Defekte j§till gelegt.

Es wird somit eine hohe Redundanz gewährleistet.

Bei besonders tiefen Temperaturen gewährleistet der T-Stoß, der mit einer Deckschichtseite mechanisch fest verbunden ist, die axiale Führung der Deckschicht und verhindert, dass die (auf den Bildern obere) Deckschicht vom Fahrtwind eingebeult wird. Zusätzlich definiert er eine bestimmte Fläche und damit Kraft die durch das Eis stößt.

Der Einsatz des vorliegenden Enteisungssystems ist nicht nur auf Flügeloberflächen von Flugzeugen begrenzt. Es soll hier erwähnt werden, dass dieses System an aller in irgendeiner Form aerodynamisch interessanten, eisgefahrdet Oberfläche, deren Größe unrelevant ist, angewendet werden kann. Erfahrungsgemäß wird es an Tragflächen, Höhen- und Seitenleitwerk sowie eisgefahrdete Rumpfabschnitte und möglicherweise auch an Propeller angebaut werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltbild für das Enteisungssystem in einem Luftfahrzeug

Figur 2 ein Schnittbild des erfindungsgemäßen Enteisungssystems auf eine Flugzeugtragfläche angewendet.

Die Figuren 3a und 3b den Ablöseprozess und Optimierungen des erfindungsgemäßen Enteisungssystems an einer Flugzeugtragfläche.

In Fig.l zeigt die Ansteuerungskette des de-ice-Systems.

Das elektrische System zur Regelung der Heizmatten besteht aus einem Bus, das von einem Master und einem Slave in der Rechnereinheit(4) gesteuert wird. Diese beiden Hauptrechner kontrollieren den Bus, geben Output aufs Display(3) (einziger Input vom Display ist die Ein/Aus Auswahl) und speichern etwaige Defekte, die über einen Servicestecker(6) von einem Wart abgefragt werden können.

Am Bus sind die Module für die Eissensoren(l) und Heizsysteme(5) angeschlossen. Ein Modul des Eissensors besteht aus mehreren Eissensoren (an der oberen und unteren Tragflächenseite) und einem Mikrocontroller, der die Ergebnisse an die Hauptrechner leitet. Bei Betätigung der Heizmatten wird, angespeist durch den Leistungsbus am Generator(2), die Tragfläche enteist.

Das Ablösen des Eises nach Betätigung der Heizmatten funktioniert wie folgt beschrieben: Bauteile: (1) Eissensensormodul (kann aus mehreren Eissensoren bestehen) (2) Generator: stellt die Leistung für die Heizmatten zur Verfügung (3) Cockpitanzeige: Bedienelement für den/die Pilot(en); besteht aus Ein/Aus-Schalter und Zustandsanzeiger (4) Rechnereinheit: steuern den Bus mit einem Master u. Slave (5) Heizmatte: erwärmt die Deckschicht bzw. die Flanken (6) Servicestecker: über den der Wart od. Techniker genaue Informationen auslesen und konfigurieren kann.

Wie aus Fig. 2 -als Schnittzeichnung durch eine Tragfläche- zu ersehen ist, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Heizmatten(5), die die Deckschicht(7) aufheizt Durch diesen Temperatursprung dehnt sich die Deckschicht aus. Leicht oberhalb des Staupunktes treffen die obere und die untere Hälfte der Deckschicht aufeinander, wobei die eine Hälfte auf die andere Hälfte durch eine Rampe aufgleitet. Zwischen den „Rampen“ der Deckschicht befindet sich ein T-Stück(9), das eine lineare Führung, geringere Gleitreibung, hohe härte gegen die Abreibung und ein schnelles Austauschen dieses einzigen Verschleißteiles gewährleisten soll. Diese aufgleitende Kante der Deckschicht drückt das T-Stück und dieses eine darüberliegende Abdeckschicht/Membran(10) nach außen, stößt ins Eis und erzeugt zumindest Risse, die eine Instabilität des Eises oder das Absprengen des Eises hervorruft. Die Lagerung(l 1) kann als Gleitverbindung oder als elastische Kunststoffverbindung ausgeführt. Das gesamte System bzw. die Bauteile Deckschicht, Heizmatten und Lager sind auf eine Basisschicht(8) geklebt, um die gesamte Konstruktion besser transportieren und montieren zu können. (7) Deckschicht: schiebt die Flanken aufgrund der Erwärmung gegeneinander und schützt die Heizmatten vor FODs (8) Basisschicht: darauf sind (fast) alle Bauteile angeklebt und dient zur schnelleren Montage (9) T-Stoss: leicht austauschbarer Bauteil zwischen den Flanken (10) Abdeckschicht: mit dem T-Stoss verhindert es das Eindringen von Feuchtigkeit und Fremdkörper in das System (11) Lagerung: hält die Deckschicht in ihrer Gestalt und vermindert Beulen, soll aber die Wärmeausdehnung nicht behindern.

Fig. 3a zeigt das Enteisungssystem im warmen und damit ausgefahrenen bzw. ausgedehnten Zustand. Hier sieht man deutlich wie die Flanke ins Eis stößt und dieses ablöst.

In diesem Bild wird auch gezeigt, wie man die Vorrichtung in das Luftfahrzeug versenken kann und damit den aerodynamischen Widerstand minimiert. Dies erkennt man an der Verbindung des Endes der Deckschicht (7) mit der Oberfläche des Luftfahrzeugs.

Bei diesem Bild wird auch die Verformung der elastischen Lagerung(l 1) und der Deckschicht(7) ersichtlich.

Fig. 3b zeigt eine weitere Optimierungsmöglichkeit durch das Versenken des T-Stoßes(9) und der Abdeckung(lO) in die Deckschicht (7) erfolgen, das hier im kalten Zustand gezeigt wird.

Claims (13)

1. Ansprüche 1) Verfahren zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugoberflächen dadurch gekennzeichnet, dass durch die Erwärmung von Teilen der vereisten Luftfahrzeugoberfläche das Eis von der Deckschichtoberfläche durch einen Wasserfilm gelöst und gleichzeitig eine Ausdehnung des Deckschichtmaterials erzeugt wird, die eine Änderung der Luftfahrzeugoberflächenstruktur und der Eisoberfläche erzeugt.
2. 2) Verfahren zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugoberflächen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnungsbewegung des erwärmten Luftfahrzeugoberflächenteils mechanisch begrenzt wird.
3. 3) Verfahren zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugoberflächen nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die vereiste Luftfahrzeugoberfläche in zwei oder mehrere Segmente gegliedert ist.
4. 4) Verfahren zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugoberfläche nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente in einer festgelegten oder auch nicht festgelegten Reihenfolge erwärmt werden.
5. 5) Verfahren zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugoberflächen nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das System von einer Rechnerlogik überwacht wird.
6. 6) Verfahren zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugen nach dem Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch verstärkende Kraft durch eine Membrane wirkt.
7. 7) Vorrichtung zur Beseitigung von Eis auf einer Luftfahrzeugoberfläche mit einer Heizvorrichtung auf der Innenseite der Luftfahrzeugoberfläche dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Teile der Luftfahrzeugoberfläche auf dem Luftfahrzeugkörper verschiebbar angeordnet sind.
8. 8) Vorrichtung zur Beseitigung von Eis auf einer Luftfahrzeugoberfläche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßstellen zwischen den verschiebbaren Teilen und dem Luftfahrzeugkörper eine Abdeckung(lO) aufweisen.
9. 9) Vorrichtung zur Beseitigung von Eis auf einer Luftfahrzeugoberfläche nach Ansprüchen 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Führung vorhanden ist (T-Stoß)(9).
10. 10) Vorrichtung zur Beseitigung von Eis auf einer Luftfahrzeugoberfläche nach Ansprüchen 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung(l 1) die nur in eine Richtung verschiebbar ist, mechanische Lasten aufhimmt
11. 11) Vorrichtung zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugen nach den Ansprüchen 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschichtseite(7) angewinkelt wird.
12. 12) Vorrichtung zur Beseitigung von Vereisung von Luftfahrzeugen nach dem Ansprüchen 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmte Deckschichtoberfläche(7) auf der Luftfahrzeugoberfläche aufliegt oder in diese versenkt wird.
13. 13) Vorrichtung zur Beseitigung von Eis auf einer Luftfahrzeugoberfläche nach Ansprüchen 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass auch nur eine der beiden Flanken/Hälften(7) beheizt, ausdehnbar oder vorhanden sein muss.