CN101835686A - 进气口的压电式除冰 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮喷气发动机机舱的进气口唇缘组件(1)，该组件包括内表面(9)、外表面(11)和去冰装置，其特征在于，去冰装置包括覆盖在外表面(11)的至少一部分上的防冰涂层(13)，所述防冰涂层(13)包括位于所述涂层(13)的基体内的一个或多个压电致动器。本发明还涉及一种包括这种唇缘组件(1)的涡轮喷气发动机机舱。
Description
本发明特别涉及一种涡轮喷气发动机机舱的进气唇缘组件。
飞机通过各自包括容纳在管状机舱内的涡轮喷气发动机的一个或多个动力装置被驱动，每个动力装置通过通常位于机翼之下或机身处的挂架被接附到飞机上。
机舱通常具有包括发动机上游的进气口、用于包围涡轮喷气发动机的风扇的中央区段、以及容纳推力反向装置并用于包围涡轮喷气发动机的燃烧室的下游区段，机舱通常终止于喷射管喷嘴，喷嘴的出口位于涡轮喷气发动机的下游。
进气口一方面包括进气口唇缘，进气口唇缘设计用于将需要供给涡轮喷气发动机的风扇和内部压缩机的空气朝向涡轮喷气发动机最佳地汇合，并且另一方面包括下游结构，唇缘被接附到下游结构上，并且该下游结构用于将空气朝向风扇叶片进行适当引导。该组件与属于机舱上游区段的风扇壳体的上游相接附。
在飞行中，根据温度和湿度情况，冰会形成在进气口唇缘的外表面处的机舱上。冰或霜的存在改变了进气口的空气动力性能，并且扰乱了去往风扇的空气流。
用于为外表面除霜或去冰的一种解决方法是防止冰在此外表面上形成。
因此，公知的作法是使得涡轮喷气发动机的压缩机放出热空气，并且将其输送到进气口唇缘，从而对多个壁进行加热。然而，这种装置需要在涡轮喷气发动机和进气口之间的用于输送热空气的管道系统，以及从进气口唇缘去除热空气的系统。这会增加动力装置的重量，并且这是不希望发生的。
专利EP1495963提出将电阻加热元件应用于进气口唇缘的外壁，这种技术需要在去冰电阻加热元件的上部增加耐腐蚀保护。
这样的解决方法具有一些缺陷。首先，耐腐蚀产品不符合唇缘的外壁所需的表面光洁度；其次，如果进气口唇缘部分地被覆盖，将致使其具有不连续性，这不利于进气口的空气动力线；最后，这种系统会使得唇缘的整体厚度增加，并且会导致与进气口唇缘的厚度相关的声音衰减性能的下降。
还公知一种用于涡轮喷气发动机机舱的进气口唇缘的结构，该结构包括在其之间具有电加热元件的外表皮和内表皮。
这种结构的缺陷在于，要防止在该结构上形成冰，则必须为电加热元件持续提供电能。
本发明的目的在于提供一种涡轮喷气发动机机舱的进气口唇缘组件，该组件提供有效的去冰和有效的除霜，既没有损坏涡轮喷气发动机的危险，又不会增加机舱重量，也不会对空气动力线或者声音衰减有干扰，并且无需持久的电力供应。
为此，根据第一方面，本发明的一个主题是涡轮喷气发动机机舱的进气口唇缘组件，该组件包括内表面、外表面和去冰装置，其特征在于，去冰装置包括覆盖在外表面的至少一部分上的防冰涂层。
此处的“外表面”指的是暴露于大气中的冰的形成物的表面。
此处的“内表面”指的是暴露于大气中的冰的形成物的表面。
防冰涂层(有时还被称为“抗冰涂层”)用于防止冰层形成，或者一旦已经形成冰层，用于改善冰的脱落状况。
因此，防冰涂层能够将接附到该外表面上的冰的厚度限制在2mm以下。
同时，防冰涂层与冰之间的相互作用微弱，这就意味着要破坏所形成的冰层所需要的能量低于当冰直接覆盖在外表面时通常所需要的能量。因此，在飞行时由飞机产生的或者飞机所经受的风的作用足以去除大气冰层。
根据本发明的唇缘组件大大地限制了冰的形成，而且有时要去除的是容易去除的仅仅很薄的冰层。
此外，由于大气冰层很薄，冰可以厚度约2mm的碎片的形式由外表面脱离，这对涡轮喷气发动机不会构成危险。
有利的是，根据本发明的唇缘组件不会由于外表面上防冰涂层的存在而变得沉重。
有利的是，根据本发明的唇缘组件的空气动力线和声音衰减不会由于防冰涂层的存在而受到干扰，这是由于此涂层遵循着根据本发明的唇缘组件的外表面的空气动力线。
显然，在无需持久供电的情况下可以方便地进行去冰操作。
根据本发明的其它特征，本发明的结构具有一个或多个以下的可选特征，这些特征可以单独被考虑或以任何可能的组合形式考虑：
-去冰装置还包括能够使得外表面振动的轻型振动装置，特别是有利地使得冰破碎进而被有效去除的压电致动装置，而又基本上不增加涡轮喷气发动机机舱的重量；
-压电致动装置包括至少一个压电致动器和电力供应装置，它们可使得沉积为薄层的冰破碎成与冰雹等同的直径为几毫米的碎片，不会损坏涡轮喷气发动机，也不用借助于持久的电力供应；
-防冰涂层还包括一个或多个压电致动器，使得根据本发明的唇缘组件便于操作；
-特别是包括缸和电偶极子的至少一个压电致动器与内表面相接触，从而将振动施加到外表面的需要微调的区域；
-防冰涂层从含有聚氨酯或氟代聚氨酯的涂料、例如含有聚二甲基硅氧烷树脂的树脂或者含有特氟龙
的塑料中选择，它们均可与大气冰层间产生微弱的附着力；
-防冰涂层的厚度在20μm和100μm之间，由此可在外表面上防冰涂层的耐用性、由于该层而增加的重量以及成本之间提供折衷方案。
-唇缘组件的至少部分由包括合成物或金属和纳米颗粒的材料制成，其能够使得唇缘组件的表面防冰，即阻止或大大地限制冰层在该表面上形成。
根据第二方面，本发明的主题是一种包括根据本发明的唇缘组件的涡轮喷气发动机机舱。
从下面参考附图给出的非限定描述的阅读中将对本发明有更好的理解，附图中：
图1是描述根据本发明的唇缘组件的一个实施例的视图。
图2是描述根据本发明的唇缘组件的另一实施例的视图。
图1描述了根据本发明的用于涡轮喷气发动机机舱(未示出)的唇缘组件1。
根据本发明的唇缘组件1包括壁3，其通过本领域普通技术人员公知的任何方式固定到涡轮喷气发动机机舱的下游结构的壁5和7上，下游结构用于将空气朝着风扇的叶片(未示出)方向作适当引导。
壁3包括内表面9和外表面11。
如图1所示，根据本发明的唇缘组件1包括去冰装置，其具有覆盖在外表面11的至少一部分上(特别是整个表面11)的防冰涂层13。
防冰涂层13的厚度e显然小于500μm，优选地在20μm和100μm之间，特别在40μm和80μm之间，或者甚至在50μm和70μm之间。
防冰涂层13的厚度e在外表面11上特别是均匀的。
这种厚度有利地在受到大气冲击的面内的防冰涂层13的耐用性、由于该层的存在而造成的增加的重量以及该层的成本之间提供折衷。
如上所述，在飞机飞行时，进气口不时会经受使得在外表面11上形成大气冰层15的温度和湿度。
防冰涂层13有利地可以减小大气中的冰和外表面11之间的附着力，而不需要持久的电力供应。
因此，当大气中的冰在根据本发明的唇缘组件的外表面11上形成时，该大气中的冰在外表面11上积累成薄层15，其最大厚度em不超过2mm。
根据本发明的唇缘组件1具有使得大气冰层15的最大厚度em显著减小的优点，使得层15更容易破碎，并因此能被更好地去除，而不会在飞机的飞行过程中为进气口添加重量。
具体来说，飞机运行时产生的风足以将大气冰层15剥离，并使其以与层15的厚度相等的小碎片的形式去除，这样就不会存在损坏涡轮喷气发动机的危险。
根据一个实施例，防冰涂层13与用于涂覆在外表面11上的基体相结合，从而形成保护层。
这种基体可例如是涂料或树脂。举例而言，它可由环氧树脂制成。保护层还可包括防冰涂层13之外的合成物，例如碳、玻璃或用于加强防冰涂层13来应对磨损或冲击的任何其它材料。
选用防冰涂层13要以防止和/或限制大气冰层在无遮蔽的结构上出现为目的。
因此，通过防冰涂层13的实例，该涂层可以由涂料制成，例如
(包含粉末状铝、酞酸二异癸酯、甲基异丙酮、甲苯的乙烯树脂)、
(包含碳黑、酞酸二异癸酯、甲基异丙酮、甲苯的乙烯树脂)、
(包含二氧化钛和碳黑、酞酸二异癸酯、甲基异丙酮、甲苯以及磷酸)、
(包含环氧聚酰胺的树脂)、(包含聚氨酯的树脂)、
(基于乙烯丙烯酸共聚物的树脂)、(三甲基六甲撑二胺环氧树脂)、(包含聚氨酯的树脂)、
(包含硅酮，特别是聚二甲基硅氧烷)、
(包含硅氧烷和聚氨酯的环氧树脂)、
(改性的饱和聚酯树脂)、Slip Plate
(包含矿物酒精混合物中的石墨的树脂)、
(矿物酒精的混合物中的含氟聚合物与丙烯酸尿烷的悬浮液)、(矿物酒精的混合物中的含氟聚合物与聚氨酯的悬浮液)、
(包含聚甲基硅酮环氧共聚物)、(包含氟化多羟基化合物中的饱和聚酯的树脂)。
优选的是，防冰涂层13从包括有特氟龙
或氟代聚氨酯树脂的塑料中选择。
防冰涂层13优选地在冰层15和外表面11之间产生特别微弱的附着力，并因此特别有效地限制冰层15的厚度，从而使其更容易地去除。
根据一个优选的实施例，去冰装置还包括能够引起外表面11振动的轻型振动装置，优选是压电致动装置。
在根据本发明的唇缘组件1上使用振动，可使得在外表面11上形成的冰层15被破碎从而被去除。有利地，用于本发明说明书中的振动不足以损坏防冰涂层13。
因此，防冰涂层13与振动装置的结合使用使得大气中的冰的去除最优化。
另外，轻型振动装置不会对根据本发明的唇缘组件1的重量有显著的增加。
有利地，通过压电致动装置在外表面11上施以振动，使得冰层15被破碎成直径在0.5mm和1cm之间的与小冰雹相对应的碎片，从而不会损坏涡轮喷气发动机。
因此，与当前公知的去冰系统相比，通过将防冰涂层13和压电致动装置结合使用来除冰对涡轮喷气发动机造成的损坏较小。
优选地，压电致动装置包括至少一个压电致动器和电力供应装置。
用于本发明说明书中的一个或多个压电致动器不必连续工作，而可以根据需要来使用。
根据图1所示的优选实施例，防冰涂层13还包括一个或多个压电致动器。一个或多个压电致动器特别均匀地分布在防冰涂层13的基体内。
一个或多个压电致动器特别通过与壁3接触而与电源相连(未示出)。
根据一个实施例，一个或多个压电致动器被结合到防冰涂层13的基体内。在防冰涂层13内所具有的一个或多个压电致动器使得本发明更容易被实施。
通过实例，压电致动器可由包含锆钛酸铅(PZT)、凝胶或使唇缘具有压电性能的合成唇缘结构的涂料制成。
根据一个优选实施例，根据本发明的唇缘组件1的至少一部分由包含能够使得唇缘组件的表面防冰的合成物或金属以及纳米颗粒的材料制成，即防止或大大地限制了在该表面上形成冰层。
根据图2所示的另一实施例，至少一个压电致动器21与根据本发明的唇缘组件的内表面9相接触。
被安置与其接触的压电致动器的数量取决于致动器使外表面11振动的能力。
当多个压电致动器与内表面9接触时，根据一个特定的实施例，这些致动器被均匀分布。
根据图2所示的另一实施例，只有一个压电致动器21与内表面9相接触，使其可能减小内表面9上安置物的体积。
优选地，一个或多个压电致动器21包括缸和电偶极子。
一个或多个压电致动器21通过电力供应装置、特别是通过电缆23单独与电源相连(未示出)。
因此由这两个非限定实例中可以看出，振动装置不会使进气口唇缘产生任何的空气动力的不连续性。否则，这种不连续性会降低声音衰减性能，并增加燃料的消耗。
Claims (10)
1.一种涡轮喷气发动机机舱的进气口唇缘组件(1)，该组件包括内表面(9)、外表面(11)和去冰装置，其特征在于，所述去冰装置包括覆盖在所述外表面(11)的至少一部分上的防冰涂层(13)，所述防冰涂层(13)包括位于所述涂层(13)的基体内的一个或多个压电致动器。
2.如权利要求1所述的组件(1)，其特征在于，所述去冰装置还包括能够使得外表面(11)振动的轻型振动装置。
3.如权利要求1或2所述的组件(1)，其特征在于，所述轻型振动装置是压电致动装置。
4.如上述权利要求中的任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述压电致动装置包括至少一个压电致动器(21)和电力供应装置(23)。
5.如上述权利要求中的任一项所述的组件(1)，其特征在于，至少一个压电致动器(21)与所述内表面(9)接触。
6.如上述权利要求中的任一项所述的组件(1)，其特征在于，一个或多个压电致动器(21)包括缸或电偶极子。
7.如上述权利要求中的任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述防冰涂层(13)从聚氨酯和氟化聚氨酯涂料、例如含有聚二甲基硅氧烷树脂的树脂或者含有
的塑料中选择。
8.如上述权利要求中的任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述唇缘组件的至少一部分由包括合成物或金属和纳米颗粒并能够使得唇缘组件的表面防冰的材料制成。
9.如上述权利要求中的任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述防冰涂层的厚度(e)在20μm和100μm之间。
10.一种涡轮喷气发动机机舱，其包括如上述权利要求中的任一项所述的唇缘组件(1)。
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