CN102490905A - 用于飞机翼型的新型防冰除冰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于飞机翼型的新型防冰除冰装置，包括蒙皮、程序控制器、大气温度传感器以及结冰强度信号器，所述蒙皮的内表面固定安装超声波除冰单元模块，该超声波除冰单元模块包括复数个压电陶瓷换能器，且各压电陶瓷换能器均通过连接电缆与超声波发生器连接，而超声波发生器则与电源连接；所述程序控制器根据大气温度传感器所反馈的温度信号控制超声波发生器的开启/制停，且程序控制器根据结冰强度信号器所反馈的冰层厚度信号控制超声波发生器的功率以及超声波除冰单元模块的运行数量。因此，本发明能够实时有效地除去飞机飞行过程中机翼表面及尾翼前缘的冰层，高效节能，安全可靠，除冰彻底，保证了飞机的飞行安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种防冰除冰装置，尤其是一种用于飞机翼型（机翼/尾翼）前缘的防冰、除冰装置，属于飞行器除冰、防冰领域。
背景技术
冰雪天气造成飞机结冰是导致飞机飞行事故的主要原因之一， 据统计大约有9%的飞机事故是由结冰造成的。飞机在结冰状态下飞行时，飞行品质及飞行性能将受到很大的影响。结冰不仅会增加飞机的重量，降低螺旋桨的效率，进而导致发动机可用推力减小，而且会干扰气流，造成阻力增大，升力减小。机翼、尾翼及操纵面上的结冰会破坏翼面上的流型，导致失速速度增大， 从而引起飞行事故。
为减少结冰对飞机飞行的影响，增加飞机的安全裕度，对于飞机机翼、尾翼的防除冰，目前广泛采用的是热气防除冰技术，即在飞机飞行过程中，利用飞机发动机压气机引出的热空气进行融冰，这种防除冰技术虽然能在一定程度上防、除冰，但其除冰时间长，消耗能量大，同时由于其热惯性大，容易在加热区后面形成冰瘤。因此，为了飞机的飞行安全，进一步地深入研究飞机防冰、除冰技术显得尤为重要。
超声波作为一种能量形式，在固体介质中传播时，会引起介质质点的压缩或者伸张，造成固体内部压力的变化，引起机械效应，虽然固体介质的位移和速度不大，但质点的加速度很大，甚至可以达到重力加速度的数万倍，如此大的高频振荡可以在不同物质的粘结界面处瞬间产生持续巨大的剪切力，使粘附物质破碎，分离。
发明内容
本发明主要针对现有飞机飞行过程中在线防冰，除冰技术的不足，利用超声波具有机械效应的特殊性质，结合飞机翼型的实际结构，提出一种用于飞机翼型的新型防冰除冰装置。该装置采用超声波高频振荡防冰除冰，能够实时有效地除去飞机飞行过程中机翼前缘的冰层，高效节能，安全可靠，除冰彻底，有效地保证了飞机的飞行安全。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种用于飞机翼型的新型防冰除冰装置，包括与机翼前缘部位相对应的蒙皮、程序控制器、用于检测外界大气环境温度的大气温度传感器以及用于检测蒙皮外表面冰层厚度的结冰强度信号器，所述蒙皮的内表面固定安装超声波除冰单元模块，该超声波除冰单元模块包括复数个压电陶瓷换能器，且各压电陶瓷换能器均通过连接电缆并联连接后与超声波发生器连接，而超声波发生器则与电源连接；所述程序控制器根据大气温度传感器所反馈的温度信号控制超声波发生器的开启/制停，且程序控制器根据结冰强度信号器所反馈的冰层厚度信号控制超声波发生器的功率以及超声波除冰单元模块的运行数量。
各压电陶瓷换能器沿着蒙皮的长度方向呈矩形阵列均布。
所述压电陶瓷换能器为矩形条状压电换能器或者为圆盘状压电换能器。
根据以上的技术方案，与现有技术相比，本发明可以实现以下的有益效果：
1、本发明可以实时地进行有效的除冰：通过加入一定强度和频率的超声波，在飞机外蒙皮表面产生高频振荡，瞬间在蒙皮局部产生很高的功率密度，瞬时克服冰层在蒙皮表面的粘附强度，破坏冰层结构，使冰层脱落，从而有效除去蒙皮表面冰层，与电热除冰相比，无需融化冰层，所需能量大幅减少，所需能量大约仅为电除冰系统的几十分之一到百分之一。
2、本发明设备简单，结构紧凑，重量轻，仅仅在蒙皮内表面添加多组超声波换能器，不会影响飞机的气动外形，也不会额外增加飞机过多的重量。
3、本发明利用超声波高频振荡的方式破碎冰层，使得冰层和蒙皮表面分离，无需融化冰层，因此不会出现电除冰等融冰方法在防冰区外形成并留下冰瘤的情况。
附图说明
图1是本发明用于飞机翼型的新型防冰除冰装置示意图；
图2是本发明用于飞机翼型的新型防冰除冰装置运行系统图；
图3是本发明超声波除冰单元模块的结构示意图，图3中：（a）矩形条状压电换能器除冰单元模块，（b）圆盘状压电换能器除冰单元模块；
图1-3中，1、蒙皮，2、超声波发生器，3、连接电缆，4、超声波除冰单元模块， 5、程序控制器，6、大气温度传感器，7、结冰强度信号器，8、冰层。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
如图1至3所示，本发明所述用于飞机翼型的新型防冰除冰装置，包括与机翼前缘部位相对应的蒙皮、程序控制器、用于检测外界大气环境温度的大气温度传感器以及用于检测蒙皮外表面冰层厚度的结冰强度信号器，大气温度传感器、结冰强度信号器均安装在蒙皮的外表面；所述蒙皮的内表面固定安装超声波除冰单元模块，本发明采用铆钉连接的方式紧固于蒙皮内表面，该超声波除冰单元模块包括复数个压电陶瓷换能器，且各压电陶瓷换能器均通过连接电缆与超声波发生器连接，同时各压电陶瓷换能器沿着蒙皮的长度方向呈矩形阵列均布；而超声波发生器则与电源连接；所述程序控制器根据大气温度传感器所反馈的温度信号控制超声波发生器的开启/制停，且程序控制器根据结冰强度信号器所反馈的冰层厚度信号控制超声波发生器的功率以及超声波除冰单元模块的运行数量。本发明所述的防冰除冰装置主要是用于机翼前缘的防除冰操作，因此，压电陶瓷换能器至少需要安装在机翼/尾翼前缘部位，同时，一般机翼前缘邻域内还是需要安装压电陶瓷换能器，即本发明所述的与机翼前缘部位相对应的蒙皮，并不局限于机翼外缘部位，其应当适当地扩展到机翼外缘以及机翼外缘的领域。
本发明的工作原理是：
首先，程序控制器5根据大气温度传感器6实时监测的外界大气温度控制超声波发生器2的启停。一旦外界大气温度超过冰点，程序控制器5自动开启超声波发生器2，同时根据结冰强度信号器7提供的结冰厚度信号实时调节超声波发生器的功率以及超声波除冰单元模块4的工作数量。超声波发生器通过连接电缆3为超声波除冰单元模块4提供与之相匹配的高频交流电信号激励，超声波除冰单元模块4由多个压电陶瓷换能器组成，在超声波发生器2的激励下，压电陶瓷换能器产生高频振荡，使得蒙皮内部发生微变形，从而在外蒙皮1与冰层8的界面处瞬时产生巨大的剪切力，而且压电陶瓷换能器单元在很短的时间内将电能转化为机械能，可以在防冰区域局部产生很大的能量密度，其能量密度大大超过其他机械除冰方法，从而有效克服冰层与外蒙皮之间的粘结强度，粉碎冰层，使得冰层脱落。从而达到有效防除冰的目的。
另外，如图3（a）和图3（b）所示，超声波除冰单元模块4相对于一个并联回路，其中的各个压电陶瓷换能器共用一个激励电源，每个换能器工作条件一致；超声波除冰单元模块4可以为如图3（a）所示的矩形条状压电换能器除冰单元模块，也可以为如图3（b）所示的圆盘状压电换能器除冰单元模块。单个压电陶瓷换能器之间呈矩阵式排列，发射频率固定并与蒙皮的固有频率相匹配，另外，单个压电换能器除冰单元模块功率可调。
Claims (3)
1.一种用于飞机翼型的新型防冰除冰装置，包括与翼型前缘部位相对应的蒙皮，其特征在于：还包括程序控制器、用于检测外界大气环境温度的大气温度传感器以及用于检测蒙皮外表面冰层厚度的结冰强度信号器，所述蒙皮的内表面固定安装超声波除冰单元模块，所述压电陶瓷换能器单元模块包括复数个压电陶瓷换能器，各压电陶瓷换能器均通过连接电缆并联连接后与超声波发生器连接，而超声波发生器则与电源连接；所述程序控制器根据大气温度传感器所反馈的温度信号控制超声波发生器的开启/制停，且程序控制器根据结冰强度信号器所反馈的冰层厚度信号控制超声波发生器的功率以及超声波除冰单元模块的运行数量。
2.根据权利要求1所述用于飞机翼型的新型防冰除冰装置，其特征在于：各压电陶瓷换能器沿着蒙皮的长度方向呈矩形阵列均布。
3.根据权利要求1所述用于飞机翼型的新型防冰除冰装置，其特征在于：所述压电陶瓷换能器为矩形条状压电换能器或者为圆盘状压电换能器。
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