CN103373470A - 具有脱落增强边的除冰装置区 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有脱落增强边的除冰装置区,特别是防冰系统包括除冰区,每个除冰区包括外壳,其限定了一种防冰区域。相邻的外壳具有在翼展方向上的边缘区域,该边缘区域以侧边与共用间区边界相接。边缘区域具有非线性轮廓,具有在与气流方向基本平行的方向上的凸起和凹陷。
Description
技术领域
背景技术
飞行器将通常包括一种防冰系统,以防止过多的冰堆积在其机翼、尾翼/稳定器(stabilizer)、发动机入口唇缘和/或吊架(pylon)上。防冰系统能合并一种使相邻除冰区的阵列与前缘的前和/或后区域相关联。每个除冰区包括一种与飞行器上的防冰区域对应的外壳/机壳。
发明内容
提供了一种防冰系统,其中,接近除冰外壳的边缘区域被配置成用以允许随后的气流增强沿翼展方向的区间/间带边界的除冰。具体而言,相应的边缘区域具有如下特征:其在与气流方向基本平行的方向上凸起和凹陷。以这种方式,沿着区间边界所累积着的冰呈现摆动的片状,其可以很容易地被气流击碎和清扫除去。
附图说明
图1示出了一种飞行器,其具有可由防冰系统保护的若干表面。
图2至3示出了防冰系统的平视图。
图4至6示出了对于防冰系统的除冰区的标准供电程序。
图7A至7F、8A至8F、9A至9F和10A至10F示出了针对除冰外壳的边缘区域的一些可能的非线性剖面图。
附图标记
10 飞行器 11 机身
20 易受冰影响的表面 12 机翼
30 前缘 13 水平尾翼/稳定器
40 防冰系统 14 垂直尾翼/稳定器
50 防冰阵列 15 发动机
60 控制器 16 吊架
100 第一组除冰区 200 第二组除冰区
101 前除冰区 201 前除冰区
102 中除冰区 202 中除冰区
103 后除冰区 203 后除冰区
111 前除冰外壳 211 前除冰外壳
112 中除冰外壳 212 中除冰外壳
113 后除冰外壳 213 后除冰外壳
121 前防冰区域 221 前防冰区域
122 中防冰区域 222 中防冰区域
123 后防冰区域 223 后防冰区域
131 前加热层 231 前加热层
132 中加热层 232 中加热层
133 后加热层 233 后加热层
141 前外壳层 241 前外壳层
142 中外壳 242 中外壳层
143 后外壳层 243 后外壳层
151 前外壳层 251 前外壳层
152 中外壳层 252 中外壳层
153 后外壳层 253 后外壳层
160 前-中边界 260 前-中边界
161 前区的后边缘区域 261 前区的后边缘区域
162 中区的前边缘区域 262 中区的前边缘区域
166 边缘特征 266 边缘特征
167 边缘特征 267 边缘特征
170 中-后边界 270 中-后边界
172 中区的后边缘区域 272 中区的后边缘区域
173 后区的前边缘区域 273 后区的前边缘区域
176 边缘特征 276 边缘特征
177 边缘特征 277 边缘特征
180 前边界 280 前边界
181 前区的前边缘区域 281 前区的前边缘区域
190 后边界 290 后边界
193 后区的后边缘区域 291 中区的后边缘区域
301 防结冰区 331 加热层
311 外壳 341 外壳层
321 防冰区域 351 外壳层
具体实施方式
参见图1,飞行器10可包括机身11、机翼12、水平尾翼/稳定器13、垂直尾翼/稳定器14、发动机15和吊架16。机翼12是飞行器的主要升力提供者。水平尾翼13防止机头(aircraft nose)的上下运动,并且垂直尾翼14防止/阻止侧向摆动。发动机15是飞行器的推力提供装置或推进装置,并且吊架16用作为发动机的机翼下固定装置。
参见图2至3,每个机翼12、尾翼13至14、发动机15和/或吊架16可被看作具有一种易受冰影响的表面20,该表面20具有前缘30。气流A首先遇到前缘30,且然后从此而在向前--向后方向行进。
表面20具有一种防冰系统40,防冰系统40包括一种防冰阵列50和一种可操作地连接到阵列50上的控制器60。附图所示的防冰阵列50包括第一组100相邻的除冰区101至103、第二组200相邻的除冰区201至203、以及一种不结冰(anti-icing)区310。不结冰区310将通常与前缘30相重合,并且可位于第一除冰器组100的前区101与第二除冰器组200的前区201之间。
虽然表面20在附图中显示为平坦的,但是这仅仅为了图示和解释方便而做的简化。在大部分情况下,表面20将具有一种曲面轮廓,其卷绕/包绕着相关联飞行器结构的前缘30。例如,如果易受冰影响的表面20位于机翼12或水平尾翼13上,除冰区101至103可位于机翼/尾翼的上面部分上,且除冰区201至203可位于机翼/尾翼的下面部分上。如果表面20位于垂直机翼14或一个吊架16上,则除冰区101至103可占据其右侧部分,且除冰区201至203可占据其左侧部分。如果表面区域20位于发动机15之一上,除冰区101至103可位于内唇缘部分上,且除冰区201至203可位于外唇缘部分上。
第一除冰器组100中的除冰区101至103各自包括一种外壳111至113,其各自限定了一种防冰区域121至123。每个外壳111至113包括一个电加热器层131至133,其将电能转化为热能,以对相应除冰区121至123除冰。外壳111至113可包括更多的层(例如,层141至143,层151至153等),这些层环绕在加热层131至133上,以达到传递热量、电绝缘和/或保护的目的。
第一除冰器组100中的除冰区101至103各自包括一种外壳111至113,其各自限定了一个防冰区域121至123。每个外壳111至113包括一种电热式加热器层131至133,其将电能转化为热,以对相应除冰区121至123除冰。外壳111至113可包括更多的层(例如,层141至143,层151至153,等等),这些层环绕着加热层131至133,以用于热传递、电绝缘和/或保护目的。
外壳111至112共用一种共同间带边界160,且外壳112至113共用一种共同间带边界170,它们都大致在与气流方向A垂直的方向上延伸。间带边界160以侧翼与外壳111的端区域161以及外壳112的端区域162相接。间带边界170以侧翼与外壳112的端区域172以及外壳113的端区域173相接。
外壳111具有一种非共用的边界180(例如,前侧的),与其边缘区域181相邻;外壳113具有一种非共用的边界190(例如,后侧的),与其边缘区域193相邻。边界180和边界190也大致在与气流方向A垂直的方向上延伸。
第二除冰器组200中的除冰区201至203包括相似的外壳211至213,其各自限定了防冰区域221至223,并且包括了外壳层(例如,层231至233、层241至243、层251至253,等等)。他们也包括一种间带边界260(以侧翼与外壳端区域261和262相接)、一种间带边界270(以侧翼与外壳端区域272和273相接)、一种前边界280(与外壳端区域281相邻)、和一种后边界290(与外壳端区域293相邻)。间带边界260、间带边界270、前边界280和后边界290大致在与气流方向A垂直的方向上延伸。
防结冰区301可包括一种外壳311,其限定了一种防冰区域321,罩住了一种电热式加热器层331,且包括额外的外壳层341和351。该不结冰区310可以由边界160和260为界,且以侧翼与外壳端区域161和261相接。
参见图4至6,示出了用于防冰系统40的一些可能的供电程序。在这些程序的每个中,电源间断地(非连续地)在很短时间段期间向加热器供电。间断范围/程度(episode extent)是可被选择的,从而使得提供了足够的热量以松解所积累的冰,用于由随后的气流来移除冰。由于两次间断之间的间隔可以选择,从而使得在这之间堆积了适量的冰。尽管这些持续时间将会取决于若干因素而不同,但是一次间断将会一般持续约5至10秒,且通常将小于20秒。且介于两次间断之间的间隔一般大于10秒。
在一种划区的热电式除冰程序中,供电间断是按照一种交错时间表而执行的,以便使得电力/功率消耗(power-draw)峰值最小。加热器的间断时间被全部地关于时间区间t1至tn表而显示,且不同的加热器在不同的区间期间被供电。当针对每个除冰区都发生了一次供电间断以后,一个循环完成。
在图4中,每个循环包括六个区间t1至t6,且电力被循序地供给到区域101至103,且然后循序地供给到区域201至203。在图5中,每个循环包括三个区间t1至t3,电力被循序地供给到区域101至103,且同时循序地供给到区域201至203。在图6中,每个循环包括八个区间t1至t8,且在某些区间期间(例如区间t1、t4、t5、t8)只有一个除冰区被通电,且在另一些区间期间(例如区间t2、t3、t6、t7)有两个除冰区被通电。
防结冰区301在所有显示的供电程序中都被连续供电。该持续供电的意图是为了对相应的防冰区域311进行持久地加热,从而使得在其上从不形成冰。这样的一种沿着前缘的防冰的方法被认为是机翼的常规防冰方法。
如上所指出,外壳结构通常包括了包围着加热器层131至133的更多的层(例如,层141至143、层151至153,等等),至少它们中的一些是用于电绝缘和/或提供保护的目的。这样,外壳构造常常可以阻碍用于溶解冰的热量向除冰区的边缘区域转移。当两个相邻的除冰器外壳共用一种翼展方向的区间边界时(例如,外壳111至112共用边界160、相邻的外壳112至113共用边界170、相邻的外壳211至212共用边界260、以及相邻的外壳212至213共用边界270),这种阻碍特别明显。
当设计一种除冰器外壳时,非加热层一般被最优化为用以提供足够的电绝缘、充分的环境保护、最大的热传递、更轻的重量、更低的功率消耗和更长的寿命。这样,沿着边缘区域的修整厚度可以综合考虑/权衡电绝缘和环境保护。同样地,沿着非边缘区域的填料厚度要平衡热传递参数,其可以导致重量和功率消耗相互的让步。
防冰系统40通过配置外壳边缘区域来解决边界热阻隔问题,以增强在这些间带相邻区域中的除冰。
如第7至第10系列图中所示,间带边缘区域(即,边缘区域161至162、边缘区域171至172、边缘区域261至262)具有非直线轮廓。更具体来说,间带边缘区域的轮廓被设置有互补的和/或波浪边缘特征(即,特征166至167、特征176至177、特征266至267、特征276至277),它们拼接在一起以形成一种连续的间带边界。
这种类型的周边轮廓便利了除冰,因为边缘特征在与气流的方向A基本上平行的方向上凸出和凹入。利用传统的除冰装置,沿着翼展间带边界积累的冰跟随/沿循着外壳区域的线性通道,并且经常形成一种钝硬的不易破碎的冰带(ice cordon)。利用防冰系统40,任何沿着间带边界积累的冰将沿循着太冷的边界区域的非线性周边。冰将呈现跨越飞行器整个表面摆动的片状,而不是坚硬的冰带。在一定程度上,冰片之间粘结,使得可以由气流A而容易地击碎并且扫除冰片。
如第7至第10系列图中所示,边缘特征166至167、边缘特征176至177、边缘特征266至267、和域边缘特征276至277可具有圆形、三角形、矩形、多边形或任何其它合适的形状。一组里的每个间带边界的边缘特征可以相互之间对齐或可彼此偏移(例如,参见和比较在每个图系列里的A图和B图)。特征沿着各自间带边缘可具有不同的频率或振幅(参见例如每个图系列里的C、D图)。或者它们从一个间带边缘到另一个间带边缘可具有不同的频率或振幅(参见例如每个图系列里的E、F图)。
虽然飞行器10、表面20、系统40、阵列50、控制器60、除冰器组100、除冰区101至103(以及它们的层、边缘区域和间带边界)、除冰器组200、除冰区201至203(以及它们的层、边缘区域和间带边界)和/或防结冰区301都已关于一些实施例而被展示和描述,显然本领域技术人员在阅读和理解本说明书及其附图后将会想到等同的改变和改进。具体而言,例如,具有更多或更少的除冰和/或防冰区的除冰系统是可行并且可预知的。并且尽管飞行器10或防冰系统40的特定特征可能已在上面关于所示的一些实施例而描述,但是这些特征可与其它实施例的一个或多个特征相结合,如同可期望的和有利的那样。
Claims (10)
1.防冰系统(40),包括第一组(100)毗邻的除冰区(101-103);其中:
每个除冰区(101-103)包括外壳(111-113),其限定了一种防冰区域(121-123);
每个外壳(111-113)包括一种电热式加热器层(131-133),其将电能转换成热,以对相应的防冰区域(121-123)除冰;
至少两个外壳(111-112/112-113)是相邻的,并且共用一种共同的间区边界(160/170);
每个相邻的外壳(111-112/112-113)包括一种边缘区域(161-162/172-173),其以侧边与间区边界(160/170)相接;以及
相邻的外壳(111-112/112-113)的边缘区域(161-162/172-173)配置成用以通过具有带边缘特征(166-167/176-177)的非线性轮廓线在间区边界(160/170)处增强除冰,边缘特征(166-167/176-177)在与气流方向(A)基本平行的方向上凸起和凹陷。
2.根据前面权利要求所述的防冰系统(40),其中,相邻的外壳包括一种前外壳(111),其具有以侧边与间区边界(160)相接的边缘区域(161),该边缘区域(161)具有具备边缘特征(166)的非线性轮廓,边缘特征(166)在与气流方向(A)基本平行的方向上凸起和凹陷;和/或
其中,相邻的外壳包括一种后外壳(113),其具有以侧边与间区边界(170)相接的边缘区域(173),该边缘区域(173)具有具备边缘特征(177)的非线性轮廓,边缘特征(177)在与气流方向(A)基本平行的方向上凸起和凹陷;和/或
其中,相邻的外壳包括一种中外壳(112),其具有以侧边与间区边界(160)相接的前边缘区域(162),该前边缘区域(162)具有具备边缘特征(167)的非线性轮廓线,边缘特征(167)在与气流方向(A)基本平行的方向上凸起和凹陷;和/或
其中,相邻的外壳包括一种中外壳(112),其具有以侧边与间区边界(170)相接的后边缘区域(172),该后边缘区域(172)具有具备边缘特征(176)的非线性轮廓线,边缘特征(176)在与气流方向(A)基本平行的方向上凸起和凹陷。
3.根据前面两个权利要求的任意一个所述的防冰系统(40),包括防结冰区(301),位于第一组(100)除冰区(101-103)的前面。
4.根据前面任意一项权利要求所述的防冰系统(40),包括第二组(200)相邻的除冰区(201-203);其中:
每个除冰区(201-203)包括外壳(211-213),其限定了一种防冰区域(221-223);
每个外壳(211-213)包括一种电加热器层(231-233),其将电能转换成热,以对相应的防冰区域(221-223)除冰;
至少两个外壳(211-212/212-213)相邻,并且共用一种间区边界(260/270);
每个相邻的外壳(211-212/212-213)包括一种边缘区域(261-262/272-273),其以侧边与间区边界(260/270)相接;以及
相邻的外壳(211-212/212-213)的边缘区域(261-262/272-273)配置成用以通过具有边缘特征(266-267/276-277)的非线性轮廓在间区边界(260/270)处增强除冰,边缘特征(266-267/276-277)在与气流方向(A)基本平行的方向上凸起和凹陷。
5.根据前面两个权利要求的任意一个所述的防冰系统(40),包括防结冰区(301),位于第二组(200)除冰区(201-203)的前面,其中,防结冰区(301)位于第一组(100)除冰区(101-103)和第二组(200)除冰区(201-203)之间。
6.根据前面任意一项权利要求所述的防冰系统(40),其中,边缘特征(166-167、176-177、266-267、276-277)拼接在一起形成连续的间带边界(160、170、260、270)。
7.根据前面权利要求A-D中任意一项所说述的防冰系统(40),其中,边缘特征(166-167、176-177、266-267、276-277)具有圆形形状。
8.根据前面任意一项权利要求所述的防冰系统(40),进一步包括控制器(60),其为每个除冰区(101-103、201-203)间断性地提供电力,其中,间断时间小于20秒,并且两次间断之间的间隔大于10秒。
9.根据前面权利要求1-8中任意一项所述的防冰系统(40)安装在易受冰影响的表面(20)上,其中,表面(30)具有前边缘(30),且气流(A)首先遇到前边缘(30),然后从该处向前后方向流动,并且其中除冰区(101-103、201-203)保护着前边缘(30)的前后表面区域。
10.一种飞行器(10),包括易受冰影响的表面(20)和前面权利要求1-8中任意一项所述的防冰系统(40),所述防冰系统(40)安装在所述易受冰影响的表面(20)上。
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