CN105667807A - 一种超声波与电加热复合防除冰装置 - Google Patents

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王小辉
苗新宇
刘清
郭涛
马庆林
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Abstract

本发明属于飞机防冰、除冰领域，提出了一种超声波与电加热复合防除冰装置，包括：结冰信号器1，用于探测飞机是否进入了结冰区域，如果进入了结冰区域，通过信号线2发结冰告警信号以及结冰速率信息给防除冰控制盒6；防除冰控制盒6，用于根据结冰告警信号以及结冰速率信息，先发送脉冲加温信号给电加热组件3，然后发送开启工作指令给超声波控制器5；电加热组件3，用于根据脉冲加温信号对结冰防护区域蒙皮进行加温；超声波控制器5，用于根据开启工作指令向超声波振荡器4发送工作指令；超声波振荡器4，用于根据工作指令对结冰防护区域蒙皮开启超声波。除冰时间短，能耗低。

Description

一种超声波与电加热复合防除冰装置
技术领域
本发明属于飞机防冰、除冰领域，涉及一种防冰除冰装置。
背景技术
飞机在含有过冷水滴的云层中飞行时，许多部件会出现结冰现象，如机翼、尾翼前缘、螺旋桨、发动机进气口、风挡玻璃等。飞机结冰会破坏飞机的气动外形，阻碍了空气的流动，增大了摩擦力并减小了升力，尤其是机翼和尾翼上的冰对飞机影响更大，这不但会使飞机升阻特性恶化，而且还会使飞机的飞行安全性降低，甚至造成机毁人亡的事故。
电加热防除冰技术目前在国内外飞机上应用较为广泛，主要用于飞机尾翼防除冰上，很少有飞机机翼防除冰系统采用电加热防除冰技术。这是因为飞机上的发电设备提供的电能远远达不到大范围采用电加热防除冰技术的要求，因此电加热防除冰技术在飞机的适用性上具有一定的局限性。因此，探索与发展新型快速、高效、节能的飞机防除冰技术具有重要的应用价值。
超声波作为一种能量形式，在机尾翼部件上传播时，分为Lamb波和水平剪切波，这两种波在异性介质中传播时，会在不同物体的交接面上(如冰和机尾翼前缘)产生速度差，使交接面上的接触质点产生剪切应力场，当这个应力场足够大时，就可以达到除冰的目的。另外，在飞机的防护区域如机尾翼前缘按一定规律加一脉冲电流，只需将防护区域表面上的冰融化形成很薄的液体层，消弱了冰与飞机的附着力，结合超声波产生的力就可以轻松将冰除去。
发明内容
本发明的目的是：本发明提出了一种超声波与电加热复合防除冰装置，除冰时间短，能耗低。
本发明的技术方案是：
一种超声波与电加热复合防除冰装置，包括：
结冰信号器1、电加热组件3、超声波振荡器4、超声波控制器5、防除冰控制盒6；
结冰信号器1，用于探测飞机是否进入了结冰区域，如果进入了结冰区域，通过信号线2发结冰告警信号以及结冰速率信息给防除冰控制盒6；
防除冰控制盒6，用于根据结冰告警信号以及结冰速率信息，先发送脉冲加温信号给电加热组件3，然后发送开启工作指令给超声波控制器5；
电加热组件3，用于根据脉冲加温信号对结冰防护区域蒙皮进行加温；
超声波控制器5，用于根据开启工作指令向超声波振荡器4发送工作指令；
超声波振荡器4，用于根据工作指令对结冰防护区域蒙皮开启超声波。
电加热组件3对结冰防护区域蒙皮中的前缘驻点区域进行持续加热，对结冰防护区域蒙皮中的其它区域进行周期脉冲电加热。
本发明的优点是:本发明是一种复合式防除冰技术，具有以下优点：
本技术方案采用的是脉冲电加热技术，只需将机翼尾翼防护区域表面上的冰融化形成很薄的液体层，消弱了冰与飞机的附着力，再结合超声波防除冰技术，可以快速的达到防除冰的目的。这与传统的电加热防除冰技术相比，大大减少了加热时间。
本发明采用超声波与电加热复合防除冰技术，与传统电加热防除冰技术相比，由于加热时间缩短，其所需要的能量也大幅减少，所需要的能量仅为传统电加热防除冰技术的几十分之一。
本发明采用超声波与电加热复合防除冰技术，由于其加热迅速，并且冷却也快，没有过多的能量向结构蒙皮传热，热损失也大大降低，是一种更高效的利用能源防除冰技术。
本发明采用超声波与电加热复合防除冰技术，这种复合除冰方式不会有水滴向机翼后缘流动而形成溢流冰，进而影响飞机的气动外形。
本发明设备简单，结构紧凑，重量轻，只需要在机翼尾翼蒙皮的内表面添加多组超声波换能装置，不会影响飞机的气动外形，也不会额外过多的增加飞机重量。
附图说明
图1是本发明防除冰系统布置图，其中，W为需要防除冰的机翼前缘；T为需要防除冰的垂直安定面；S为需要防除冰的尾翼前缘。
图2是本发明防除冰系统布置图。
图3是本发明超声波振荡器布置图。
图4是本发明机翼结构布置图。
其中：1、结冰信号器，2、信号线，3、电加热组件，4、超声波振荡器，5、超声波控制器，6、防除冰控制盒，7、前缘蒙皮，8、绝缘层。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的说明。参见图1，对于现有的飞机，一般需要防除冰位置包括机翼前缘和尾翼前缘。
一种超声波与电加热复合防除冰装置，如图2所示，包括：
结冰信号器1、电加热组件3、超声波振荡器4、超声波控制器5、防除冰控制盒6；
结冰信号器1，用于探测飞机是否进入了结冰区域，如果进入了结冰区域，通过信号线2发结冰告警信号以及结冰速率信息给防除冰控制盒6；
防除冰控制盒6，用于根据结冰告警信号以及结冰速率信息，先发送脉冲加温信号给电加热组件3，然后发送开启工作指令给超声波控制器5；
电加热组件3，用于根据脉冲加温信号对结冰防护区域蒙皮进行加温；
超声波控制器5，用于根据开启工作指令向超声波振荡器4发送工作指令；
超声波振荡器4，用于根据工作指令对结冰防护区域蒙皮开启超声波。
电加热组件3对结冰防护区域蒙皮中的前缘驻点区域进行持续加热，对结冰防护区域蒙皮中的其它区域进行周期脉冲电加热。
如图4所示，电加热组件为系统提供加热所需要的热量，其由前缘蒙皮7、电加热组件3、绝缘层8用胶粘接而成，分为a、b、c、d个加热区，其中a区域持续电加热，其它b、c、d区域由除冰控制盒6分周期的脉冲电加热。
如图3所示，超声波振荡器4螺接固定安装于蒙皮的内表面，形状可为圆形和矩形，沿飞机展向呈阵列形式排布。超声波振荡器4的振荡频率和蒙皮的固有频率一致。在除冰控制盒脉冲电加热过程中开始工作，开启的数量和工作时间由超声波控制器5控制。
本发明的工作原理是：当飞机进入了结冰区域时，结冰探测器发出结冰告警，飞行员根据结冰告警信号或者飞机自动打开机翼尾翼防除冰系统，防除冰电加热控制盒开始工作。除冰控制盒6控制机翼尾翼前缘电加热组件3持续电热，以防止前缘结冰；给其它加热区域a、b、c、d按照不同的加热周期性周期性施加脉冲电压进行加热，只需要将该这些防护区域表面上的冰融化形成很薄的液体层，以消弱前缘积冰与蒙皮之间附着力。此时，超声波控制器5开始工作，发送与激励超声波振荡器5相匹配的高频交流电信号产生高频振荡的超声波。而超声波作为一种能量形式，在机尾翼部件上传播时，分为Lamb波和水平剪切波，这两种波在异性介质中传播时，会在不同物体的交接面上(如冰和机尾翼前缘)产生速度差，使交接面上的接触质点产生剪切应力场，当这个应力场足够大时，就可以达到除冰的目的。
结冰探测器1可以探测飞机的结冰强度。除冰控制盒6可以根据结冰强度信息，调节加热规律以适应结冰环境；超声波控制器5可以根据结冰强度信息调节超声波振荡器4功率，以及周期性的改变超声振荡器4工作数量。
本发明所述的防除冰的超声波与电加热复合防除冰装置是在已有的脉冲电加热基础上，辅助加装一组超声波装置，按照一定的控制规律对飞机机翼尾翼进行防除冰，这种复合方式防除冰技术除冰时间短，可以大大减少用电量，能量消耗低，并且没有过多的热量残余于机翼尾翼蒙皮内，是一种能够更高效的利用能源防除冰技术。

Claims (2)

1.一种超声波与电加热复合防除冰装置，其特征在于，包括：
结冰信号器(1)、电加热组件(3)、超声波振荡器(4)、超声波控制器(5)、防除冰控制盒(6)；
结冰信号器(1)，用于探测飞机是否进入了结冰区域，如果进入了结冰区域，通过信号线(2)发结冰告警信号以及结冰速率信息给防除冰控制盒(6)；
防除冰控制盒(6)，用于根据结冰告警信号以及结冰速率信息，先发送脉冲加温信号给电加热组件(3)，然后发送开启工作指令给超声波控制器(5)；
电加热组件(3)，用于根据脉冲加温信号对结冰防护区域蒙皮进行加温；
超声波控制器(5)，用于根据开启工作指令向超声波振荡器(4)发送工作指令；
超声波振荡器(4)，用于根据工作指令对结冰防护区域蒙皮开启超声波。
2.如权利要求1所述的一种超声波与电加热复合防除冰装置，其特征在于，电加热组件(3)对结冰防护区域蒙皮中的前缘驻点区域进行持续加热，对结冰防护区域蒙皮中的其它区域进行周期脉冲电加热。
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