CN106555621B - 发动机进气道防冰器及防冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供根据发动机进气道防冰器及防冰方法，能实现对热流流量的有效控制，以提高航空发动机进气道防冰器热交换效率，提升防冰或除效果。其中的发动机进流道防冰器包括引流装置、多个集流装置、振动激励器以及控制器，其中，引流装置用于引入热流；多个集流装置分别连接引流装置，并构造成能对应进发动机的进气道前帽罩的不同区域喷流；振动激励器用于对结冰的进气道前帽罩发射激励信号并接收因此而产生的反馈信号；控制器接收振动激励器传输的激励信号、反馈信号的数据，并进行模态分析以推断出进气道前帽罩的结冰区域以及结冰量，并根据结冰区域以及结冰量控制引流装置的引流量，以及引流量在多个集流装置的分配。

Description

发动机进气道防冰器及防冰方法

技术领域

本发明涉及发动机进气道防冰器及防冰方法。

背景技术

航空发动机进气道结冰是飞机结冰中最危险的情况，它不仅直接导致进气道气动外型的破坏，降低发动机推力，增大飞行负载，而且当进气道内冰层脱落时将随气流进入发动机内部，打伤具有很大转速的风扇叶片，造成压气机的机械损伤，甚至整台发动机的破坏，直接引发飞行事故。因此，为了保证飞行安全，发动机防冰十分重要。

通常的热气防冰装置由压气机引气，流过控制活门之后，让热空气在进气道前缘换热通道内自由流动，最后从排出口排出。或者采用环形喷气管路，在管路上打一些小孔，通过支架固定在短舱前压舱壁面上，热空气通过管路上开的小孔，将热气向一定方向喷出至防冰表面，起到防冰的作用。但是，不管上述何种防冰器都没有实现对热空气流量的有效控制，换热效率难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机进气道防冰器，其能实现对热流流量的有效控制，以提高航空发动机进气道防冰器热交换效率，提升防冰或除冰效果。

本发明的另一目的还提供一种发动机进流道防冰方法。

根据本发明一方面的发动机进流道防冰器包括引流装置、多个集流装置、振动激励器以及控制器，其中，引流装置用于引入热流；多个集流装置分别连接所述引流装置，并构造成能对应进发动机的进气道前帽罩的不同区域喷流；振动激励器用于对结冰的所述进气道前帽罩发射激励信号并接收因此而产生的反馈信号；控制器接收所述振动激励器传输的所述激励信号、所述反馈信号的数据，并进行模态分析以推断出所述进气道前帽罩的结冰区域以及结冰量，并根据所述结冰区域以及结冰 量控制所述引流装置的引流量，以及所述引流量在所述多个集流装置的分配。

在优选的实施例中，所述引流装置包括引流管、受所述控制器控制的放流活门、受所述控制器控制的分流控制阀、连接分流控制阀与所述多个集流装置的分流管，所述放流活门用于调节所述引流管的引流量，所述分流控制阀用于分配所述引流量分别进入所述多个集流装置。

在优选的实施例中，所述集流装置包括用于接收热流的集流腔体以及贯通集流腔体的内腔并面朝进气道前帽罩的喷流孔。

在优选的实施例中，该发动机进流道热流防冰器还包括温度传感器，其用于检测进气道前帽罩的表面温度，所述控制器根据该温度传感器的检测信号打开该发动机进流道热流防冰器。

在优选的实施例中，所述引流装置用于从高压压气机中引入热气。

根据本发明另一方面的发动机进流道防冰方法，其包括

步骤a，对结冰的进气道前帽罩发射激励信号并接收因此而产生的反馈信号；

步骤b，根据所述激励信号、所述反馈信号的数据，计算所述结冰的进气道前帽罩的固有状态，并与未结冰状态下的所述进气道前帽罩固有模态进行对比，推断出所述进气道前帽罩的结冰区域及结冰量；以及

步骤c，根据所述结冰量控制从热源中引入热流的引流量，并根据所述结冰区域对所述引流量进行分配，以使对应结冰程度的热流量喷至进气道前帽罩的不同区域，通过热流与进气道前帽罩进行热交换，以防止进气道前帽罩结冰。

在优选的实施例中所述方法还包括检测进气道前帽罩的表面温度，当所述表面温度低于设定的阈值时，执行所述步骤a至步骤c。

在优选的实施例中所述热源为高压压气机。

本发明根据换热区域是否结冰以及结冰量的大小来精确控制总的热流引气量及各个防冰区域热流量，因此能实现对热流流量的有效控制，从而可提高发动机进气道热气防冰器的效率，减小引气量。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一实施例中发动机进气道热气防冰器的主视图；

图2为图1中的发动机进气道热气防冰器的立体图；。

图3为沿图1中A－A方向的剖视图；

图4为图1中的发动机进气道热气防冰器的另一立体图；

图5为显示图1中集气腔体正面的立体图；

图6为显示图1中集气腔背面的另一立体图；

图7为图1中支架的立体图；

图8A为振动激励器的信号发射端的示意图；

图8B为振动激励器的插头的示意图；

图9为发动机的示意性立体图；

图10为发动机的示意性剖视图；

图11为本发明一实施例中发动机进气道热气防冰器的控制方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图11所示，在本发明的一实施例中，发动机进流道防冰器包括引流装置100、多个集流装置200、振动激励器32、控制器33。引流装置100用于从热源引入热流。热源可以是高压压气机，热流相应地为热气。热源不限于此，例如热源也可以是发动机滑油系统循环，热流相应地为热滑油。多个集流装置200分别连接引流装置100，构造成能对应进发动机的进气道前帽罩的不同区域喷流，这样就可以利用热流与结冰的进气道前帽罩进行热交换，防止或者消除结冰。振动激励器32用于对结冰的进气道前帽罩发射激励信号并接收因此而产生的反馈信号。控制器33接收振动激励器32传输的反馈信号的数据，并进行模态分析以推断出进气 道前帽罩的结冰区域以及结冰量，并根据所述结冰区域以及结冰量控制引流装置100的引流量，以及引流量在多个集流装置200的分配。

航空发动机在高空飞行或者地面条件下存在进气道结冰的可能，因此，需要通过进气道防冰装置实现除冰或者防冰的功能。一般的发动机进气道防冰装置直接从高压压气机引气，进气进气道前缘的换热通道内即自由流动，再通过排气口排出，存在引气量不可调节以及在换热通道内的热气流动方向和速率不可控的问题，导致换热效率不可控，并且存在由于引气量过大或过小导致烧坏进气道内结构或者防冰效果不理想的可能性。也有的防冰器通过控制防冰引气量大小及气流流动方向提高换热效率并减少引气量，但对于特定结冰区域的防冰效果却不甚理想，从而制约了整个防冰系统的效率提升。

图11所示的实施例可以推断出进气道前帽罩的具体的结冰区域及结冰量，从而精确控制从热源的引流量大小，及控制几个集流装置的进流量大小，综合调节各个区域的防冰效果，提升整个防冰系统的效率。

在优选的实施例中，还可以同时通过温度传感器34监测防冰表面温度，当温度低于阀值时控制器33打开发动机进流道防冰器。

在后述的实施例中，热源以高压压气机为例进行说明。

如图9所示，发动机通过吊挂24安装在飞机机翼之下，其进气道进口21位于发动机前端。图10进一步显示了发动机的基本构造，其中热空气从高压压气机20引出，流经放流活门19，进入引流管12，再经过分流控制阀16控制通往各个集流装置的流量，经集流装置喷出，在换热通道11内换热完毕经排气口3排出。由进气道前帽罩10和短舱前壁面9共同构成了周向的换热通道。

同时结合图1至图4，引流装置100包括放流活门19、引流管12、分流控制阀16、连接分流控制阀16与多个集流装置的分流管13，放流活门19用于调节引流管12的引流量，分流控制阀16用于分配引流量分别进入多个集流装置。引流装置100也可以由其他的流体控制元件构成，只要能够用于控制流体大小以及分配流体就可以。

集流装置200包括如图5、图6所示的集流腔体1，集流腔体1两端为盲端26，在其面向进气道前帽盖10的表面布满喷流孔25。集流腔体1的背侧设置进气孔28，其用于接收从分流管13流入的热流。集流腔体1通过安装座上的螺钉孔 27固定在发动机机匣的短舱前壁面9上。如图1所示，多个集流腔体1在短舱前壁面9上呈环形布置，如图7所示，支架2通过其两端的法兰上的螺栓孔29固定在短舱前壁面9上，两个集流腔体1共用一个支架2来进一步固定连接在短舱前壁面9上。集流腔1与支架2关于进气道中面对称分布。

如图2所示，热空气从引流管12引入后，进入分流控制阀16，分流控制阀16受控制器33控制分配到各个分流管13内的空气流量，分流管13与各个集流腔体1连通，换热完毕后的热空气经由排流管7排出。

如图3和图4所示，引流管12通过引流管安装法兰17固定于短舱后壁面8上，热空气由引流管12引入到分流控制阀16内，分气控制阀16通过分气控制阀插座21与控制器33连接，并传输信号，通过分流控制阀16控制流向各个分流管13内的空流流量，分流管13与各个集流腔体1连通，热空气通过集流腔体1的喷流孔25向换热通道11内均匀喷出，与对应位置处的进流道前帽罩10换热完毕后到达排流口3，通过排流管7排入到进流道内或者短舱蒙皮14外。振动激励器32可以安装于换热通道11内靠近排流口3的短舱腔壁面9上。

如图3以及如图8A和图8B所示，在本发明的一实施例中，振动激励器32安装于排气口3附近，通过激励信号发射端30向进气道前帽罩10发射激励信号，激发进气道前帽罩10的振动，并接收反射回来的信号，并将发射的信号数据和反馈回来的信号数据通过振动激励器插头31同步传输控制器33，计算进气道前帽罩10的当前状态下的固有模态，并结合未结冰时的固有模态推断出进气道前帽罩10上的结冰位置和结冰量。

在本发明的其他实施例中，各个集流腔体1的周向长度可以不同，其采用高温合金或者其他耐高温材料制造。

如图所示的实施例的工作原理如下：

(1)当温度传感器34监测到防冰表面温度低于阀值时，开启防冰器；

(2)由振动激励器32向进气道前帽罩10发射振动激励信号，并接收反馈回来的信号，将振动激励器32将振动激励信号以及反馈信号数据同步传输至控制器33，由控制器33计算出进气道前帽罩10的当前固有模态，并结合未结冰的固有模态并推断出具体的结冰位置和结冰量；

(3)当某个位置需要防冰除冰时，控制器发出指令，调节防冰控制活门19 开口量大小，并控制分流控制阀16调节具体某个集流腔体1的引气量大小；

(4)热空气由引流管12进入分流控制阀16，再经过分流控制阀16调节由分流管13流入集流腔体1的流量大小，在集流腔体1内由喷流孔25均匀稳定向换热通道内喷出；

(5)控制器33调节控制活门19开口量大小，控制分流控制阀16，以使在各种防冰条件下从压气机引气量最小，并使防冰效率最高。

(6)控制器33接收振动激励器32的信号，计算进气道前帽罩10在当前状态下的固有模态，并结合无结冰状态下的固有模态来推断具体的结冰位置和结冰量大小。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.发动机进流道防冰器，其特征在于包括：

引流装置，用于引入热流；

多个集流装置，分别连接所述引流装置，并构造成能对应进发动机的进气道前帽罩的不同区域喷流；

振动激励器，用于对结冰的所述进气道前帽罩发射激励信号并接收因此而产生的反馈信号；以及

控制器，接收所述振动激励器传输的所述激励信号、所述反馈信号的数据，并进行模态分析以推断出所述进气道前帽罩的结冰区域以及结冰量，并根据所述结冰区域以及结冰量控制所述引流装置的引流量，以及所述引流量在所述多个集流装置的分配。

2.如权利要求1所述的发动机进流道防冰器，其特征在于所述引流装置包括引流管、受所述控制器控制的放流活门、受所述控制器控制的分流控制阀、连接分流控制阀与所述多个集流装置的分流管，所述放流活门用于调节所述引流管的引流量，所述分流控制阀用于分配所述引流量分别进入所述多个集流装置。

3.如权利要求1所述的发动机进流道防冰器，其特征在于所述集流装置包括用于接收热流的集流腔体以及贯通集流腔体的内腔并面朝进气道前帽罩的喷流孔。

4.如权利要求1所述的发动机进流道防冰器，其特征在于该发动机进流道热流防冰器还包括温度传感器，其用于检测进气道前帽罩的表面温度，所述控制器根据该温度传感器的检测信号打开该发动机进流道热流防冰器。

5.如权利要求1所述的发动机进流道防冰器，其特征在于所述引流装置用于从高压压气机中引入热气。

6.发动机进流道防冰方法，其特征在于包括

步骤a，对结冰的进气道前帽罩发射振动激励信号并接收因此而产生的反馈信号；

步骤b，根据所述激励信号、所述反馈信号的数据，计算所述结冰的进气道前帽罩的固有模态，并与未结冰状态下的所述进气道前帽罩固有模态进行对比，推断出所述进气道前帽罩的结冰区域及结冰量；以及

步骤c，根据所述结冰量控制从热源中引入热流的引流量，并根据所述结冰区域对所述引流量进行分配，以使对应结冰程度的热流量喷至进气道前帽罩的不同区域，通过热流与进气道前帽罩进行热交换，以防止进气道前帽罩结冰。

7.如权利要求6所述的发动机进流道防冰方法，其特征在于包括检测进气道前帽罩的表面温度，当所述表面温度低于设定的阈值时，执行所述步骤a至步骤c。

8.如权利要求6所述的发动机进流道防冰方法，其特征在于所述热源为高压压气机。