CN108327913A - 一种基于超疏水电热蒙皮的防除冰控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超疏水电热蒙皮的防除冰控制方法，属于无人机防/除冰领域。该方法首先取得超疏水电热蒙皮固定在机翼模型前缘，将其放入冰风洞，模拟结冰飞行记录结冰延迟时间t₁、结冰3mm时用时t₂、施加电压除冰所用时间t₃。飞机高空结冰飞行时，达到结冰云层后，设置通电延迟时间为t_a＝ω₁(t₁+t₂)，随后开启电热蒙皮进入通电状态；维持通电时间为t_b＝ω₂t₃后，电热蒙皮断电；继电热蒙皮断电后，延迟通电时间为t_a＝ω₁(t₁+t₂)，重新开启电热蒙皮进入通电状态，进入循环控制。本发明通过大量实验模拟飞行条件，找到通/断电和防/除冰之间关系系数ω，并给出合理的控制方法，使飞机达到防/除冰效果同时，能耗降到最低。

Description

一种基于超疏水电热蒙皮的防除冰控制方法

技术领域

本发明涉及无人机防/除冰领域，具体涉及了一种机翼前缘超疏水电热蒙皮加热的控制方法。

背景技术

飞机结冰问题一直是飞机飞行中的最大隐患，飞机结冰通常会带来巨大灾难。近年来越来越多的防/除冰方法出现，然而利用传统电热依然是主流方法(如专利“一种固定翼飞机的电热防/除冰控制方法”)如图1所示，该方法是将传统电热蒙皮布置在机翼前缘，采用持续通电的控制方法，使其达到防除冰效果，如图2所示。这种持续通电的方法在一定程度上实现了防/除冰功能，但是能耗很大，这使得飞机能耗分配很不合理。因此有必要提出一种基于超疏水电热蒙皮的间断通电控制方法，超疏水电热冰蒙皮是将传统电热蒙皮和超疏水微纳复合结构相结合的一种新型蒙皮，通过对其通电时间的合理调整，不仅能实现防除冰效果，而且还能大大降低飞机能耗。

发明内容

本发明的目的就是在有效防/除冰前提下，通过将传统持续加热方式转化为间断控制加热方式来节约飞机自身能耗。

本发明的技术方案：一种基于超疏水电热蒙皮的防除冰控制方法，所述超疏水电热蒙皮，由具有超疏水表面层和该层之下的发热元件层组成，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：取得超疏水电热蒙皮固定在机翼模型前缘，将其放入冰风洞，模拟结冰飞行，调整冰风洞试验参数，模拟高空飞行气象条件，待环境稳定后，记录结冰延迟时间t₁、结冰3mm时用时t₂(国际上通常认为机翼前缘3mm结冰、对飞行影响可以忽略)、施加电压除冰所用时间t₃。

步骤二：飞机高空结冰飞行时，达到结冰云层后，设置通电延迟时间为 t_a＝ω₁(t₁+t₂),随后开启电热蒙皮进入通电状态；所述系数ω₁取值范围： (0.7≤ω₁≤1)，通电延迟适当减小，防止机翼提前结冰；

步骤三：维持通电时间为t_b＝ω₂t₃后，电热蒙皮断电，所述系数ω₂(1≤ω₂≤1.3)，通电时间适当延长，保证机翼前缘没残余冰；

步骤四：继步骤三中电热蒙皮断电后，延迟通电时间为t_a＝ω₁(t₁+t₂),重新开启电热蒙皮进入通电状态；即进入步骤二和步骤三的循环控制。

本发明通过大量实验模拟飞行条件，找到通/断电和防/除冰之间关系系数ω，并给出合理的控制方法，使飞机达到防/除冰效果同时，能耗降到最低。

附图说明

图1表示的是传统电热蒙皮示意图；

图2表示的是传统电热蒙皮在机翼上布置示意图；

图3表示的是间断通电控制示意图；

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而,应当理解,所讨论的具体实施例仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式,而非限制本发明的范围。

对照例：

取得超疏水电热蒙皮，固定在机翼模型前缘，将其放入冰风洞试验段，模拟结冰飞行。调整冰风洞参数，待实验环境稳定后，记录结冰延迟时间t₁＝34s，结冰3mm时用时t₂＝17s，施加电压除冰所用时间t₃＝27s。本实施例中，模拟的飞行环境参数为：风速30m/s，温度-10℃，MVD 30um，LWC 0.3g/m³，蒙皮参数为：电阻50Ω，额定功率约15W，施加电压28W。

具体实施例：

本实施例中基于超疏水电热蒙皮的防除冰控制方法，包括如下步骤：

步骤一：取得传统电热蒙皮固定在机翼模型前缘，将其放入冰风洞试验段，模拟结冰飞行，调整试验参数与对照例一致，待实验环境稳定后，记录结冰延迟时间t₄＝16s，结冰3mm用时t₅＝8s，施加电压除冰所用时间t₆＝45s。

步骤二：飞机高空结冰飞行时，遇到结冰条件后，延迟通电时间为t_a＝ω₁(t₄+t₅)，本实施例中取ω₁＝0.8,因此通电延迟时间为t_a＝ω₁(t₄+t₅)＝0.8*(16s+8s)＝19.2s；

步骤三：维持通电时间为t_b＝ω₂t₃后，电热蒙皮断电；本实施例中取ω₂＝1.1，因此通电时间为t_b＝ω₂t₃＝1.1*45s＝49.5s。

步骤四：继步骤三中电热蒙皮断电后，延迟通电时间为19.2s,重新开启电热蒙皮进入通电状态；即进入步骤二和步骤三的循环控制。

通断电时序图如图3所示。

实施例与对照例数据分析：传统电热延迟通电24s，通电除冰45s；实际飞行延迟通电51s，通电除冰27s。电热蒙皮功率为28w，相同时间内传统电热蒙皮通电消耗 1260W，超疏通电消耗672W，则通过合理控制通断电时间，能耗降低了47％。

综上所述，本发明提出的一种基于微纳防/除冰蒙皮的最优控制方法通过对蒙皮通 /断电时间合理调整，优化能耗分配，相比传统电热持续加热方式，本发明有以下优点：

1、间断供电，降低了机载能耗47％；

2、可根据外界飞行条件，调节通断电时间，达到最优控制。

Claims (1)

1.一种基于超疏水电热蒙皮的防除冰控制方法，所述超疏水电热蒙皮，由具有超疏水表面层和该层之下的发热元件层组成，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：取得超疏水电热蒙皮固定在机翼模型前缘，将其放入冰风洞，模拟结冰飞行，调整冰风洞试验参数，模拟高空飞行气象条件，待环境稳定后，记录结冰延迟时间t₁、结冰3mm时用时t₂(国际上通常认为机翼前缘3mm结冰、对飞行影响可以忽略)、施加电压除冰所用时间t₃。

步骤二：飞机高空结冰飞行时，达到结冰云层后，设置通电延迟时间为t_a＝ω₁(t₁+t₂),随后开启电热蒙皮进入通电状态；所述系数ω₁取值范围：(0.7≤ω₁≤1)，通电延迟适当减小，防止机翼提前结冰；

步骤三：维持通电时间为t_b＝ω₂t₃后，电热蒙皮断电，所述系数ω₂(1≤ω₂≤1.3)，通电时间适当延长，保证机翼前缘没残余冰；

步骤四：继步骤三中电热蒙皮断电后，延迟通电时间为t_a＝ω₁(t₁+t₂),重新开启电热蒙皮进入通电状态；即进入步骤二和步骤三的循环控制。