CN1092728A - 前端可压缩的动力除冰器 - Google Patents

Abstract

一种除冰器具有紧靠覆盖着前缘顶部的外皮之 下的可压缩件，当外皮挠曲装置使外皮挠曲时，所述 可压缩件有利于覆盖着可压缩件的外皮朝向下部结 构挠曲。

Description

本发明涉及一种除冰器，它利用动力运动排除在结冰的大气条件下飞行过程中在各种飞行器表面上积累的冰层。具体来说，本发明涉及一种机械式除冰器，这种除冰器利用外皮挠曲装置靠动力驱动积累冰层的薄的可挠曲的外皮。本发明的除冰器具有一可压缩件，它紧靠着覆盖在前缘曲率最小区域上的外皮之下。

近年来，许多飞机制造厂商一直在寻求一种改进的冰保护系统，以便使飞机能在结冰的大气条件下安全飞行。在各种飞行器结构的前缘表面上积累的冰层可以严重影响飞行器的空气动力学特性。上述飞行器结构包括机翼，发动机进口及水平和垂向稳定器。所谓前缘是指结构表面的遭遇并突破冲击飞行器结构表面的气流的那些部分。冲击气流是在飞行中引起的。传统的气动除冰器，电热除冰器及排气防冰器多年来一直用于保护普通航空或商用飞行器的前缘。上述冰保护技术详见联邦航空局1963年12月出版的《飞机机架冰技术资料工程概要》中的技术报告ADS-4。除了上述经过验证的技术之外，许多飞机制造厂商和操纵者一直希望有一种除冰性能更好，寿命更长，重量减轻且节省能量的新系统。

按照上述需求，已经研制了一种系统，它利用外皮挠曲装置靠动力驱动积累冰层的薄的可挠曲的外皮。动力驱动引起薄的可挠曲的外皮的快速运动，足以将积累的冰帽解除粘合，抖落并排入环绕的气流中去。如下面将详述的那样，外皮挠曲装置可呈多种形式。

在一些装置中，外皮挠曲装置与薄的可挠曲的外皮相结合成一种整体式除冰器。这种整体式除冰器一般制成薄片状，然后再粘合于已有的飞机结构的前缘表面。除冰器一般设计成可从飞机结构上卸下并使用可更换的粘合剂如3M1300L橡胶泥进行更换。美国专利第4，706，911号“为前缘除冰的方法和装置”（以下简称“气动脉冲”专利），美国专利第4，875，644号“除冰用的电推斥分离系统”（以下简称“电推斥”专利），以及美国专利第5，129，598号“可附装的电脉冲除冰器”（以下简称为“电脉冲”专利）中描述了实例。在另一些装置中，外皮挠曲装置与薄的可挠曲的外皮及加固结构相结合，从而形成带有整体除冰能力的整体式前缘结构。除冰器永久地粘合于加固结构，当除冰器失效时需要更换整个组件。美国专利第5，098，037号“具有整体排斥系统的结构性机翼”（以下简称“整体排斥系统”专利）中描述了实例。在本申请中，附装除冰器的结构称为“下部结构”。下部结构的实例包括具有前缘表面的现有飞机结构和上述讨论的加固结构。

如上所述，外皮挠曲装置可呈多种形式。在“电推斥”专利中，外皮挠曲装置具有上部导体阵列和下部导体阵列。上部导体基本相互平行并临近下层的导体。上部导体串联于下部导体，形成单一的连续导体，从上层，绕下层，回绕上层，依此类推。当向输入引线施加电压时，在上部导体中形成电流，该电流在所有上部导体中都是同方向的。同样，在下部导体中形成电流，该电流在所有下部导体中都是同方向的，但是与上部导体中的电流方向相反。如“电推斥”专利中所述，保持在一层的所有导体中恒定的电流方向可大大地增加两层之间的分离力。

在下部结构上安装除冰器之后，上部和下部导体夹在结构件和表面层（表面层与薄的可挠曲的外皮相似）之间。在施加大幅度的瞬时电流脉冲时，上、下层中的相反的电磁场强烈地相互推斥。这种运动引起表面层的动力运动，实现动力除冰。如“电推斥”专利所述，在2300和3100安培之间的，在100微秒内的电流脉冲可产生有效的除冰作用。在“电推斥”专利中描述了产生上述脉冲的电路。该电路包括形成脉冲的网，但这不是绝对必要的。

利用电磁装置的另一种外皮挠曲装置见于“电脉冲”专利。具有至少一个线圈导体的平面线圈夹在表面层和导电结构（如铝制飞机结构的前缘）之间。在美国专利第5，152，480号“平面线圈结构”（下文简称“平面线圈”专利）中，详细描述了平面线圈。如“电脉冲”专利中所述，大幅度瞬时电流脉冲作用在线圈上。线圈中的电流引起迅速变化的强电磁场，该电磁场在导体结构中产生涡流，导体结构又产生相反的电磁场。两电磁场相互推斥，产生在线圈和结构之间的推斥力。线圈在结构层中引起动力运动，因而实现动力除冰。在100微秒内大约3000安培的峰值电流可产生有效的除冰效果。该专利也公开了产生上述电流的电路。该电路与“电推斥”专利所述的电路十分相似。

在前一实例中，外皮挠曲装置由一单一整体平面线圈构成。如果下部结构的导电性能不足以有效地形成涡流，则可设置一目标层。目标层可要求设有纤维增强的塑料结构，或者极薄而不能有效形成涡流的导电结构。目标层是一片导电材料如铜或铝，临近于线圈的一个表面。当向线圈施加大幅度瞬时电流脉冲时，由于线圈中电流产生的，以及在目标层中涡流产生的相反的磁场，线圈和目标层强烈地相互推斥。这种运动在表面层中引起动力运动，实现动力除冰。目标层可作为下部结构的一部分，或可作为薄的力和位移产生装置的一部分。同样，如“电脉冲”专利中所述，目标层或线圈可紧靠于外皮之下，如果目标层紧靠外皮之下，则目标层向外皮施加运动力。相反，如果线圈紧靠外皮之下，则线圈向外皮施加运动力。

“平面线圈”专利也公开了类似于“电推斥”专利的一种电推斥变型。两互成镜像的整体平面线圈相互重叠并实现电连接，当向每个线圈施加大幅度瞬时电流脉冲时，使得每个线圈中的电流方向相反。在两线圈中产生相反的电磁场，使线圈强烈地相互推斥。这个运动在表面层中引起机械脉冲，实现除冰作用。这种方法与利用单一导体形成上部导体和下部导体的“电推斥”专利不同。

在“气动脉冲”专利和“整体推斥系统”专利中描述了一种利用加压气体的外皮挠曲装置。许多气动脉冲管在薄的可挠曲的外皮下在跨度方向延伸。这些管和外皮由纤维增强塑料结构支承，一起构成带有整体除冰能力的前缘结构。沿每条管的跨度间隔地在管上整体形成专用接头。气动脉冲阀装在每个接头上。在美国专利第4，878，647号“气动脉冲阀和分离系统”中描述了一种适用的阀。这种阀的高压空气（500至5000psig）容体小（大约1立方英寸）。当受到电磁铁驱动时，这种阀快速地将加压空气通过接头放入每条管中。膨胀的空气脉冲使管膨胀，在外皮中引起机械运动，因而实现动力除冰。膨胀气体脉冲最好在500微秒以内使管膨胀。

这些专利说明至今已研制出多种外皮挠曲装置。“电推斥”专利，“电脉冲”专利，“平面线圈”专利，“气动脉冲”专利以及“整体气动脉冲”专利提供了可用作外皮挠曲装置的种种结构实例。在每个实例中，外皮挠曲装置产生一个使外皮从下部结构挠曲的力。这里提及上述专利只是描述性的，用作外皮挠曲装置的种种结构并不局限于上述专利的技术内容。

在图1和2中画出了本技术领域的特定装置。图1和2所示除冰器具有“气动脉冲”专利和“整体推斥系统”专利中所述的利用压缩空气的那种外皮挠曲装置。除非另有说明，下面的讨论同样适用于利用类似于“电推斥”专利，“电脉冲”专利和“平面线圈”专利所述的电磁装置的外皮挠曲装置。现参阅图1，除冰器100附装在下部结构102上，下部结构102用于支承除冰器100。外表面122遭遇并突破冲击气流119。冰帽115是由气流119在大气结冰条件下在飞行过程中沉积形成的。图1所述截面是弦向截面。弦向定义为大约与冲击气流119绕经除冰器100和下部结构102时的气流方向相平行。除冰器100和下部结构102时的气流方向相平行。除冰器100和下部结构102也在跨度方向上延伸，跨度方向基本垂直于弦向。除冰器和下部结构在跨度方向上可以是直的，也可具有曲率。如果除冰器100使用于发动机进口，那么，跨度方向相应于进口的圆周。在实施本发明时，跨度方向的曲率可以基本忽略不计。因此，在本申请中，术语“曲率”仅指在弦向截面中测得的曲率。

外表面122的曲率半径R取决于沿外表面122的弦向位置而变化。曲率半径R是在弦向平面内垂直于外表面122测量的。除冰器100和下部结构102具有一个顶部120。术语“顶部”意指曲率半径最小的外表面。外表面122形成一种典型的弯曲，其中最小曲率半径R在顶部120上，曲率半径R随离开顶部120的距离而增加。

除冰器100包括外皮104和外皮挠曲装置103。下部结构102可由金属如铝制成，或由纤维增强的塑料如浸渍塑料基质的许多层加强片制成（例如浸渍环氧树脂的碳纤维，玻璃纤维或凯夫拉尔纤维层）。除冰器的外表面为外表面122。

薄的可挠曲的外皮104包括耐腐蚀层105和底层106。耐腐蚀层可由几乎任何具有良好耐腐蚀性能的薄膜构成。0.05英寸厚的钛以及0.007至0.016英寸厚的聚醚-醚-酮（PEEK）一直用于制作耐腐蚀层105。底层106既可以支承和加强耐腐蚀层，也可以将耐腐蚀层粘合到外皮挠曲装置103上。环氧树脂和丁腈酚醛膜粘合剂（expoxy    and    nitrile    phenolic    film    adhesives）一直用于制作底层106。

外皮挠曲装置103具有5条可膨胀管107-111，这些管沿每条管的一缘相互抵接。管107-111可以由涂有塑料的织物，如浸渍丁腈酚醛树脂的尼龙织物，可者涂有橡胶的织物，如涂有氯丁橡胶的尼龙织物制成。在“气动脉冲”专利和“整体推斥系统”专利中详述了管107-111。一条管109覆盖在顶部102上。图中管110是膨胀的。在管108和109上的外皮104的挠曲分别由虚线112和113表示。如“气动脉冲”专利或“整体推斥系统”专利所述，管107-111按程序由压缩空气脉冲膨胀。管107-111的膨胀引起外皮104中的动力运动，冰帽115被解除粘合并震成侧面的冰块116和118和前端的冰块117，这些冰块被弹入冲击气流119。中心线121平分除冰器100和下部结构102。取决于入射气流相对于中心线121的角度，冰帽115可以主要移至一个表面或另一表面。例如，如果入射气流转至中心线121之下，冰帽将移回至管107上，并向前只移至管110之一部分上。移动量取决于入射气流119和中心线121的角度的大小，该角度是飞机飞行和气流特性的函数。管107和111用于防止冰帽115的移动，它们通常作为一个启动循环的一部分，与管108-110一起按程序被驱动。

现参阅图2，除冰器200描述外皮挠曲装置的另一种布置。如图所示，除冰器200附装于具有顶部220的下部结构202上。除冰器200具有外皮204和外皮挠曲装置203。除冰器200和下部结构202被中心线221所平分。除冰器200具有外表面222。外表面222的曲率半径R随着与顶部220的距离而变化。这里，外皮挠曲装置203只有四条管207，208，210和211，管208和210的边缘直接抵在顶部220上面。外皮204包括底层206和耐腐蚀层205。下部结构202，外皮挠曲装置203和外皮204可以用与除冰器100的下部结构102，外皮挠曲装置103和外皮104相同的材料制成。冰帽215由冲击气流219沉积而成，如图所示，已被解除粘合并震成侧面冰块216和218，以及前端冰块217。如前面对除冰器100的外皮挠曲装置103的描述一样，冰帽215由外皮挠曲装置203的启动而解除粘合并震裂。同样，管207和211是用来防止冰帽215移动的。图中除冰器200由于管210膨胀而处于启动状态。在其后管208的膨胀中引起的外皮204的挠曲形状由虚线212表示。管210由压缩空气脉冲而膨胀，迫使外皮204向外迅速移动。在管210的膨胀过程中，外皮204运动使管210上的冰帽215解除粘合并震成部块218，弹入气流219中。其后在管208的膨胀中，管208上的冰帽215被解除粘合并震碎，侧面冰块216被弹入气流219中。前端冰块217位于管208和210抵接的区域上。如图所示，外皮204在管的边缘上的挠曲小于在管中间的挠曲。因此，外皮204在除冰器200的顶部220上的启动要大大地小于外皮104在除冰器100的顶部120上的启动。除冰器100在顶部上的除冰效果一般要比除冰器200好。但是，取决于顶部上的曲率半径，上述两除冰器的除冰效果也许都不令人满意。

现参阅图1的除冰器100和图2的除冰器200，在顶部120和220上的曲率半径R可能对除冰性能分别有不利的影响。图1A所示的除冰器100A说明前缘的几何形状是如何影响除冰性能的。如图1A所示，除冰器100A附着在下部结构102上。图1的除冰器100和图1A的除冰器100A的相同件号的零件是等同的。管107-111与管107A-111A相同，但每条管的宽度有异。覆盖在顶部120上的管109A宽于管109。图中管109A处于膨胀状态。由于外表面122的取决于位置的曲率，管109A倾向于在曲率半径较大的侧面膨胀而离开曲率半径较小的顶部120。管109A具有一外壁109A′，该外壁在顶部120的端部被拉下，因而几乎没有力作用在顶部120端部的外皮104上。因此，侧面的冰块116和118被除去，而位于顶部120上的前端冰块117未被除去。这种现象已在许多次结冰风洞试验中被观察到。

现参阅图1的除冰器100，管109也具有外壁109′。如果顶部120的曲率不太大且管109的宽度足够窄，那么，外壁109′可以向外挠曲，如图1所示，而且在顶部120的尖端上的外皮104上的作用力导致外皮挠曲113。冰块117将被弹出。图2所示的除冰器200可以提供一种取决于几何形状的可行的技术方案。一般来说，如果顶部120上的曲率半径R大于大约1.0英寸，图1所示的除冰器100是适用的。然而，如果顶部220的曲率半径介于大约0.5和1.0英寸，那么，图2所示的除冰器200是适用的。但是，当除冰器200用于前缘几何形状的在枯赔上的曲率半径R小于大约0.5英寸时，可能效果并不令人满意。螺旋桨叶是一种顶部曲率半径往往小于0.5英寸的前缘几何形状，因而需要一种有效的除冰装置，用于在曲率半径小的顶部上有效地除冰。

除冰器的寿命是除去除冰性能之外的另一种重要的考虑因素。在本申请中，除冰器寿命的定义是除冰器机械故障前能够连续工作的时间。除冰器各部件在除冰器每次启动时都要承受一次应力循环。无需改变材料，有两种提高类似于除冰器100或200的除冰器的寿命的途径，即可以减小循环速率（每分钟较少的循环次数），或者可以减小应力水平。减小循环速率通常不是一种选择，因为飞行条件及飞机的冰层积累特性通常是固定的。

另一种选择，即减小应力水平也有局限性，因为在类似于除冰器100或200的除冰器中外皮的挠曲主要是通过拉伸外皮而实现的。现参阅图1所示除冰器100，下部结构102刚性较高，拉伸外皮104是任何管107-111上的外皮104挠曲的唯一方式。现参阅图2所示除冰器200，外皮204，管207-211以及下部结构202也是上述那种情况。现参阅图1所示除冰器100，管110上的外皮104存在最大挠曲114。一般来说，最大挠曲114介于大约0.020英寸和大约0.060英寸。最大挠曲114主要取决于两个变量：（1）外皮104的弹性模量;（2）管110产生的力的大小。对于一定的材料组合来说，最大挠曲114只能通过将管114产生的力增加到足够的大小来实现。增加这个力就会增加管110和外皮104的应力，从而缩短寿命。现参阅图2所示的除冰器200，与除冰器200的管210上的外皮204的最大挠曲相关，也会发生上述情况。因此，需要一种装置来获得薄的可挠曲外皮的最大挠曲，同时保持外皮和外皮挠曲装置中低应力。减小外皮和外皮挠曲装置中的应力可使除冰器增加寿命。

除去除冰性能之外，能耗及重量也是极为重要的。类似于除冰器100和200的除冰器具有“有效面积”。术语“有效面积”是指外皮的由薄的力和位移产生装置所启动而实现除冰的那个部分。例如，除冰器100的有效面积包括覆盖管107-110的外皮104的任何面积，而除冰器200的有效面积包括覆盖管207-211的外皮204的任何面积。一般来说，如除冰器100和200所证实的那样，外皮挠曲装置103和203的表面积一定等于有效面积。减小外皮挠曲装置的表面积就可减少除冰器的能耗。但是，特定应用场合所要求的有效面积是固定的，因此，需要一条减小外皮挠曲装置的表面积而不减小有效面积的途径，以便使除冰器减少能耗。另外，由于外皮挠曲装置构成动力除冰器重量的相当大的一部分，因此减少与有效面积相关的外皮挠曲装置的表面积也会减小重量。

至于气动脉冲实施例，使外皮挠曲所需要的力与能耗和重量的关系甚至更不明显。对于类似于图1和2所示除冰器100和200的除冰器来说，脉冲传播距离基本随着外皮的弹性模量的增加而减小。脉冲传播距离是指从阀门沿管的跨度有效除冰的距离。一般来说，外皮的挠曲和动态特性随着距阀门的距离而减小，这是因为压缩空气脉冲是恒定扩张的，管内的峰值压力随着距阀门的距离而减小。例如，如果耐腐蚀层105或205是由0.005英寸厚的钛合金制成的，脉冲可沿阀门两侧产生大约2英尺的有效除冰作用。因此，而阀门之间的距离可以为大约4英尺以便沿管的跨度提供有效的除冰作用。对于16英尺的跨度来说需要每条管装4个阀。对于具有5条管的除冰器来说共需20个阀。通过增加脉冲传播距离，可增加阀的间距。增加阀的间距可减少系统的阀门总数和总重。减少阀的数目从而减少了机械零件数目，这样也提高了系统的可靠性。因此，为了增加可靠性，减少能耗和减轻重量需要增加阀间脉冲传播距离的装置。

上述的装置对以前的除冰系统来说是一种进步。尽管有这些进步，人们对于改善除冰性能，提高寿命，可靠性，减小重量和能耗的装置一直十分关注。具体来说，人们需要具有上述装置那样的极好除冰性能，同时具有寿命高，重量轻，能耗低等优点的除冰器。

本发明提供一种机械式动力除冰器，适用于附装在下部结构上，这种除冰器具有当附装于下部结构时遭遇并突破冲击气流的外表面，上述下部结构具有一顶部，该顶部相应于除冰器和下部结构的在曲率半径最小的外表面区域下的那个部分，所述除冰装置具有：

可挠曲的外皮;

外皮挠曲装置，设置在所述可挠曲的外皮的第一区域之下，用于使所述可挠曲的外皮从下部结构挠曲;以及

一个可压缩件，在下部结构的顶部设置在所述可挠曲的外皮之下，其中，当所述外皮挠曲装置使所述可挠曲的外皮挠曲时，所述可压缩件有利于覆盖在所述可压缩件上的所述可挠曲的外皮向着下部结构的挠曲。

按照本发明的一个方面，所述可压缩件划分开所述外皮挠曲装置，所述可压缩件紧靠所述外皮之下，所述外皮挠曲装置抵接所述可压缩件。

按照本发明的另一个方面，所述外皮挠曲装置覆盖在所述可压缩件之上，所述外皮挠曲装置紧靠所述外皮之下。

按照本发明的另一个方面，所述薄的可挠曲的外皮包括至少一层纤维增强塑料，在预定区域上有选择地加固所述外皮。

按照本发明的另一个方面，下部结构具有一个基本平行于冲击气流方向的弦向和一个基本垂直于弦向延伸的跨度方向，所述外皮挠曲装置包括至少两条以跨度方向延伸的可膨胀管，所述可压缩件两侧各一条，每条所述管抵接所述可压缩件。

按照本发明的另一方面，所述外皮挠曲装置包括至少两条以弦向延伸的膨胀管，所述管在所述可压缩件上面相互抵接。

按照本发明的另一方面，所述外皮挠曲装置包括至少三条以弦向延伸的可膨胀管，一条管覆盖在所述可压缩件上，另两条管分别设置在所述可压缩件两侧并与所述可压缩压相抵接。

按照本发明的另一个方面，所述外皮挠曲装置包括电磁装置，所述电磁装置利用大幅度短时电流脉冲形成相反的电磁场，从而使所述外皮从下部结构挠曲。

按照本发明的另一个方面，所述电磁装置包括至少一个线圈，所述大幅度瞬时电流脉冲作用于每个线圈，每个线圈包括：

一个第一片状元件，由具有许多匝和第一及第二端的第一连续电导体形成，所述第一电导体的第一端形成电输入端，而所述第一电导体的第二端形成电输出端;

一个第二片状元件，由具有许多匝和第一及第二端的第二连续电导体形成，所述第二电导体的第一端形成电输入端，而所述第二电导体的第二端形成电输出端;

一个在所述第一电导体的第二端和所述第二电导体的第一端之间的电接头;以及

所述第一和第二片状元件相互平行地设置，所述第一电导体的选定的匝临近于所述第二电导体的选定的匝，使通过所述第一电导体的匝的电流方向与通过所述第二电导体的匝的电流方向相同。

按照本发明的另一个方面，所述电磁装置包括至少两个线圈，在所述可压缩件两侧各一个线圈，每个线圈与所述可压缩件相抵接。

按照本发明的另一个方面，所述电磁装置临近每个线圈具有一目标层，所述目标层与所述线圈相重叠，所述线圈可与所述目标层分开，所述相反的电磁场之一是由所述线圈当所述大幅度瞬时电流脉冲作和时形成的，而另一个相反的电磁场是由所述线圈的电磁场在所述目标层中引起的涡流形成的。

按照本发明的另一个方面，所述电磁装置包括至少两个线圈，所述线圈相互临近，一个线圈重叠在另一个线圈上，所述线圈可以相互分离，所述相反的电磁场之一是由所述大幅度瞬时电流脉冲作用于一个线圈时形成的，而另一个相反的电磁场是由所述大幅度瞬时电流脉冲作用于另一个线圈时形成的，所述线圈的电连接使一线圈的所述电导体的所述选定的匝中的电流方向与另一个线圈的所述电导体的所述选定的匝中的电流方向相反。

按照本发明的另一个方面，所述外皮挠曲装置包括电磁装置，所述电磁装置包括至少两个线圈，这两个线圈沿着顶部上的一缘相互抵接，所述大幅度瞬时电流脉冲作用在每个线圈上。

按照本发明的另一个方面，所述外皮挠曲装置包括电磁装置，所述电磁装置包括至少三个线圈，一个线圈在另两个线圈之间覆盖在所述可压缩件上且与所述可压缩件相抵接。

图1是装在下部结构上的，现有技术中的某种除冰器的部分剖视图;

图1A是图1所示除冰器的另一种实施例的部分剖视图;

图2是装在下部结构上的，现有技术中的又一种除冰器的部分剖视图;

图3是装在下部结构上的，处于非起动状态的本发明的除冰器的部分剖视图;

图3A是装在下部结构上的，处于起动状态的本发明的除冰器的部分剖视图;

图3B是图3所示除冰器的等角透视图;

图3C是图3B所示除冰器的另一种实施例的部分剖视图;

图3D是图3B所示除冰器的又一种实施例的部分剖视图;

图4是装在下部结构上的，装有电磁装置的除冰器的等角透视图;

图4A是图4所示除冰器的另一种实施例的部分剖视图;

图4B是图4所示除冰器的又一种实施例的部分剖视图;

图5是外皮挠曲装置的电脉冲实施例的分解等角透视图;

图6是外皮挠曲装置的电推斥实施例的分解等解透视图;

图7是用于低速通用航空飞行器的除冰器最佳实施例的部分剖视图;

图8是用于螺旋桨叶的除冰器的最佳实施例的部分等角透视图。

本发明包括一种机械脉冲除冰器的新结构，它改变了使外皮挠曲的方式。现参阅图3，图3所示的本发明的除冰器300安装在下部结构302上。中心线321平分除冰器300和下部结构302。如对照图1和2所示的那样，除冰器300和下部结构302也具有弦向和跨度方向。除冰器300也具有一顶部320。如图所示，周围的气流319冲击在除冰器300上。在大气结冰条件下的飞行过程中，气流319使冰帽315沉积下来。图3所示是弦向的横剖面。除冰器300具有外表面322，其作用是面对并突破冲击气流319。外表面322具有垂直于外表面322测量的曲率半径R，其变化取决于沿外表面322的弦向位置，这一点与前面对照图1和图2对除冰器100和200的描述一样。

除冰器300具有一薄的可挠曲的外皮304，外皮挠曲装置303和可压缩件323。在图示实施例中，外皮挠曲装置303具有四条可膨胀管307至311。如美国专利第5，098，037号（整体推斥系统）所述，通过向每条管中按程序送入小量压缩气体即可起动这些可膨胀管，上述专利在本发明书中全文引为参考文献。外皮挠曲装置303也可取为利用电磁装置的形式，例如美国专利第5，129，598号和第5，152，480号，这两篇专利在本说明书中全文引为参考文献。除另有说明外，下面的讨论都是涉及利用具有电磁装置的外皮挠曲装置的动力除冰器。

在本实施例中，可压缩件323分隔外皮挠曲装置303。外皮挠曲装置303抵接着直接在外皮下的可压缩件323。下部结构302提供吸收和抵抗飞行载荷和外界物体意外冲击所需的结构整体性。下部结构可由金属如铝或纤维增强塑料制成，上述纤维增强塑常用于飞机，如环氧树脂浸渍的玻璃纤维或石墨纤维。外皮304包括底层305和耐腐蚀材料层306。底层305可由纤维增强塑料制成，如丁腈酚醛树脂或环氧树脂浸渍的纤维，这种纤维可以是下述纤维的一种：碳素纤维，玻璃纤维和尼龙纤维。耐腐蚀层306可以由橡胶，金属或塑料制成，如氯丁橡胶，钛箔，聚醚-醚-酮（polyether-ether-ketone）薄膜，聚氨基甲酸乙酯薄膜或聚氨酯漆，按照具体应用场合选择。耐腐蚀层326必需能提供抵抗雨，砂和其它会损坏底层305的杂物的冲击。外皮304和可压缩件323必须具有弹性。术语“弹性”是指解除受到的力之后短时内完全恢复其静止状态的性质。适于可压缩件的材料例如可包括天然橡胶和合成橡胶如丁基橡胶或硅橡胶。外皮304，外皮挠曲装置303和下部结构302可永久地粘合在一起以形成具有整体除冰性质的单一结构，如美国专利第5，098，037号所述。另外，外皮304和外皮挠曲装置303也可先结合成单一结构，然后再连接到现有的飞机下部结构302上。

在本实施例中，外皮挠曲装置303包括四条可膨胀管307-311。可膨胀管307-311可以由纤维增强塑料如涂有丁腈酚醛树脂的尼龙织物，或涂有橡胶的织物如涂有氯丁橡胶的尼龙织物制成。如美国专利第5，098，037号所述，按程序向管307-311送入少量压缩空气，从而起动除冰器300。管的膨胀应在0.1秒内实现，最好在500微秒内实现。

现参阅图3A，图中除冰器300处于被管310的膨胀所起动的状态。在图3和图3A中具有相同标号的零件是等同的。图中管3007，308和311未膨胀。在可压缩件323上的外皮304的静止位置如图中虚线324所示。在其后管308的膨胀过程中引起的外皮304的挠曲形状如图中双点划线312所示。

管310的迅速膨胀使外皮304向外挠曲，在外皮304中形成张力。外皮304中的张力使可压缩件323压缩，从而使可压缩件323上的外皮304内移。上述运动必须十分迅速，以便脱开、震落冰帽315并将侧向的冰块318弹入掠过除冰器00的冲击气流319中。然后从管310中排出压缩气体，由于外皮30和可压缩件323的弹性，外皮304迅速弹回其静止位置。上述过程由管308的膨胀而重复，使侧向冰块316除去。在任一管307-311膨胀时，可压缩件323上的外皮304内移，从而产生最大的压缩313。

在上述程序中前端冰块317是通过两种机制除去的。在挠曲的第一部分过程中，外皮304迅速从冰块317向内加速，这一迅速加速使外皮304和冰块317之间产生间隙，或者使冰块317移动从而可使气流319将冰块317从除冰器300上带走。但是，这种移动也许不足以除去冰块317，气流319可迫使冰块317随外皮304内移。在挠曲的第二部分过程中，当外皮304快速弹回其静止位置324时，外皮304可将冰块317弹入气流319。不管除冰的精确机理是什么，已经发现，本发明可很有效地除去顶部320上的冰。由于每次一条管307-311膨胀时，在可压缩件323上的外皮304都被挠曲，从而增强了在顶部320上的除冰效果。

通过除冰器300与图1所示除冰器100及图2所示除冰器的比较，可以认识到本发明的主要优点。如前所述，动力机械除冰器的能量消耗与紧靠外皮304下面的外皮挠曲装置的表面积成正比。对于除冰器300来说，外皮挠曲装置303的表面积小于有效面积，在可压缩件上的面积构成其差。因此，除冰器300比除冰器100或200消耗能量少。减少了外皮挠曲装置3031的表面积也就减少了重量，这是因为外皮挠曲装置303的材料一般是比可压缩件323的用量大。

除了减少能耗及重量之外，本发明也延长了动力除冰器的寿命。如前所述，实现类似图1和2所示除冰器100和2000的那种除冰器的外皮的挠曲只能通过拉伸外表来做到。与之对照，除冰器300是通过两种机理实现的：（1）拉伸外皮304，以及（2）压缩可压缩件323。现参阅图3A所示除冰器300，为实现除冰必须有一定的最大挠曲314。最大挠曲314取决于材料和应用场合，一般在0.020英寸至0.060英寸之间。在管310上的外皮304的最大挠曲314直接相关于可压缩件323的最大压缩313。对于外皮挠曲装置303的一定的产生力的水平而言。减小可压缩件323的弹性模量将增加最大压缩313和最大挠曲314。从另一角度来看上述关系，减小可压缩件323的弹性模量，将降低为实现一定的最大挠曲314所需的外皮挠曲装置303的产生力的水平。通过选择可压缩件323的材料即使其具有适当的弹性模量就可以降低外皮挠曲装置303产生力的水平，而同时保持最大挠曲314。降低外皮挠曲装置303产生力的水平将减小外皮304的张力。通过减小产生力的水平将减小外皮挠曲装置303的应力。同样，通过降低张力水平将减小外皮304的应力。因此，本发明提供了减小动力除冰器的零件中的应力水平的手段。如前所述，减小应力水平将会提高寿命。本发明取得的超级寿命已通过若干台上试验得到证实。

减少为获得所需挠曲而需要的外皮304的张力也会改善能耗和降低重量。如前所述，本发明减小了外皮304的应力，并使外皮挠曲装置303可减小产生力的水平。由于所需的力小，因而需要较少的材料就可吸收和分布来自外皮挠曲装置303的作用力。下部结构302，外皮挠曲装置303和外皮304都可以减轻重量，这是由于本发明减小了它们必须承受的力。

由于使外皮304挠曲需要较小的力，因而需要较少的能量。对于利用可膨胀管的外皮挠曲装置而言，需要较低的峰值管压，这就减小了阀门供给的压力。较低的阀门供给压力可减轻阀门和电磁铁的重量，以及输送管线和压缩机的重量。对于利用电机械装置的力和位移产生装置而言，可以减小供给电压和产生的电流。对电压和电流的需求减少，将可减轻输电线路，配电硬件及储能装置的重量。

在气动脉冲除冰器实施例中可取得进一步的减小重量、节约能量的效果。美国专利第4，878，647号所述的那种气动脉冲阀沿可膨胀管（气动脉冲管）的跨度方向长度间隔分布，阀间距离如前面对图1和2所示的除冰器100和200所作的描述那样，取决于脉冲传播距离。类似于除冰器100和200那样的除冰器的脉冲传播距离被外皮的刚度所限制。除冰器300的脉冲传播距离较大，这是因为除冰器300的外皮304较易挠曲。例如，如果外皮304是用0.005英寸厚的15-3钛合金制成，那么脉冲可在阀两侧大约4英尺产生有效的除冰效果。因此，阀间距离必须为大约8英尺以便沿管的跨度产生有效的除冰效果。对于16英尺的跨度来说，每管需2个阀门。对于具有一个可压缩件和5条管的除冰器来说，一共只需要10个阀门。但是，除冰器300还有进一步的优点，其有效面积与除冰器100相同，但除冰器300只需4条管。换言之，除冰器300只需要8个阀门，而除冰器100却需要16个阀门。在这个假定例子中，阀门的数目减少了一半。减少阀门的数目将减少系统的能耗，重量，成本及复杂度。减少阀门也将增加可靠性，因为这使系统大大减少了机械零件的数目。

本发明也改善了除冰性能。总的来说，动力除冰器的除冰性能与外皮移动的速度密切相关。由于表面运动速度增加，最小除冰厚度将随着除去冰帽后残留冰量而减小。一般来说，需要至少2000赫兹的表面频率特性，至少0.020英寸的挠曲和至少3000g的峰值加速度。本申请是与Rauckhorst等人的共同未决和共同所有的申请“改进的除冰器外皮”（以下简称“改进的外皮”申请）一起提交的，本说明书将“改进的外皮”申请引作参考文献。

一般来说，增加薄的可挠曲外皮的弹性模量可增加其动态频率特性。所用材料应该具有较高弹性模量，倾向于传递而不是阻尼动态运动。对于本申请的目的而言，“较高的弹性模量”是指大于40，000KPa的弹性模量。底层115所需材料的实例包括但并不限于优于天然或合成橡胶的纤维增强塑料。为了减少底层115所吸收的脉冲能量，应采用较不倾向于吸收和阻尼动态运动的材料。尽可能多的脉冲能量应传递到冰层上。凯夫拉尔一般不太理想，因为它具有吸收和阻尼由外皮挠曲装置产生的动态运动的倾向。

作为外皮的一部分，耐腐蚀材料层的机械性质对动力除冰器的除冰性能也发挥重要作用。具体来说，具有较高弹性模量且具有传递而不是阻尼动态运动的材料都表面出极好的除冰性能。这样的材料的实例包括塑料薄膜，如聚氨酯或聚醚-醚-酮，和金属箔如钛，铝，或不锈钢箔。上述材料一般比弹性模量较低的材料如天然或合成橡胶和聚氨酯弹性体的性能好。上述材料除冰性能好有两个原因。第一，它们一般具有较低吸收和阻尼外皮挠曲装置产生的动态运动的倾向。动能容易在弹性模量较小的耐腐蚀层中吸收和消散而不是有效地传递至冰层。第二，除冰效果部分是通过改变表面曲率以发展的沿冰帽和耐腐蚀层交界处的附着线的剪切应力而实现的。上述剪切应力有助于破坏沿上述交界处的附着，从而使冰帽松脱以便从除冰器表面弹开。弹性模量较小的材料容易分散沿交界处的剪切应力，而弹性模量较高的材料则倾向于沿交界处集中剪切应力。适当材料的实例包括金属箔如钛箔及塑料膜如聚醚-醚-酮或聚氨酯。由于上述效应，带有较低弹性模量表面的除冰器一般残留较多的冰，不能除去具有较高弹性模量表面的除冰器所能除去的那么薄的冰层。

现在描述本发明的另一个重要优点。前面的描述中强调，要得到好的除冰性能，外皮材料应具有较高的弹性模量并具有传递而不是吸收和阻尼动态运动的倾向。如前所述，类似除冰器100和200的除冰器比具有可压缩件323的除冰器300要求更大的力才能使弹性模量较高的外皮挠曲。减小力就可增加动力除冰器的寿命。因此，除冰器300使用较高弹性模量的外表304可具有很好的除冰性能，而又保持低的应力水平并具有较长的寿命。

虽然尚未完全探究原因，但是可压缩件323也影响外皮304的动态特性。某些材料的阻尼性质可证明是不合乎需要的。增加可压缩件的弹性模量应增加外皮304的频率特性。但是，增加其弹性模量也增加了达到外皮304所需挠曲所需要的力，从而影响寿命。寿命和除冰性能之间必须经常进行平衡考虑。可压缩件硬度的上限应为大约肖氏硬度D70，但是最好低于肖氏硬度A90。肖氏硬度值A标为55至65的氯丁基橡胶带材，特别是当与碳素纤维或玻璃纤维增强的丁腈酚醛外皮304结合时，特别适用。纤维增强的氯丁橡胶外皮与丁基橡胶可压缩件结合时也很适用。可压缩件323的宽度取决于应用场合，但是，对于大多数应用场合来说，可能介于1/4英寸和2英寸，最好小于0.100英寸，小至0.050英寸的宽度对大多数应用场合来说是令人满意的。最好采用较薄的可压缩件，这是因为它重量轻，易于制造。

如前所述，取决于几何形状，除冰器100和200的顶部上的除冰效果不好。特别是从曲率半径小于0.50英寸的表面除去顶部上的冰是困难的。在曲率半径小于0.25英寸的顶部上除冰是特别困难的。除冰器300已证实，本发明可提供顶部除冰效果得到改善的装置。在可压缩件上的外皮上增加的作用大大地改善了顶部的除冰效果，这一点对于小曲率半径的表面几何形状是特别有用的。

现在参阅图3B至3D，图中示出适用于不同应用场合的不同的管和可压缩件的布置情况。在图3至图3D中相同标号的零件是等同的。现参阅图3所示的除冰器300，其中外皮挠曲装置303被可压缩件323分隔开，在下部结构上从顶部320的两侧延伸。管307和308在下部结构302之上，沿着一边相互抵接。管308的一边缘抵接可压缩件323。同样，管310和311在下部结构302的相对的一部分上。管307-311在跨度方向上在外皮304之下延伸。

现在参阅图3C，除冰器300C具有由管307C-311C构成的外皮挠曲装置303C。这里，外皮挠曲装置303C设在可压缩件323之上。管309设在可压缩件323上，管307C和308C设在下部结构上，沿着一边相互抵接。管308C沿一边抵接管309C。管310C和311C的设置情况相似，设在下部结构302的相对的一部分上。管307C-311C在跨度方向上在外皮304之下延伸。如果图3B所示除冰器300在顶部323上的除冰不完全令人满意，那么，就可以使用上面所述的布置。除冰器300C可能比除冰器300消耗较多的能量，因为外皮挠曲装置303C的表面积比外皮挠曲装置303表面积大。但是，仍可获得本发明的其它关于能耗，重量，成本和可靠性的优点。

管309C也可以位于下部结构302和可压缩件323之间。可压缩件323则可以直接地接触外皮304。据信这种布置（未画出）不甚理想，因为由管309C引起的动态运动要穿过可压缩件323才可达到外皮304。可压缩件323可能要吸收较多的动态运动，动态运动才能达到外皮304，因此削弱了除冰效果。

在图3D中，除冰器300D代表另一种布置，其中，外皮挠曲装置设在顶部上。外皮挠曲装置303D具有可膨胀管307D-311D。管308D和管310D直接在顶部320上沿一边抵接。管307D和308D沿一边相互抵接。管311D和310D有相似的布置，设在下部结构302的相对的部分上。管307D-311D在跨度方向上在外皮304之下延伸。如果图3B所示的除冰器300的除冰性能不令人满意，上述布置也可能是理想的。除冰器300D可能会比除冰器300消耗较多能量，因为其外皮挠曲装置具有较大的表面积。但是，同样仍可实现本发明其它的有关能耗，重量，成本和可靠性的优点。

管和可压缩件的最佳布置取决于诸多因素，这些因素很大程度上取决于飞机机架的制造规格。上述因素包括前缘几何形状，飞行特性，可忽略的最大冰层厚度，成本，寿命，可靠性和重量。类似于除冰器300的布置是最理想的，但是，取决于应用场合，在顶部的除冰性能可能要求使用类似于除冰器300C或300D的布置。最佳化设计是反复进行台上试验和结冰风洞试验的过程。寿命试验，耐腐蚀试验，动态试验，以及结冰风洞试验循环进行，目的是改善每一个性能。改变设计以改善上述的一个因素可能有损于另一因素。在“整体式气动脉冲”专利中所述的耐腐蚀试验特别适用于测定耐腐蚀特性。动态试验可以被认为是结冰风洞试验的子项目，因为改善外皮动态特性通常要改善除冰性能。已经发现Polytech型OFV300激光振动计系统对于测定在外皮各部位的动态位移，速度和加速度的台上试验是一种很有效的结构。一般来说，在至少2000赫兹的峰值频率及0.020英寸的峰值挠曲条件下，至少3000g′s（1g＝32.2f/sec²）的峰值外皮加速度是理想的。取决于除冰要求，也许需要大得多的加速度。

图4至4B表示相似的布置，但是，薄的外皮挠曲装置装有电磁装置。在图5和6中示出两种可用作外皮挠曲装置的电磁装置的实例。它们只是可与本发明一起使用的不同种类的外皮挠曲装置的实例。本发明实际上可以应用的结构种类并不局限于图示实例。

图5所示的电磁装置具有涡流分离组件550。涡流分离组件550包括一平面线圈550，一上部介质层556，一线圈介质层557，一目标介质层558，一目标层559，以及一下部介质层560。平面线圈551包括两个放置在介质载体552两侧上的线圈元件553和554。如“平面线圈”专利所述，线圈元件553和554互为镜像。在中央设有两线圈的电接头555。已经发现，小铜铆钉适于用作电接头555，但最好进行焊接。线圈元件553和554最好用腐蚀铜箔制成，但如“平面线圈”专利所述，也可用其它材料制成。介质载体552可能由任何具有良好机械及介电性质的材料如塑料，纤维增强塑料及合成橡胶制成。

平面线圈551密封在上部介质层556和线圈介质层557之间。目标559密封在目标介质层558和下部介质层560之间。上部介质层556，线圈551和线圈介质层556，线圈551和线圈介质层557一起构成由字母U标明的上部元件。下部介电层560，目标层559和目标介质层558一起构成由字母L标明的下部元件。上部元件U和下部元件L沿着上部粘接周边562和下部粘接周边561接合在一起。

目标层559重叠于线圈551。电引线（未画）连接于线圈元件553和554，并且密封在上、下介质层556和560之间。目标层559是由导电材料如铜或铝板制成的。各介质层是由具有良好介电和机械性质的材料制成的，如塑料，增强塑料和合成橡胶。

当向线圈551施加大的瞬间电压时，在线圈中产生大的瞬间电流，在目标559中形成涡流。上部元件U被有力地推斥于下部元件L。上部元件U在线圈551和目标559之间的区域未粘合于下部元件L，因此可以移动。有效区域大致是由目标层559或平面线圈551的区域限定的。在“平面线圈”专利中描述了一种实现成形的大电流脉冲的装置。

图6所示电磁装置具有电推斥分离组件650。上部线圈651具有放置在介质载体652两侧的两个线圈元件653和654。线圈元件653和654的布置与平面线圈551的线圈元件553和554相同。电接头655通过介质层中央连接线圈元件654和653的端点。下部平面线圈656由放置在介质载体657两侧的两个线圈元件658和659。平面线圈656与平面线圈651相同。电接头660通过介质层中央连接线圈元件658和659。已经发现，小铜铆钉适于用作电接头，但最好进行焊接。

上部平面线圈651密封在上部介质层661和上部线圈介质层662中，因此形成上部元件U。下部平面线圈密封在下部介质层664才下部线圈介质层663中，因而形成下部元件L。上、下元件U和L沿上。下粘接周边665和666相接合，形成分离组件650。上部线圈651与下部线圈656相重叠，每个线圈中的导体基本相互对准。上部元件U和下部元件L在线圈651和656之间的区域上未粘合。在从线圈元件653伸出的引头和从线圈元件658伸出的引头之间形成电接头667。图6中所示的该电接头为一条虚线，因图6是分解图，所以两引头实际上是相邻接的。分离电引线（未画）连接于上部线圈到头668和下部线圈引头669。电接头密封于上、下介质层661和664中。

在工作中，高的瞬时电压作用在引头668和660上，在线圈651和656中引起大的瞬时电流。在上部线圈元件653或654的导体中的电流方向与下部线圈元件658或659的相邻导体的电流方向基本相反。因为电流方向相反，上部线圈元件653和654有力地推斥下部线圈元件658和659。因此，上部元件U受到有力的推斥，从下部元件L产生位移。分离组件的有效面积是由平面线圈651和656的面积限定的。

图5和6所示的线圈一直被称为“平面”线圈。术语“平面”，如“平面线圈”专利所述，意思只是说线圈为薄片状。图5和6所示的线圈，如用有足够挠性的材料制成，可制成曲面。如果材料没有足够的挠性，则线圈可在模具或压床上热压硬化成形。

现在参阅图4至4B，图中各种布置所用的外皮挠曲装置具有电磁装置，其中相同件号的零件是等同的。电推斥分离组件650和涡流分离组件550是上述电磁装置的实例。由于分离组件的有效面积大致是由线圈的面积限定的，故沿除冰器的跨度可间隔设置若干分离组件。每个分离组件的有效面积大致限定一个部分。

如图4所示，除冰器400装在下部结构402上。除冰器400包括外皮404，外皮挠曲装置403和可压缩件423。下部结构402和除冰器具有顶部420，由中心线421平分。除冰器400的外皮挠曲装置403包括几个在外皮404之下沿除冰器400的跨度间隔开来的分离组件。这个特征不同于前述的使用可膨胀管的实施例，因为膨胀管容易沿跨度的长度铺设，而线圈则局限于其范围之内。较大的线圈固有地具有较大的电阻，使峰值电流变小，分离力也变小。每个分离组件的有效面积是由部分424-427限定的。这些部分在下部结构402的相对的图4中看不到的部分上的情况是相似的。分离组件407-411在弦向上绕下部结构402间隔分开。分离组件411和410沿一缘相互抵接分离装置410（及其内的线圈）沿一缘抵接可压缩件423。分离装置407和408在下部结构402相对的部分上有相似的布置。

在工作中，一大幅度电流脉冲基本作用在每个分离组件的引头上。如前所述，图5和6所示的上部元件U和下部元件L有力地相互推斥。下部结构402抵抗两元件之一的作用力。另一元件迫使外皮404离开下部结构402。因而形成的外皮404的挠曲十分相似于图3A所示的挠曲。上述动作可由涡流分离组件550引起，也可以由电推斥分离组件650引起。

图4A表示本发明发明另一实施例，除冰器400A装在下部结构402上。除冰器400A包括外皮404，外皮挠曲装置403A和可压缩件423。外皮挠曲装置403A相似于外皮挠曲装置403，不同之处在于附加分离装置409A覆盖在顶部420上。分离装置407A和408A沿一缘相互抵接。分离装置408A和分离装置409A沿一缘相互抵接。分离装置410A和分离装置411A在下部结构402相对的部分上有相似的布置。其它分离装置（未画）在外皮404之下沿跨度方向分布，构成类似于除冰器400的部分（未画）。如果除冰器400在顶部423上的除冰效果不令人满意，则可采用上述布置。分离组件409A也可放置在可压缩件423之下，但是，这可能减弱除冰效果。

图4B表示另一种布置。除冰器400B装在下部结构402上。除冰器400B包括外皮404，外皮挠曲装置403B和可压缩件423。外皮挠曲装置403B与外皮挠曲装置403相似，不同之处在于，分离组件408B和410B是在可压缩件423上沿一缘相互抵接的。分离组件407B沿一缘抵接分离组件408B。同样，分离组件410B沿一缘抵接分离组件411B。如前所述，附加分离组件（未画）在跨度方向上分布，构成若干部分。除冰器400B也是一种当在除冰器400顶部420上除冰效果不佳时可以使用的布置。

虽然分别描述了各个分离组件，但是通过对图5和6与图4至4B的比较，可以看出，若干分离组件可以构成单一的，整体的表面层。例如，在除冰器400（图4）的四个部分下的四个分离组件可以结合成一个表面层。现参阅图5，四个线圈可以在上部介质层556和单一的线圈介质层557之间并排分布。单一的大的足以放在全部四个线圈551下面的目标层559可被包在单一的下部介质层560和目标介质层558之间。在这种情况下，粘接周边562和561将绕由全部四个元件限定的周边延伸。四组平面线圈651和656可以在上部介质层661和下部介质层664之间并排分布，从而构成一单一的，整体的表面层。在任一种情况下，除冰器400的部分424-427仍可由每个分离组件内的每个线圈的有效面积限定。

未在此作具体描述的其它变型也在本发明的范围之内。例如，如果下部结构的导电性足够，也可不设图5的目标层559。此时，薄的力和位移发生装置将只构成图5的上部元件U。如上所述，若干上部元件可以制成单一的表面层。可压缩件可始终在顶部上定心。只要可压缩件的一部分仍在顶部下面，可压缩件就可以在弦向上从顶部偏移。取决于几何形状可能需要偏移可压缩件。现参阅图3D和4B，气动管或分离组件沿中心线抵接在顶部上，抵接时所沿的边缘可移至中心线的一侧。另外，至此所讨论的所有实施例中，有效面积都对称于中心线。取决于应用场合，可以偏移有效面积，使覆盖下部结构之一部分的有效面积大于覆盖相对部分的有效面积。另外，上述下部结构和除冰器的几何形状都是对称于中心线的。而在大多数应用场合中，有效面积和前缘的几何形状并不对称于中心线。

下面对照图7描述最佳实施例。这个实施例推荐用于低速（最大飞行速度为250节）的飞行器的固定前缘表面，具体来说是机翼，水平稳定器和垂直稳定器的前缘。除冰器750和下部结构751永久地粘合在一起，并通过紧固装置96装在飞行器结构97上。除冰器750和下部结构751具有顶部720，且由中心线721平分。

可挠曲的外皮752包括耐腐蚀层753和底层754。如“改进的外皮”申请中所述，底层754可被加固。三条管757，758和759在外皮752之下沿跨度方向延伸。在上表面的管759沿一缘抵接可压缩件762，管758沿一缘抵接可压缩件762。如在全文引作参考文献的共同待批申请07/832，472号（“带有使用重叠管的整体除冰器的机翼”）中所述，沿着管757和758每一缘的边缘件构成一重叠部分760。外皮752通过剥皮片755和756连接于结构751，剥皮片755和756重叠在管组件的底层763的延长部上。分离层761从上部剥皮片755延伸至下部剥皮片756。分离层761构成在外皮752和下部的管757，758，759以及可压缩件762之间的未接合件。

制造除冰器750需要相匹配的阴、阳工具。先从制造底层754开始。用脱模剂处理阳工具，将一层3MAF32丁腈酚醛（nitrile    phenolic）膜粘合剂施加于工具表面。然后将一层干燥的Ceibe-Geigy    CGG300石墨织物铺在工具上，用手工使其符合工具的形状。织物应与工具的弦向成一角度。推荐角度为45°，但是除非织物以相对于宽度45°角预纺，则不可能为45°。然后，加上一层BFGoodrich    A-626-B，这使石墨织物饱和并附着于膜粘合剂。然后在石墨织物上涂一层多孔脱离膜，使其与工具的形状一致而没有皱缩。一种编号为A-5000P3（孔在1/2英寸中心）的多孔膜由Richmond    Aircraft    Products，Inc.生产。然后放置真空袋，施加真空至少120小时，使膜粘合剂透入石墨织物。真空处理后，除去真空袋和分离膜，在户外使浸透的石墨织物干燥至少48小时。

在干燥期之后，将浸渍的石墨织物从阳工具上取下，放入阴工具中，在350°F温度，70psig压力的真空条件下硬化30分钟，从而形成部分硬化的外皮。硬化之后，将一条一面粘合的特氟隆带放置于将覆盖可压缩件762上的外皮的前端区域。特氟隆带是为防止放在可压缩件762上的外皮的环氧树脂饱和所必需的。然后，从特氟隆带的边缘至后缘在外皮的内表面上放置一片Ceiba-Geigy    R6376/CGG108环氧树脂浸渍石墨织物，从而有选择地加固表层757。放置两片，一片相应于外皮上表面的内面，一片相应于外皮下表面的内面。再在相应于阀进口的区域放置另外几片R6376/CGG108。每片大约12英寸宽，而且比已经放置的侧面片的宽度窄1英寸，从特氟隆带的边缘后移1英寸。然后放置真空袋。在350°F温度和50psig真空条件下对有选择地加固的底层654进行60分钟硬化处理。

用密织的尼龙织物按下述工艺浸渍丁腈酚醛树脂，从而制成脉冲管。向分离膜上施加一层AF32膜粘合剂。推荐使用的分离膜为02232型号的涂有特氟隆的玻璃纤维织物，是由Furon-CHR分部生产的。将一层尼龙织物放置在膜粘合剂上。施加一层A-626-B底漆，使织物饱和并附着于膜粘合剂。在织物上施加另一层分离膜，然后放置真空袋。在室温下真空处理120小时。从真空袋中取出浸渍织物并干燥48小时。应注意的是，上述工艺可用于将AF32浸渍几乎任何类型的织物。

管的宽度一般为1/2英寸至2英寸。将浸渍的织物切成条状，其宽度足以形成一条管，以提供充分的宽度重叠（条宽应大致为在口的管宽的三倍）。切割织物时最好与管的跨度方向成一个角度。推荐的角度为45°，但是取决于管的长度，除非所用织物是与其宽度成45°角预织的，则可能不能达到上述推荐角度。将织物条放置在一平表面上，有涂层的一面朝上。在织物条上放置一条特氟隆带，特氟隆带一面上有粘合剂，特氟隆带最好是3M    203/3带，其宽度相当于成品管的内部宽度。在特氟隆带中心放置一小条，如0.030英寸厚的特氟隆塑料，其宽度相应于成品的管宽。然后将带以宽度方向包住小条，形成一纵向延伸的相应于管的宽度的重叠件。A-6267-B底漆可用来。最好用一附加条以相同的方式包住第一条，形成双层厚度的管（在重叠区域有四层厚度）。用这种工艺形成三条管757，758和759。

然后在阳工具上组装管垫。先将一层AF32膜粘合剂施加于工具的表面。然后将一层密织的尼龙织物铺在工具上，手工使其符合工具的形状。施加一层A-626-B底漆，使织物饱和并附着于膜粘合剂层。然后没有皱纹地施加一层多孔分离膜。使用真空袋，在室温下进行120小时的连续真空处理，从而使膜粘合剂浸入结构。在除去真空袋之后，将浸渍的织物在室温下干燥至少48小时。这层浸渍的织物即形成底层763。

一条氯丁橡胶，经硬化使其符合顶部形状，并修整至最终的宽度，将这条氯丁橡胶施加于底层763，底层763覆盖在工具的顶部（相应于前缘99的顶部98）。氯丁橡胶的肖氏A标硬度值最好为大约55和65之间。同样，将管放在底层763的适当位置上。大约0.25英寸的管的重叠部分是在此时形成的。将特氟隆带，最好是一面有粘合剂的3M    204/3带，施加于装配好的管垫。分离层761限定了管垫和外皮752之间的不粘合区域的范围。然后将底层763修整分离层761边缘的1英寸之内。然后将这条底层的1英寸带向上折叠起来，形成上部剥皮片755和下部剥皮片756。然后将整个组件从阳工具上取下，放入阴工具内，使分离层761贴紧工具表面。施加真空袋，使管组件在350°F温度和50psig真空下硬化30分钟。

硬化之后，从阴工具中取出管组件，在管上制进口阀接头和出口的孔。进口阀接头紧靠管端，其数量和位置可以保证良好的除冰效果。每条管一般具有两个排气孔，一端一个。管接头装在适当的位置，施加附加的丁腈酚醛浸渍的织物片以便加固。然后使管组件在350°F和50psig真空下在阴工具中再一次硬化30分钟。然后除去小条，使用菱形花纹织物塞予（diaper    closure）封闭管的两端。然后在350°F和50psig真空下在阴工具中第三次硬化30分钟。

从阴工具中取出管组件之后，在工具中插入完全的外皮752。将两条1英寸宽的Hysol    EA-951膜粘合剂的条切成上部剥皮片755和下部剥皮片756的跨长。然后用Hysol    EA-952底漆将条贴在剥皮片755和756上。然后将管组件放在外皮752内，使分离层761邻接于外皮752的内表面，并且用带定位，施放真空袋，在350°F和50psig的真空下硬化60分钟。

在从阴工具中取出后，在外皮752的内表面和底层763上施加许多环氧树脂浸渍的织物加固片。加固片的种类取决于飞机厂商的规格。对于低速飞机，适用Ceiby-Geigy913/CGG104浸渍的石墨织物，片数及方向取决于飞机厂商的规格，可由本专业技术人员决定。推荐使用至少三层。其中至少一层与弦向成45°角。各层必须进行切割和布置以适应阀门接头和真空孔的要求。组件要按照加固片厂商的说明在阴工具中作最后的硬化处理。

最后的硬化之后，将零件修整至最终尺寸。耐腐蚀层753包括聚氨酯漆，可在台架上施加于零件之上，也可在装配于飞机上以后施加于零件之上。推荐使用喷漆法施加符合MIL-Z-83826的漆。

实施本发明的推荐方式可根据具体应用场合而变化。图8示出一种用于螺旋桨叶的推荐实施例。如图8所示，除冰器850装于螺旋桨叶863上。除冰器850呈薄片形，可用可分离的粘合剂装在螺旋桨叶863上。螺旋桨叶863可用金属或纤维增强塑料制成，具有一顶部820。虽然没有画出，但是螺旋桨叶可凹下以装入除冰器850，在这种情况下，螺旋桨叶863不具备需要的外部形状。

除冰器850是一整体结构，沿粘合线862连接于螺旋桨叶863。粘合线862最好由粘合剂构成，可以可靠地粘接除冰器850，承受螺旋桨转动所产生的离心力。但是，粘合剂也必须易于分离。具有溶剂的粘合剂的实例是3M    1300L。粘合剂和除冰器分离时不得损坏螺旋桨叶863。

粘合层861是由0.016英寸厚的氯丁橡胶构成的。可压缩件853是由丁基橡胶构成的，在顶部820上覆盖在粘合层861上。对于螺旋桨叶来说，已发现大约3/8英寸宽度对可压缩件853是令人满意的。取决于应用场合，所需宽度可以变化，并通过实验来确定。具有良好介电性质的分离层859，如一面有粘合剂的3M204/3特氟隆带，放置在目标层860的表面上。由0.016英寸厚的铜片形成的目标层860放置在粘合层861上，粘合层861沿一缘抵接可压缩件。同样制备一镜像对称的目标层（未画）覆盖在螺旋桨叶863（未画）的相对的一侧上的粘合层861上。

在载体介质层856的每一面上粘接铜片形成线圈。介质层856可由大约0.015英寸厚的合成橡胶如氯丁橡胶构成。在两铜片的表面用照象制版制成光敏线圈图形。然后在酸槽中在铜片上腐蚀成线圈元件857和线圈元件855。对于侵蚀法印刷电路领域的技术人员来说，照像制版和腐蚀铜箔都是熟知的技术。用相同方法制备的镜像对称的线圈也应用于螺旋桨叶863的另一侧（未画）。两线圈可同时形成，在线圈之间可使用连续带式跨接线864。引线867连接于线圈的接头866。环形接头869连接于引线867。同样，另一引线（未画）连接于镜像对称的线圈（未画）。如果平面线圈和螺旋桨叶863另一面的镜像对称线圈通过跨接线864串联，则只需要两根引线。

线圈组件由分离侧介质层854和粘合侧介质层858包住。镜像对称的线圈也同样地被包住。分离侧介质层854由Fiberite    MXB7669/120玻璃构成。申请人发现一薄层玻璃可加强平面线圈，并增加频率特性和垂直于表面的最大加速度从而大大改善其动态运动。粘合侧的介质层858由0.016英寸厚的氯丁橡胶构成。如图15所示，粘合层861，粘合侧介质层858，载体介质层856和分离侧介质层854的边缘环绕着除冰器的周边是相互交错的。这些边缘相互交错形成了环绕除冰器850周边的锥形边缘。

叠接带852放置在可压缩件上，部分地与每一侧的分离侧介质层854（另一侧的分离侧介质层未画出）相重叠。叠接带的编织最好与螺旋桨叶863的弦向成45°角。另外，如图所示，一表面层851覆盖在整个结构上。叠接带852由具有氯丁橡胶涂层的密织的尼龙织物构成。表面层851由0.020英寸厚的氯丁橡胶构成。引头片868由引线867包在粘合层861和表面层851之间构成。沿引线867可铺设附加的氯丁橡胶填条（未画）以形成光滑的过渡面。氯丁橡胶填条可用来消除丁基橡胶条可压缩件853端部的阶形。如果需要，由3M生产的聚氨酯胶带层871改善耐腐蚀特性。聚氨酯膜的一面具有自粘合的丙烯酸粘合剂，可将膜粘合到表面层851上。由于腐蚀而需要时，可以更换上述聚氨酯膜而不必更换整个除冰器850。除冰器850最好从表面层851开始在阴工具中制作。制作技术是橡胶除冰器专业人员所熟知的。在将线圈插入结构中去之前，必须将外部介质层854硬化到平面线圈上。

虽然已结合包括最佳实施例在内的具体的和推荐实施例描述了本发明，但是，显然飞机除冰器专业的技术人员可以对上述实施例进行改变，而并不超出本发明的范围。

Claims (23)

1、一种用于装在下部结构上的机械动力除冰器，具有安装于下部结构上时遭遇并突破冲击气流的外表面，下部结构具有一顶部，相应于除冰器和下部结构的覆盖在曲率半径最小的外表面区域上的部位，所述除冰器具有：

可挠曲的外皮；

外皮挠曲装置，设置在所述可挠曲的外皮的第一区域之下，用于使所述可挠曲的外皮从下部结构上发生挠曲；以及

可压缩件，在所述下部结构的顶部设置在所述可挠曲的外皮之下，其中，当所述外皮挠曲装置使所述外皮挠曲时，所述可压缩件便于使在所述可压缩件上的所述可挠曲的外皮向着下部结构挠曲。

2、如权利要求1所述的除冰器，其特征在于：所述可压缩件分隔所述外皮挠曲装置，所述可压缩件紧靠所述外皮之下，所述外皮挠曲装置抵接所述可压缩件。

3、如权利要求1所述的除冰器，其特征在于：所述外皮挠曲装置覆盖在所述可压缩件上，所述外皮挠曲装置紧靠在所述外皮之下。

4、如权利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于：所述可压缩件是由弹性体构成的。

5、如权利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于：所述可压缩件是由丁基橡胶构成的。

6、如权利要求5所述的除冰器，其特征在于：所述可压缩件的厚度介于大约0.05英寸和0.1英寸。

7、如权利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于：所述可挠曲的外皮包括至少一层纤维增强塑料，有选择地加固所述外皮的预定区域。

8、如权利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于：所述可挠曲的外皮包括至少一层浸渍丁腈酚醛树脂的织物，所述织物的纤维属于下述一组之一：碳纤维，玻璃纤维，尼龙纤维和凯夫拉尔纤维。

9、如权利要求2所述的除冰器，其特征在于：所述下部结构具有基本平行于冲击气流方向的弦向和基本垂直于弦向的，下部结构延伸的跨度方向，所述外皮挠曲装置具有至少两条沿跨度方向延伸的可膨胀管，分别在所述可压缩件的两侧，每条所述管抵接所述可压缩件。

10、如权利要求3所述的除冰器，其特征在于：所述下部结构具有基本平行于冲击气流方向的弦向和基本垂直于弦向的，下部结构延伸的跨度方向，所述外皮挠曲装置具有至少两条沿跨度方向延伸的可膨胀管，所述可膨胀管在所述可压缩件上相互抵接。

11、如权利要求3所述的除冰器，其特征在于：所述下部结构具有基本平行于冲击气流方向的弦向和基本垂直于弦向的，下部结构延伸的跨度方向，所述外皮挠曲装置具有至少三条沿弦向延伸的可膨胀管，一条处于所述可压缩件上，另外两条放置在两侧，与所述可压缩件上的可膨胀管抵接。

12、如权利要求9所述的除冰器，其特征在于：所述外皮挠曲装置还具有至少第三条在弦向延伸的可膨胀管，与前面所述两条可膨胀管抵接，抵接的可膨胀管在弦向上部分重叠。

13、如权利要求1所述的除冰器，其特征在于：所述外皮挠曲装置包括电磁装置，所述电磁装置利用大幅度瞬时电流脉冲形成相反的电磁场，使所述外皮从下部结构挠曲。

14、如权利要求13所述的除冰器，其特征在于：所述电磁装置包括至少一个线圈，所述大幅度瞬时电流脉冲作用于每一线圈，每一线圈包括：

一个第一片状元件，由具有许多匝和第一端及第二端的第二连续电导体形成，所述第一电导体的第一端形成电输入端，所述第一电导体的第二端形成电输出端;

一个第二片状元件，由具有许多匝和第一端及第二端的第二连续电导体形成，所述第二电导体的第一端形成电输入端，所述第二电导体的第二端形成电输出端;

一个在所述第一电导体的第二端和所述第二电导体的第一端之间的电接头;以及

所述第一和第二片状元件相互平行放置，使所述第一电导体的选定的匝临近于所述第二电导体的选定的匝，使通过所述第一电导体的匝的电流方向与通过所述第二电导体的匝的电流方向相同。

15、如权利要求14所述的除冰器，其特征在于：所述电磁装置具有至少两个线圈，在所述可压缩件的两侧各一个，每个线圈抵接于所述可压缩件。

16、如权利要求15所述的除冰器，其特征在于：至少一个线圈形成所述外皮的一个整体部分。

17、如权利要求13所述的除冰器，其特征在于：所述可挠曲的外皮包括至少一层浸渍丁腈酚醛基质的织物，所述织物层的纤维属于下述一组中的一种：碳纤维，玻璃纤维，尼龙纤维和凯夫拉尔纤维。

18、如权利要求18所述的除冰器，其特征在于：所述薄的可压缩件由丁基橡胶制成。

19、如权利要求18所述的除冰器，其特征在于：所述薄的可压缩件的厚度介于大约0.05和0.1英寸之间。

20、如权利要求14所述的除冰器，其特征在于：还具有临近于每一线圈的目标层，所述目标层重叠在所述线圈上，所述线圈可与所述目标层分离，所述相反的电磁场之一是由所述线圈在所述大幅度瞬时电流脉冲作用下形成的，另一个相反的电磁场是由所述线圈的电磁场在所述目标层中感应的涡流形成的。

21、如权利要求14所述的除冰器，其特征在于：还具有至少两个线圈，所述线圈相互临近，一个重叠在另一个上，所述线圈可相互分离，所述相反的电磁场之一是由一线圈在所述大幅度瞬时电流脉冲作用下形成的，而另一个相反的电磁场是由另一线圈在所述大幅度瞬时电流脉冲作用下形成的，所述线圈互相电连接，使一线圈的所述电导体的选定匝中的电流方向与另一线圈的所述电导体的选定匝中的电流方向相反。

22、如权利要求3所述的除冰器，其特征在于：所述外皮挠曲装置包括电磁装置，所述电磁装置利用大幅度瞬时电流脉冲形成相反的电磁场，使所述外皮从所述下部结构挠曲，所述电磁装置在所述顶部上沿一缘相互抵接的至少两个线圈，所述大幅度瞬时电流脉冲作用于每个线圈，每个线圈包括：

一个第一片状元件，由具有许多匝和第一端及第二端的第一连续电导体形成，所述第一电导体的第一端形成电输入端，所述第一电导体的第二端形成电输出端;

一个第二片状元件，由具有许多匝和第一及第二端的第二连续电导体形成，所述第二电导体的第一端形成电输入端，而所述第二电导体的第二端形成电输出端;

一个在所述第一电导体的第二端和所述第二电导体的第一端之间的电接头;以及

所述第一和第二片状元件相互平行设置，使所述第一电导体的选定匝临近于所述第二电导体的选定匝，使通过所述第一电导体的匝的电流方向与通过所述第二电导体的匝的电流方向相同。

23、如权利要求3所述的除冰器，其特征在于：所述外皮挠曲装置包括电磁装置，所述电磁装置利用大幅度瞬时电流脉冲形成使所述外皮从所述下部结构挠曲的相反的电磁场，所述电磁装置具有至少三个线圈，一个线圈覆盖在处于另外两线圈之间并与之抵接的所述可压缩件之上，所述大幅度瞬时电流脉冲作用于每个线线每个线圈包括：

一个第一片状元件，由具有许多匝和第一端及第二端的第一连续电导体形成，所述第一电导体的第一端形成电输入端，而所述第一电导体的第二端形成电输出端;

一个第二片状元件，由具有许多匝和第一端及第二端的第二连续电导体形成，所述第二电导体的第一端构成电输入端，而所述第二电导体的第二端形成电输出端;

一个在所述第一电导体的第二端和所述第二电导体的第一端之间的电接头;以及

所述第一和第二片状元件相互平行放置，使所述第一电导体的选定匝临近于所述第二电导体的选定匝，使通过所述第一电导体的匝的电流方向与通过所述第二电导体的匝的电流方向相同。

Images