CN112572807A - 飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置，防冰装置包括笛形管、密封机构和驱动机构,笛形管具有入口端和多个喷口,密封机构使笛形管可转动地密封到安装构件上，入口端在安装构件的外侧,驱动机构使笛形管能够相对安装构件转动以改变喷口的喷射角度。其中，驱动机构包括具有输入端和输出端的传动单元和驱动传动单元的伺服电机，传动单元的输出端传动地连接于笛形管，伺服电机连接于传动单元的输入端以驱动传动单元，并根据飞机攻角变化驱动传动单元，使得笛形管相对安装构件转动，从而改变笛形管的喷口的喷射角度。本发明解决了现有技术中热效率低、结构复杂的技术问题。

Description

飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置

技术领域

本发明涉及一种飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置,尤其涉及一种基于飞机攻角变化的可调气流喷射角度的笛形管装置。

背景技术

当飞机经过含有过冷水滴的低温云层时，一些关键部件(如机翼、发动机进口部件、传感器等)的迎风面容易发生水滴凝结并形成结冰。一种有效的防冰技术途径是热气防冰系统，从发动机压气机中引出一定量的热空气对需要防护的部件表面进行加热，使得部件的表面温度高于冰的凝固点，进而避免冰层的形成。

当前民用飞机主要采用热气进行机翼防冰，热气防冰系统主要采用笛形管阵列射流冲击方式，该方式需一定长度的笛形管将管内的热气通过笛形管的多个喷口喷射至蒙皮内表面，通过喷射热气与蒙皮的对流换热来提高蒙皮温度以防止机翼结冰。根据机翼的水滴收集特性，在机翼不同的弦向位置会产生不同的水收集量，因此通常将笛形管喷口正对水收集量最大的区域。

但飞机在飞行过程中根据飞行阶段的不同，会处于不同的攻角状态。当攻角不同时，机翼表面最大的水收集量区域也会随之改变。传统的笛形管喷口角度固定，该结构形式存在如下两个问题：

一是当飞机攻角发生改变后，笛形管热气喷口不再正对机翼最大水收集区域，在一定程度上降低了防冰系统的热交换效率；

二是在笛形管喷口角度不能调整的前提下，为保证在不同攻角下的防冰效果，需要加大防冰系统的引气量。

现有技术中已经对上述的技术问题作了改进，例如，专利申请公开CN104129504A,该发明公开了一种用于热气防冰的可调角度的笛形管结构，包含笛形管、控制电机和传动机构，所述笛形管由相互贴合的内管和外管组成，其中，内管固定，外管通过传动机构与控制电机连接，所述内管和外管上均设有排气孔。电机驱动外管，以规定的角度进行转动，保证外管的通气孔能够和内管上特定角度的通气孔进行吻合，保证热气喷射到机翼结冰区域内表面上。笛形管内管固走不动，因而调节外管上通气孔同某个角度下的内管通气孔连通，实现对热气喷射角度和方向的控制，实现特定结冰环境和结冰条件下的热气防冰能力。

由此可见，该解决技术问题的技术方案同样存在热效率低的问题，而且结构复杂。

发明内容

为此，本发明的目的是克服现有技术中热效率低、结构复杂的技术问题。

根据本发明，提供一种飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置，所述防冰装置包括笛形管、密封机构和驱动机构,笛形管具有入口端和多个喷口,密封机构使所述笛形管可转动地密封到安装构件上，所述入口端在所述安装构件的外侧,驱动机构使所述笛形管能够相对所述安装构件转动以改变所述喷口的喷射角度。其中，所述驱动机构包括具有输入端和输出端的传动单元和驱动所述传动单元的伺服电机，所述传动单元的输出端传动地连接于所述笛形管，所述伺服电机连接于传动单元的输入端以驱动所述传动单元，并根据飞机攻角变化驱动所述传动单元，使得所述笛形管相对所述安装构件转动，从而改变所述笛形管的所述喷口的喷射角度。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述传动单元包括蜗轮和蜗杆，蜗轮固定地安装在所述笛形管上，蜗杆与所述蜗轮啮合，所述伺服电机驱动所述蜗杆。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述传动单元的输出端连接于所述笛形管的所述入口端。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述蜗杆的直径小于所述蜗轮的直径。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述驱动机构和所述传动单元构造成：当飞机攻角发生改变时，所述驱动机构驱动所述传动单元使得所述笛形管相对所述安装构件转过相应的角度以使所述喷口正对所述飞机的机翼水收集量最大区域。

优选地，所述密封机构包括外层套管和环形密封组件，外层套管固定地安装到所述安装构件中，所述外层套管径向间隔地围绕所述笛形管，环形密封组件在所述外层套管与所述笛形管之间，所述环形密封组件构造成使得所述笛形管能够密封地相对所述外层套管转动。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述安装构件包括结构肋板，所述结构肋板位于所述笛形管的具有喷口的部分与安装所述传动单元的部分之间。所述环形密封组件包括位于所述结构肋板两侧的一对硬质橡胶圈。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述硬质橡胶圈的横截面为矩形，所述硬质橡胶圈设置成当所述驱动机构驱动时所述笛形管相对所述硬质橡胶圈转动。

较佳地，在上述技术方案的基础上，在所述外层套管的内表面形成形状与所述硬质橡胶圈对应的环形槽，使得所述硬质橡胶圈的一部分容纳在所述环形槽内。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述环形密封组件还包括内侧密封单元和外侧密封单元，内侧密封单元在所述硬质橡胶圈的内侧的邻近所述喷口，外侧密封单元在所述硬质橡胶圈的外侧的邻近所述传动单元。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述内侧密封单元设置成当所述驱动机构驱动时所述笛形管与所述内侧密封单元一起相对所述外层套管转动；所述外侧密封单元设置成当所述驱动机构驱动时所述笛形管相对所述外侧密封单元转动。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述内侧密封单元包括内侧环形密封圈和内侧阻挡件，所述内侧环形密封圈包括横截面为C形的C形弹性体和被所述C形弹性体包围的环形钢丝，所述C形弹性体的开口朝向所述喷口，内侧阻挡件阻挡所述内侧环形密封圈远离所述喷口移动。其中，所述内侧环形密封圈和所述内侧阻挡件设置成使得所述内侧环形密封圈能够沿所述笛形管的纵向和径向弹性变形。所述外侧密封单元包括外侧环形密封圈和外侧阻挡件，所述外侧环形密封圈包括横截面为V形的V形弹性体，V形弹性体的开口朝向所述入口端，外侧阻挡件阻挡所述外侧环形密封圈朝向所述喷口移动。其中，所述外侧环形密封圈和所述外侧阻挡件设置成使得所述外侧环形密封圈能够沿所述笛形管的纵向和径向弹性变形。

较佳地，在上述技术方案的基础上，所述内侧阻挡件为横截面为横卧的工字形的内侧环形构件，并固定地安装在所述笛形管的外表面上，所述内侧环形密封圈容纳在所述内侧环形构件的凹部的纵向一部分中，并径向伸出所述内侧环形构件、横向抵靠于所述工字形的内侧环形构件的外侧壁；所述外侧阻挡件为支承和夹持所述V形弹性体的一部分的外侧环形构件，并固定地安装在所述外层套管的内表面上，所述V形弹性体容纳在所述外侧环形构件的一对夹持壁之间，并径向向内伸出所述外侧环形构件的所述夹持壁。根据上述技术方案实施的具体内容和优点参见下文。

附图说明

图1是根据本发明的飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置的剖面图，其示出了笛形管防冰装置的结构。

上述附图仅仅是示意性的，未严格按照比例绘制。

图中的附图标记在附图和实施例中的列表：

1－笛形管，包括：

11－入口端，

12－喷口；

2－驱动机构，包括：

21－伺服电机，

22－蜗杆，

23－蜗轮；

3－安装构件；

－密封机构，包括：

4－环形密封组件，包括：

6－内侧密封单元，包括：

61－C形弹性体，

62－环形钢丝，

63－内侧环形构件，包括：

63a－凹部，

63b－外侧壁，

7－一对硬质橡胶圈，

8－外侧密封单元，包括：

81－V形弹性体，

83－外侧环形构件，包括：

83a－容腔，

83b－一对夹持壁；以及

5－外层套管。

具体实施方式

为描述本发明实施例方便起见而在本文中使用的术语说明如下：

内或内侧：位于、靠近或朝向笛形管的喷口、即图1的左侧；

外或外侧：相对、远离或背向笛形管的喷口(位于、靠近或朝向笛形管的入口端)、即图1的右侧；

纵向：沿笛形管的轴线方向；

径向：沿笛形管的径向方向。

下面结合附图和实施例来进一步描述本发明，从而更清楚地了解本发明的发明原理和有益的技术效果。

图1的截面图详细地示出了根据本发明的笛形管防冰装置的一个实施例的结构。

根据本发明，飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置包括笛形管1、驱动笛形管1转动的驱动机构2和将笛形管1密封地安装到飞机上的安装构件3的密封机构。笛形管1包括入口端11和多个喷口12，在图1的视图中，笛形管1的入口端11在右侧，笛形管1的多个喷口12在左侧，下文的描述都以该布局为基准。实际的布局可以根据需要防冰的区域的不同而变化。

密封机构使笛形管1可转动地密封到安装构件3上，安装构件3位于入口端11与多个喷口12之间。驱动机构2使笛形管1相对安装构件3的固定构件转动以改变笛形管1的喷口12的喷射角度。

驱动机构2包括具有输入端和输出端的传动单元和驱动传动单元的伺服电机21，传动单元的输出端传动地连接于笛形管1，伺服电机21连接于传动单元的输入端以驱动传动单元，并根据飞机攻角变化驱动传动单元，使得笛形管1相对安装构件3转动，从而改变笛形管1的喷口12的喷射角度。

如图1所示，传动单元包括彼此啮合的蜗轮23和蜗杆22。蜗轮23固定地安装在笛形管1上，蜗杆22连接于伺服电机21的输出端，使蜗杆22被伺服电机21驱动。蜗轮23在安装构件3的外侧连接于笛形管1，较佳地，连接于笛形管1的入口端11。蜗杆22的直径小于蜗轮23的直径，这样可以提高对笛形管1旋转角度的控制。

伺服电机21和蜗轮23蜗杆22结构构造和布置成：当飞机攻角发生改变时，伺服电机21根据攻角改变的数据驱动蜗杆22，从而驱动蜗轮23，使得笛形管1相对安装构件3转过相应的角度，以使笛形管1的喷口12正对飞机的机翼水收集量最大区域。

如图1所示，为了实现笛形管1密封地安装到安装构件3，密封机构包括外层套管5和将笛形管1密封地悬置在外层套管5内中心的环形密封组件4。外层套管5固定地安装到安装构件3中，环形密封组件4设置在外层套管5与笛形管1之间，使得外层套管5径向间隔地围绕笛形管1。环形密封组件4构造成使得笛形管1能够密封地相对外层套管5转动。在本发明的实施例中，安装构件3为一结构肋板，并使得笛形管1的具有喷口12的部分位于结构肋板的内侧，笛形管1的入口端11和驱动笛形管1转动的蜗轮23蜗杆22结构位于结构肋板的外侧。

在一较佳实施例中，如图1所示，环形密封组件4包括：位于结构肋板两侧的一对硬质橡胶圈7、在硬质橡胶圈7的内侧的邻近喷口12的内侧密封单元6、以及在硬质橡胶圈7的外侧的邻近传动单元的外侧密封单元8。

硬质橡胶圈7的横截面优选为矩形，硬质橡胶圈7设置成当伺服电机21驱动时笛形管1相对硬质橡胶圈7转动。作为一种选择，硬质橡胶圈7也可设置成当伺服电机21驱动时笛形管1与硬质橡胶圈7一起相对外层套管5转动。当硬质橡胶圈7设置成使笛形管1相对硬质橡胶圈7转动时，在外层套管5的内侧形成横截面的形状与硬质橡胶圈7对应的环形槽(图中未示出)，使得硬质橡胶圈7的一部分容纳在环形槽内，即，硬质橡胶圈7的高度大于环形槽的高度，以保证橡硬质橡胶圈7与外层套管5紧密接触的同时，笛形管1与外层套管5不会产生直接接触。如此，当在外层套管5的内腔的防冰腔受到压力冲击时，如此布置的硬质橡胶圈7可阻止其纵向移动，同时，允许硬质橡胶圈7在径向上可相对外层套管5弹性变形。

如图1的左侧所示，内侧密封单元6设置成当伺服电机21驱动时笛形管1与内侧密封单元6一起相对外层套管5转动，或者，笛形管1相对内侧密封单元6和外层套管5转动亦可。内侧密封单元6包括内侧环形密封圈和阻挡内侧环形密封圈远离喷口12移动的内侧阻挡件。

内侧环形密封圈包括横截面为C形的C形弹性体61和被C形弹性体61包围的环形钢丝62，C形弹性体61的开口朝向喷口12，即朝向图1的左侧，在该实施例中，C形弹性体61为C形橡胶圈。当防冰腔内气体压力升高时C形橡胶圈的开口将向笛形管1与外层套管5之间的径向间隙两侧胀开以保证密封效果。

内侧阻挡件为横截面为横卧的工字形的内侧环形构件63，并固定地安装在笛形管1的外表面上，内侧环形密封圈沿纵向容纳在内侧环形构件63的凹部63a的一部分中，并径向伸出内侧环形构件63、横向抵靠于工字形的内侧环形构件63的外侧壁63b，使得内侧环形密封圈的径向外缘密封地抵靠在外层套管5的内表面上，内侧环形密封圈的径向内缘密封地抵靠在内侧阻挡件的凹部63a的外表面上。如此，当在外层套管5的内腔的防冰腔受到压力冲击时，内侧阻挡件的如此构造使其外侧壁63b可阻止内侧环形密封圈朝外侧纵向移动，同时，工字形的横截面允许内侧环形密封圈能够在纵向上和径向上弹性变形。

如图1的右侧所示，外侧密封单元8设置成当伺服电机21驱动时笛形管1相对外侧密封单元8转动，或者，笛形管1和外侧密封单元8一起相对外层套管5转动亦可。外侧密封单元8包括外侧环形密封圈和阻挡外侧环形密封圈朝向喷口12移动的外侧阻挡件。

外侧环形密封圈包括横截面为V形的V形弹性体81，V形弹性体81的开口背离喷口12，或朝向入口端11，即，朝向图1的右侧，在该实施例中，V形弹性体81为V形橡胶圈。V形橡胶圈如此布置可以阻止外面的杂质或灰尘进入防冰腔内。

外侧阻挡件为支承和夹持V形弹性体81的一部分外侧环形构件83，并固定地安装或一体地在外层套管5的内表面上，V形弹性体81容纳在外侧环形构件83的一对夹持壁83b之间，并径向向内伸出外侧环形构件83的夹持壁83b，使得V形弹性体81的径向外缘被密封地夹持在外侧阻挡件的一对夹持壁83b之间，V形弹性体81的径向内缘密封地抵靠在笛形管1的外表面上。如此构造的外侧密封单元8同时实现了笛形管1相对外侧密封单元8可旋转、防冰腔与外界隔绝、阻止外界杂质或灰尘进入防冰腔的三项功能。外侧阻挡件的构造允许外侧环形密封圈能够在纵向上和径向上弹性变形。

一个具体实施例

在传统笛形管1的入口处增加一套蜗轮23蜗杆22结构，蜗轮23与笛形管1之间采用过盈配合以固定连接。蜗轮23与蜗杆22啮合连接，其中蜗杆22的直径要小于蜗轮23的直径以提高对笛形管1旋转角度的控制。蜗杆22与伺服电机21传动连接，伺服电机21安装于附近的结构上。当飞机攻角发生改变时，通过伺服电机21的转动带动蜗杆22转动，再通过蜗杆22的转动带动蜗轮23转动，蜗轮23会带动笛形管1转过相应的角度以使气流的喷口12正对水收集量最大区域。

在笛形管1与防冰腔结构(即安装构件3)的连接处，设置有使笛形管1可旋转的密封机构。该密封机构包括一套置于笛形管1外面的外层套管5，以及外层套管5与笛形管1之间的从内侧到外侧依次排列的C形橡胶圈、两圈截面为矩形的硬质橡胶圈7和V形橡胶圈。C形橡胶圈内有一环形钢丝62用以固定C形橡胶圈，且C形橡胶圈的开口朝向内侧，当防冰腔内气体压力升高时C形橡胶圈的开口将向笛形管1与外层套管5之间的间隙两侧胀开以保证密封效果。两圈截面为矩形的硬质橡胶圈7安装在外层套管5内表面中的截面为矩形的环形槽内，且硬质橡胶圈7的高度大于环形槽的高度，以保证硬质橡胶圈7与外层套管5紧密接触的同时，笛形管1与外层套管5不会产生直接接触。最外侧是V形橡胶圈，且V形橡胶圈的开口朝向外侧以阻止外面的杂质或灰尘进入防冰腔内。该密封机构同时实现了笛形管1相对防冰腔结构可旋转、防冰腔与外界隔绝、阻止外界杂质或灰尘进行防冰腔三项功能。

本发明的优点

与现有技术相比，本发明通过增加蜗轮蜗杆结构以及使笛形管可旋转的密封机构，实现了笛形管气流喷口可随飞机攻角的改变进行相应调整的功能，同时保证了防冰腔的密封性。

以上根据附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种飞机上具有喷射气流的笛形管防冰装置，所述防冰装置包括：

具有入口端(11)和多个喷口(12)的笛形管(1)；

使所述笛形管(1)可转动地密封到安装构件(3)上的密封机构，所述入口端(11)在所述安装构件(3)的外侧；以及

使所述笛形管(1)能够相对所述安装构件(3)转动以改变所述喷口(12)的喷射角度的驱动机构(2)；

其中，所述驱动机构(2)包括具有输入端和输出端的传动单元和驱动所述传动单元的伺服电机(21)，所述传动单元的输出端传动地连接于所述笛形管(1)，所述伺服电机(21)连接于传动单元的输入端以驱动所述传动单元，并根据飞机攻角变化驱动所述传动单元，使得所述笛形管(1)相对所述安装构件(3)转动，从而改变所述笛形管(1)的所述喷口(12)的喷射角度。

2.如权利要求1所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述传动单元包括：

固定地安装在所述笛形管(1)上的蜗轮(23)；以及

与所述蜗轮(23)啮合的蜗杆(22)，所述伺服电机(21)驱动所述蜗杆(22)。

3.如权利要求2所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述传动单元的输出端连接于所述笛形管(1)的所述入口端(11)。

4.如权利要求3所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述蜗杆(22)的直径小于所述蜗轮(23)的直径。

5.如权利要求4所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述驱动机构(2)和所述传动单元构造成：

当飞机攻角发生改变时，所述驱动机构(2)驱动所述传动单元使得所述笛形管(1)相对所述安装构件(3)转过相应的角度以使所述喷口(12)正对所述飞机的机翼水收集量最大区域。

6.如权利要求2所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述密封机构包括：

固定地安装到所述安装构件(3)中的外层套管(5)，所述外层套管(5)径向间隔地围绕所述笛形管(1)；

在所述外层套管(5)与所述笛形管(1)之间的环形密封组件(4)，所述环形密封组件(4)构造成使得所述笛形管(1)能够密封地相对所述外层套管(5)转动。

7.如权利要求6所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述安装构件(3)包括结构肋板，所述结构肋板位于所述笛形管(1)的具有喷口(12)的部分与安装所述传动单元的部分之间，

所述环形密封组件(4)包括：

位于所述结构肋板两侧的一对硬质橡胶圈(7)。

8.如权利要求7所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述硬质橡胶圈(7)的横截面为矩形，所述硬质橡胶圈(7)设置成当所述驱动机构(2)驱动时所述笛形管(1)相对所述硬质橡胶圈(7)转动。

9.如权利要求8所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

在所述外层套管(5)的内表面形成形状与所述硬质橡胶圈(7)对应的环形槽，使得所述硬质橡胶圈(7)的一部分容纳在所述环形槽内。

10.如权利要求7所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述环形密封组件(4)还包括：

在所述硬质橡胶圈(7)的内侧的邻近所述喷口(12)的内侧密封单元(6)；以及

在所述硬质橡胶圈(7)的外侧的邻近所述传动单元的外侧密封单元(8)。

11.如权利要求10所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述内侧密封单元(6)设置成当所述驱动机构(2)驱动时所述笛形管(1)与所述内侧密封单元(6)一起相对所述外层套管(5)转动；

所述外侧密封单元(8)设置成当所述驱动机构(2)驱动时所述笛形管(1)相对所述外侧密封单元(8)转动。

12.如权利要求11所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述内侧密封单元(6)包括：

内侧环形密封圈，所述内侧环形密封圈包括横截面为C形的C形弹性体(61)和被所述C形弹性体(61)包围的环形钢丝(62)，所述C形弹性体(61)的开口朝向所述喷口(12)；以及

内侧阻挡件，以阻挡所述内侧环形密封圈远离所述喷口(12)移动；

其中，所述内侧环形密封圈和所述内侧阻挡件设置成使得所述内侧环形密封圈能够沿所述笛形管(1)的纵向和径向弹性变形；

所述外侧密封单元(8)包括：

外侧环形密封圈，所述外侧环形密封圈包括横截面为V形的V形弹性体(81)，V形弹性体(81)的开口朝向所述入口端(11)；

外侧阻挡件，以阻挡所述外侧环形密封圈朝向所述喷口(12)移动；

其中，所述外侧环形密封圈和所述外侧阻挡件设置成使得所述外侧环形密封圈能够沿所述笛形管(1)的纵向和径向弹性变形。

13.如权利要求12所述的笛形管防冰装置，其特征在于，

所述内侧阻挡件为横截面为横卧的工字形的内侧环形构件(63)，并固定地安装在所述笛形管(1)的外表面上，所述内侧环形密封圈容纳在所述内侧环形构件(63)的凹部(63a)的纵向一部分中，并径向伸出所述内侧环形构件(63)、横向抵靠于所述工字形的内侧环形构件(63)的外侧壁(63b)；

所述外侧阻挡件为支承和夹持所述V形弹性体(81)的一部分的外侧环形构件(83)，并固定地安装在所述外层套管(5)的内表面上，所述V形弹性体(81)容纳在所述外侧环形构件(83)的一对夹持壁(83b)之间，并径向向内伸出所述外侧环形构件(83)的所述夹持壁(83b)。

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