CN114718728A - 发动机的防冰装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机的防冰装置，包括：设于发动机的转子鼓筒上的磁感线圈，用于根据线圈电流产生磁场；设于发动机的静子叶片下端的切割线圈，用于根据磁场产生感应电流；蓄电池，用于提供线圈电流；以及加热元件，用于根据感应电流加热发动机的至少一个部件。

Description

发动机的防冰装置及系统

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种发动机的防冰装置及系统。

背景技术

以轴流航空发动机压气机为典型代表的航空发动机压气机由高压压气机和低压压气机两部分组成。其中，低压压气机转速和温度都较低，尤其是对于增压级的0级静子叶片极易形成冰晶。不断积累的冰晶会破坏流道，对发动机的安全运转造成威胁。

目前对发动机进气道的主要防冰方法包括：1.使用疏水涂层进行防冰，但是疏水涂层的防冰效果一般，并且会对环境造成一定的污染。2.引入高温气体进行防冰，这种方法需要从高压压气机引入高温气体，这不可避免的需要铺设复杂的管道，增加了结构的复杂性，同时也会降低压气机的工作效率。另外，高温气体加热方式所适用的零部件也十分有限。3.用电加热的方法进行防冰，但如果直接使用飞机电力，其能量消耗十分可观。虽然目前也有利用电磁感应进行自发电对热元件进行加热防冰，但是这种方法只能针对转子零件进行加热防冰，而且固定磁场的发电系统缺乏灵活性。

有鉴于此，现有技术有待于进一步地改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机的防冰装置，该防冰装置可以对发动机的至少一个部件进行有效的防冰，同时无需消耗额外的电力和铺设复杂的引气管路，且未涉及化学产品，绿色环保，安全可靠。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种发动机的防冰装置，包括：设于所述发动机的转子鼓筒上的磁感线圈，用于根据线圈电流产生磁场；设于所述发动机的静子叶片下端的切割线圈，用于根据所述磁场产生感应电流；蓄电池，用于提供所述线圈电流；以及加热元件，用于根据所述感应电流加热所述发动机的至少一个部件。

在本发明的一实施例中，还包括整流器，用于将所述感应电流转换为直流电，所述加热元件根据所述直流电加热所述发动机的所述至少一个部件。

在本发明的一实施例中，所述至少一个部件包括分流环，和/或0级静子叶片。

在本发明的一实施例中，所述蓄电池还用于存储至少一部分所述感应电流。

在本发明的一实施例中，所述蓄电池还用于为所述加热元件供电以加热所述发动机的所述至少一个部件。

在本发明的一实施例中，还包括电流控制器，用于控制所述线圈电流。

在本发明的一实施例中，当所述发动机处于加速状态时，所述电流控制器减小或断开所述线圈电流。

在本发明的一实施例中，当所述发动机处于减速状态时，所述电流控制器增大或导通所述线圈电流。

在本发明的一实施例中，当所述蓄电池中的电量低于供电阈值时，所述电流控制器增大或导通所述线圈电流。

本发明的另一方面提供一种发动机的防冰系统，包括：发动机；以及如上所述的发动机的防冰装置。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

本发明的发动机的防冰装置通过蓄电池为设于发动机的转子鼓筒上的磁感线圈提供线圈电流，磁感线圈根据线圈电流产生磁场，由设于发动机的静子叶片下端的切割线圈根据该磁场产生感应电流，并由加热元件根据该感应电流加热发动机的至少一个部件。本发明的防冰装置可以对发动机的至少一个部件进行有效的防冰，同时无需消耗额外的电力和铺设复杂的引气管路，且未涉及化学产品，绿色环保，安全可靠。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明一实施例的一种发动机的防冰装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例的一种发动机的防冰装置的磁感线圈和切割线圈的示意图；

图3是本发明一实施例的一种发动机的防冰装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。

航空发动机的低压压气机由于其结构特性极易结冰，导致气动裕度降低，出现喘振，严重影响飞行器的安全运转。

目前的主流防冰设计包括使用疏水材料进行防冰、高温气体加热防冰以及固定磁场发电防冰。但是，这些方法的可靠性和适用性都存在着很大的局限，其中的一些方法还会造成严重的环境污染。

本发明的以下实施例提出一种发动机的防冰装置，该防冰装置可以对发动机的至少一个部件进行有效的防冰，同时无需消耗额外的电力和铺设复杂的引气管路，且未涉及化学产品，绿色环保，安全可靠。

图1是本发明一实施例的一种发动机的防冰装置的结构示意图。下面结合图1对该发动机的防冰装置100进行说明。可以理解的是，下面所进行的描述仅仅示例性的，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神的情况下，进行各种变化。

参考图1所示，该发动机的防冰装置100包括设于发动机的转子鼓筒上的磁感线圈110、设于发动机的静子叶片下端的切割线圈120、蓄电池130以及加热元件140。

其中，磁感线圈110用于根据线圈电流产生磁场。切割线圈120用于根据磁场产生感应电流。蓄电池130用于提供线圈电流。加热元件140用于根据感应电流加热发动机的至少一个部件。

图2是本发明一实施例的一种发动机的防冰装置的磁感线圈和切割线圈的示意图。图3是本发明一实施例的一种发动机的防冰装置的电路结构示意图。

参考图1和图3所示，蓄电池130与磁感线圈110之间以及切割线圈120与加热元件140之间可以为电连接。

在本发明的以下实施例中，电连接的方式包括但不限于导线连接以及通过碳刷170的方式进行连接。

参考图2和图3所示，蓄电池130为磁感线圈110提供线圈电流，磁感线圈110根据线圈电流产生磁场，该磁场的磁感线如图2所示。

根据电磁感应原理，当发动机转动时，磁感线圈110与切割线圈120之间发生相对运动，切割线圈120不断地切割磁感线(即磁感线不断地切割过切割线圈120)，从而产生感应电动势，进而产生感应电流。

在本发明的一实施例中，发动机的防冰装置100还包括整流器150。整流器150用于将感应电流转换为直流电，加热元件140根据直流电加热发动机的至少一个部件。

具体来讲，切割线圈120产生的感应电流为三项交流电，整流器150可以将该交流电转换为直流电，以驱动加热元件140工作。加热元件140发热后产生的热量可以用于加热发动机的至少一个部件。

应当理解，整流器150可以通过例如导线与切割线圈120和加热元件140实现电连接。

在图1所示的一个示例中，用于加热的至少一个部件包括分流环10或0级静子叶片20。

例如，加热元件140可以通过对分流环10或0级静子叶片20进行加入，来提高二者的温度以达到航空发动机工作状态下的防冰效果。

应当理解，本领域技术人员可以根据实际需要对需要加热的发动机的具体部件做出相应的调整，本发明并非以此为限。

在本发明的一些示例中，蓄电池130还可以用于存储至少一部分感应电流。

示例性的，蓄电池130可以与切割线圈120电连接，切割线圈120所产生感应电流的多余电能可以被储存在蓄电池130中。

在本发明的一些示例中，蓄电池130还可以用于为加热元件140供电以加热发动机的至少一个部件。

蓄电池130除了可以向磁感线圈110提供线圈电流以满足磁感线圈110的电能消耗外，还可以在发动机处于非工作状态下驱动加热元件140进行防冰。

示例性的，蓄电池130可以与加热元件140电连接，蓄电池130可以存储切割线圈120产生的多余电能，并在切割线圈120无法向加热元件140提供足够的感应电流的情况下(例如切割线圈120处于不工作或低工作模式时)，直接向加热元件140供电以加热发动机的至少一个部件，从而实现了持续的防冰效果。

在本发明的一实施例中，发动机的防冰装置100还包括电流控制器160，用于控制线圈电流。

优选的，电流控制器160可以设于蓄电池130以及磁感线圈110之间，并分别与二者电连接。

在一些示例中，当发动机处于加速状态时，电流控制器160可以减小或断开线圈电流。

具体来讲，在发动机加速时，电流控制器160可以控制减小或断开蓄电池130提供给磁感线圈110的线圈电流，从而减小磁感线圈110产生的磁场或者使磁感线圈110不产生磁场。此时，发动机的防冰装置100处于低功率的待机状态，仅靠蓄电池130为加热元件140提供电力，实现对发动机的至少一个部件加热防冰。

在一些示例中，当发动机处于减速状态，或者当蓄电池130中的电量低于供电阈值时，电流控制器160可以增大或导通线圈电流。

具体来讲，在发动机减速或者蓄电池130中存储的电量处于低位时(例如低于预设的供电阈值)时，电流控制器160可以控制增大或导通蓄电池130提供给磁感线圈110的线圈电流，从而增大磁感线圈110产生的磁场或者使磁感线圈110产生磁场。这样，可以通过回收大量的机械能并转换成电能的同时，起到辅助发动机减速的作用。

本发明的发动机的防冰装置100通过回收航空发动机转子多余的机械能，将其转换成电能并用于驱动加热元件140，从而提高发动机静子叶片等易结冰零件的表面温度以达到阻止冰晶形成和累积的目的。

另一方面，该发动机的防冰装置100通过电流控制器160在发动机加速时降低磁场强度或关闭磁场，而在发动机减速时增大磁场强度或开启磁场以达到辅助减速和产生更多电能的目的。同时，利用蓄电池130将产生的多余电能储存起来，一部分用于防冰装置100待机时加热元件140的加热防冰，另一部分用于磁感线圈110磁场的电力消耗，是一套完善而独立的自控发电系统。

本发明的以上实施例提出了一种发动机的防冰装置，该防冰装置可以对发动机的至少一个部件进行有效的防冰，同时无需消耗额外的电力和铺设复杂的引气管路，且未涉及化学产品，绿色环保，安全可靠。

本发明的另一方面提出一种发动机的防冰系统，该防冰系统可以对发动机的至少一个部件进行有效的防冰，同时无需消耗额外的电力和铺设复杂的引气管路，且未涉及化学产品，绿色环保，安全可靠。

该发动机的防冰系统包括发动机以及如上所述的发动机的防冰装置。

在一些示例中，该发动机可以为航空发动机，但本发明并非以此为限。

参考图1所示，该发动机的防冰装置100包括设于发动机的转子鼓筒上的磁感线圈110、设于发动机的静子叶片下端的切割线圈120、蓄电池130以及加热元件140。

其中，磁感线圈110用于根据线圈电流产生磁场。切割线圈120用于根据磁场产生感应电流。蓄电池130用于提供线圈电流。加热元件140用于根据感应电流加热发动机的至少一个部件。

在本发明的一实施例中，发动机的防冰装置100还包括整流器150。整流器150用于将感应电流转换为直流电，加热元件140根据直流电加热发动机的至少一个部件。

在图1所示的一个示例中，用于加热的至少一个部件包括分流环10或0级静子叶片20。

在本发明的一些示例中，蓄电池130还可以用于存储至少一部分感应电流。

在本发明的一些示例中，蓄电池130还可以用于为加热元件140供电以加热发动机的至少一个部件。

在本发明的一实施例中，发动机的防冰装置100还包括电流控制器160，用于控制线圈电流。

在一些示例中，当发动机处于加速状态时，电流控制器160可以减小或断开线圈电流。

在一些示例中，当发动机处于减速状态，或者当蓄电池130中的电量低于供电阈值时，电流控制器160可以增大或导通线圈电流。

可以理解，在本发明的以上实施例中，各部件之间可以通过导线或碳刷170实现电连接，但本发明并非以此为限。

本实施例的防冰系统的其他实施细节可参考图1至图3所描述的实施例，在此不再展开。本领域技术人员可以根据实际需要对防冰系统的具体结构做出适当的调整，本发明并非以此为限。

本发明的以上实施例提出了一种发动机的防冰系统，该防冰系统可以对发动机的至少一个部件进行有效的防冰，同时无需消耗额外的电力和铺设复杂的引气管路，且未涉及化学产品，绿色环保，安全可靠。

可以理解，尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价的任意组合。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非适于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类适于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中适于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机的防冰装置，其特征在于，包括：

设于所述发动机的转子鼓筒上的磁感线圈，用于根据线圈电流产生磁场；

设于所述发动机的静子叶片下端的切割线圈，用于根据所述磁场产生感应电流；

蓄电池，用于提供所述线圈电流；以及

加热元件，用于根据所述感应电流加热所述发动机的至少一个部件。

2.根据权利要求1所述的防冰装置，其特征在于，还包括整流器，用于将所述感应电流转换为直流电，所述加热元件根据所述直流电加热所述发动机的所述至少一个部件。

3.根据权利要求1所述的防冰装置，其特征在于，所述至少一个部件包括分流环，和/或0级静子叶片。

4.根据权利要求1所述的防冰装置，其特征在于，所述蓄电池还用于存储至少一部分所述感应电流。

5.根据权利要求1所述的防冰装置，其特征在于，所述蓄电池还用于为所述加热元件供电以加热所述发动机的所述至少一个部件。

6.根据权利要求1所述的防冰装置，其特征在于，还包括电流控制器，用于控制所述线圈电流。

7.根据权利要求6所述的防冰装置，其特征在于，当所述发动机处于加速状态时，所述电流控制器减小或断开所述线圈电流。

8.根据权利要求6所述的防冰装置，其特征在于，当所述发动机处于减速状态时，所述电流控制器增大或导通所述线圈电流。

9.根据权利要求6所述的防冰装置，其特征在于，当所述蓄电池中的电量低于供电阈值时，所述电流控制器增大或导通所述线圈电流。

10.一种发动机的防冰系统，其特征在于，包括：

发动机；以及

如权利要求1所述的发动机的防冰装置。

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