CN1358651A - 用红外辐射线为飞机除冰的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于发射一定波长红外辐射线的设备,它包括:一主表面;一提高主表面温度,使它辐射第一波长红外辐射线的燃烧器;一围绕着主表面,与其隔开距离并由主表面的红外辐射线加热,再向目的物发射第二波长红外辐射线的辅助表面;以及一改变主表面与辅助表面之间的距离的致动器,以便使辅助表面所发射的红外辐射线的波长是规定的波长,使得该设备能向目的物发射所需要的波长的红外辐射线。该设备可用于为飞机除冰。

Description

用红外辐射线为飞机除冰的方法和设备

本发明总的说来涉及为地面上的飞机的各部分除冰的方法和设备，更具体的说，涉及一种借助于一种可集中的，并且波长可以变化的红外线能源为飞机除冰的方法和设备。

有时候，在飞机起飞之前，必须为它的某些部分除冰。

目前，现有的这种除冰的常用技术常常是将大量的化学物质喷射到飞机的工作表面上(例如，机翼、方向舵、副翼、襟翼、平衡器等等)。通常，都是在飞机刚要离开登机口之前喷射这些化学物质的。美国联邦航空局规定了从喷涂除冰喷雾到起飞之间的最长时间间隔。这一时间间隔一般大约在15分钟到30分钟之间。不幸的是，由于一些主要机场上常常发生交通阻塞，上述时间间隔经常会超过规定。如果时间超过了规定，有时候飞机就必须在起飞之前进行第二次除冰。由于需要遵守已经排好的时间表和降低费用，很不希望进行第二次除冰，虽然这是必要的。因为如果起飞时在机翼的表面上有冰和雪，常常是导致很多空难发生的原因。

如果再考虑到马上就要实施的关于处理，储存，使用和收集大量喷射的除冰化学物质的更加严格的环境保护条例，那么，以上所说的这些便提出了寻找一种为准备起飞而除去积存的冰雪的更好的途径的需要。

目前正在使用的有两种类型除冰化学物质。美国一般使用的是第一种类型的，这种化学物质是一种1，2-亚乙基二醇或丙二醇和水的混合物。这种混合物要加热到60°-82℃(140°-180°F)左右，然后再喷到飞机上去。欧洲国家通常使用第二种类型。这是一种甘醇和粘稠剂的混合物，是一种较稠的冻胶状物质。第二种类型的混合物保持的时间较长，但可能影响小飞机的起飞。因此，不推荐将它使用在转速小于43.68m/s(85节)的飞机上。

曾经有人建议所有美国机场上的除冰设备都改为使用欧洲的第二种类型化学物质。然而，这样作也有缺点。根据报道和就我所知，美国食物和药物管理局认为，丙二醇对于人体是安全的，但，对于环境是有害的。虽然现在还没有被美国职业安全健康管理委员会(以下简称OSHA)所管制，但是，已经有报道说，它会使皮肤发炎，并且已经在1990年修改的清洁空气法规中被列为有害的空气污染物。1，2-亚乙基二醇对于人体是有毒的，并已被OSHA所管制，因为它有使咽喉和呼吸道发炎的危险。1987年的水质量法规禁止将污染的水排放到航行水道中去，并且公布了防止机场将被甘醇污染的雨水排入河流和下水道中去的规定。

因此，可以认为，现在存在着一种对于不含以上所述的除冰化学物质的，经过改进的为飞机的一些部分除冰的方法和设备的明确而现实的需要。

本发明提供了一种不需要这些有害化学物质的，经过改进的，为飞机上的一些部分除冰的方法和设备。

一方面，概括地说，本发明提供了一种经过改进的，为飞机上的一部分除冰的方法，这种方法包括下列步骤：设置一种具有红外加热器的构架；使一架飞机相对于上述构架运动到靠近上述加热器的位置；开动上述加热器，以便向上述飞机的一部分发射红外辐射线；然后，控制由上述加热器所发射的红外辐射线的波长；最后，使上述飞机的各部分上的冰和雪融化。

另一方面，本发明提供了一种经过改进的，借助于可控制的辐射能量技术为飞机上的各部分除冰的设备。这种经过改进的设备设计成能向一架上面带有不希望有的物质(例如冰、雪、水)的飞机发射具有所要求的波长的红外辐射线。概括地说，这种经过改进的设备包括：一个主表面；一个用于提高上述主表面的温度的加热器或燃烧器，以便使该主表面发射具有第一波长的红外辐射线；一个围绕着上述主表面，与其隔开距离的辅助表面，该辅助表面设计成由上述主表面所发射的红外辐射线加热，并且向上述飞机发射具有第二波长的红外辐射线；以及一个用于有选择地改变主表面与辅助表面之间的距离的致动器，以便使辅助表面所发射的红外辐射线的波长，能处在由主表面与辅助表面之间的设计关系所确定的波长上；从而使得该设备能向上述飞机发射所需要的波长的红外辐射线。在优选实施例中，上述向飞机发射的辐射线的波长是那种能最大限度地被要清除的物质所吸收的波长。

因此，本发明的总的目的是提供一种经过改进的，在飞机起飞之前为它的一些部分除冰的方法。

本发明的另一个目的是提供一种经过改进的，在飞机起飞之前为它的一些部分除冰的设备。

本发明的另一个目的是提供一种借助于辐射红外技术，而避免使用目前一般正在使用的有潜在害处的除冰化学物质的，为飞机的一些部分除冰的方法和设备。

本发明的又一个目的是提供一种经过改进的，借助于发射红外辐射线为远距离目标加热的方法和设备。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种发射一种所要求的波长红外辐射线的设备，它包括：

(a)一个热源；

(b)一个基本上围绕着上述热源的第一换热器，当开动上述热源使其达到预定的温度时，该第一换热器的形状和相对于热源的位置使它以一种第一波长辐射出热量；以及

(c)一个基本上围绕着上述第一换热器的第二换热器，其布置成由第一换热器所辐射出的热量加热，并且当开动上述热源使其达到预定的温度时，该第二换热器以一种第二波长辐射出热量。

本发明还提供一种为一目的物除冰的方法，它包括下列步骤：

(a)设置一个构架，该构架具有

(i)一热源，

(ii)一与上述热源隔开距离的第一换热器，以及

(iii)一与上述第一换热器隔开距离的第二换热器，在开动上述热源时，该第二换热器的形状选择成使它以一种选定的所要求的波长辐射出热量；

(b)将一个目的物定位在一与上述构架相对的位置上；

(c)开动上述热源，以加热第一换热器，并使它以第一波长向上述第二换热器的方向辐射红外辐射线，从而使得第二加热器吸收第一波长的红外辐射线并以一种所要求的波长向上述目的物辐射红外辐射线。

下面，参照附图详细说明本发明的实施例，将使本发明的以上和其他目的变得更加清楚。附图中：

图1是实施本发明的经过改进的为飞机除冰的方法的多个步骤的优选程序的流程图；

图2是装有许多红外加热器的飞机驱动通过构架的顶视图，该构架的顶子已经揭掉，显出了在两架飞机的位置上方的一排排加热器；

图3是上述图2中的驱动通过构架的正视图；

图4是上述加热器中的一个加热器的局部垂直剖视图，表示了围罩与燃烧器之间的一个相对位置；

图5是上述加热器中的一个加热器的局部垂直剖视图，表示了围罩与燃烧器之间的另一个相对位置。

一开始，应该清楚地理解，在所有的附图中，同样的标号表示相同的结构构件、部分或者表面。在说明书全文中将对这些构件、部分或表面进行描述和说明，而这些描述和说明是一个整体。除了另有说明的以外，所有的附图都要和说明书一起阅读(例如，零件的结构，安装等等)，并且构成本发明的整个说明书的一部分。在下面的说明书中，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”、“下”，以及由这些术语派生出来的定语和状语(例如，“水平地”、“向左”、“向上”等等)都表示当该特定的附图面向读者时所要说明的结构的方向。除了另有说明的以外，术语“向内”和“向外”都表示一个表面相对于它的纵轴线，或相应的转动轴线的方向。

现在请参看附图，本发明提供了一种经过改进的，借助于发射红外辐射线来加热一种物质的方法和设备。这种方法和设备的一个应用方面是用于飞机的除冰。

请参照图1-3，一架要除冰的飞机被驱动通过一座端部敞开的，用标号10表示的构架，该构架有许多架空的排成矩形方阵的辐射加热器，其中的若干加热器用标号11示出。图2中，有两架飞机布置在该构架中。第一架飞机用标号12表示，第二架用标号13表示。为了清楚起见，在图3中省略了这两架飞机。

由图1可知，飞机首先进入直通式除冰构架10内，如图1中的方框14所示。在进入该构架和/或当飞机处在标号12的位置上时，用物理方式先把能够除掉的冰、雪和/或水都除掉。这一步骤示于图1的方框15中。物理除冰的手段包括气幕等等。当能够用物理方式除掉的粘附在飞机上的物质都除掉了之后，就把这架飞机向前推进到标号13所示的第二位置。这一步骤示于图1的方框16中。假定飞机的型号是已知的，于是便开动选定的加热器，发射红外辐射线。上述要开动的那些特定的加热器，或者根据飞机的已知型号(即，形状是已知的)来决定，或者，也可以用若干向下作用的，用来检测下方飞机的位置的接近传感器(图中未示出)来决定。这一步骤示于图1中的方框18中。不管在什么情况下，只有那些能向下照射到飞机的某些部分的加热器才开动。那些被开动的加热器有选择地把发射出来的辐射线集中起来，以便最大限度地把能量集中到飞机上需要融化冰或雪的表面上。这一步骤示于图1的方框19和20中。各加热器以一种波长向着飞机发射辐射线，这种波长正好与要除掉的物质能够最大限度地吸收的波长相吻合。无论在什么情况下，在粘附的物质已经融化之后，就使飞机干燥，如图1中的方框21所示。飞机可以利用热量进行干燥，同时伴有气幕，也可以没有气幕。此后，将除冰化学物质涂覆在现在已经干燥的飞机上(如图1中的方框22所示)，然后飞机便离开除冰构架(如图1中的方框22所示)，滑行到跑道上，准备好起飞。

图4是图2和图3中所示的加热器中的一个加热器的局部垂直断面图。这种整体上以标号11表示的加热器装置，概括地说，包括：一个燃烧器24，以可操作的方式用于加热一个截头锥体状的主表面25；一个与主表面隔开距离而且围绕着上述主表面的辅助表面26；以及一个致动器20，以可操作的方式用于有选择地改变主表面与辅助表面之间的间隔。上述加热器或燃烧器24包括一个控制室29，该控制室有一个布置在长形垂直管31内，并与其同轴线的，朝向下方的燃烧器头30。这样，由燃烧器24所发出来的火焰便向下通过这根垂直管，从它的下方的开口端32排出，排向设置在壁34上方的盘状绝热层33。于是，燃烧气流的热量将会加热主表面25，然后向上流动，通过内管31和外管35之间的环形空间，再通过一个侧面的开口36排出去。上述辅助表面26呈截头锥形，在其上端有一个朝向下方的环形水平部分38。整个辅助表面26、38都是绝热的，以标号39表示。致动器28具有安装在控制室上的主体或壳体40，并且有一根与绝热的辅助表面连接的杆41。致动器28可以有选择地进行工作，根据需要使杆41向上或向下运动。致动器的这种操作能有效地改变主表面与辅助表面之间的间隔，并且也改变了输出的集中程度和焦距。

在工作时，向上述燃烧器供入普通的气体燃料，并将其点燃。于是燃烧器便对着绝热层33发出朝向下方的火焰。然后，火焰倒卷上来，向上升，加热主表面25。燃烧的热量向上传递，通过内管31和外管35之间的环形腔室，再通过侧面的开口36排出。这样，燃烧器提高了主表面25的温度，并且使它发射红外辐射线。主表面的温度能达到1,093℃(2,000°F)。上表面发射出来的红外辐射线射向辅助表面，使它的温度也提高。因此，辅助表面26的温度低于主表面的温度，一般在482°-538℃(900°-1,000°F)左右。然后，辅助表面向下，向着下方的飞机发射出所要求波长的红外辐射线。因此，也就是主表面反过来向目标物发射辐射线。

本发明的一个突出的特点是致动器28可以有选择地进行工作，以改变主表面与辅助表面之间的间隔，从而使得辅助表面能够根据所要求的能量方式发射红外辐射线。在优选实施例中，这种要求的波长就是能被要除掉的物质(即，冰、雪或水)最大限度地吸收的波长。因此，这种设备能够有选择地改变主表面与辅助表面之间的距离，发射出具有所要求的波长的辐射线。图4表示带有辅助表面的倒置杯状的裙部处在相对于燃烧器的某一个位置上，而图5则表示上述裙部处在降低了的另一个位置上。这两个图只是为了说明主表面与辅助表面之间的不同间隔。

本发明可以有许多变化和改进。虽然在本发明中只是有选择地说了使用这种设备为飞机除冰，但，本技术领域的技术人员很容易便能理解，这种经过改进的方法和设备也能够用于加热任何一种目的物。因此，这种变换方式的使用并没有被排除在本申请的权利要求书之外。

上述经过改进的方法也可以包括比图1中所示的步骤多一些或者少一些的步骤。同样，上述设备的结构也可以与图4或图5中的不同。例如，上述主表面25不一定是截锥形的，根据需要，可以是凹形的或者弧形的。同样，上述外管35可以呈向上的锥形，以便逐渐增大流动阻力，这两种形状都有附带地加热外管35的优点。同样，上述形成辅助表面的主体的倒置的杯状裙部也不一定要是图中那样的特定的形状。换句话说，上述辅助表面可以是弧形的，抛物面的，或者其他需要的凹形表面。

因此，虽然以上只描述了经过改进的方法和设备的优选实施例，并且讨论了它们的若干改进方式，但是，本技术领域的技术人员很容易理解，在不脱离本发明的在权利要求书中所描述的宗旨和范围的前提下，可以对本发明作出附加的变化和改进。

Claims (13)

1.一种为一个目的物的一部分除冰的方法，它包括下列步骤：

设置一个具有一红外辐射线源的构架，上述红外辐射线源包括一个用于发射第一种波长的红外辐射线的第一装置，和一个与上述第一装置隔开距离，并且由上述第一装置所发射的红外辐射线加热的，用于发射预定的第二种波长的红外辐射线的第二装置；

使一目的物相对于上述构架移动到接近上述红外辐射线源的位置；

开动上述红外辐射线源，以便向着上述要除冰的目的物的各部分发射上述第二种波长的红外辐射线；以及

调节上述第一装置与第二装置之间的间距，从而控制以第二种波长所发射的红外辐射线的分布，以便使辐射线集中在要从上述目的物的各部分上融化掉的雪和冰上；

从而以高度集中的方式和以所需要的波长提供辐射的红外能量，把上述目的物上的雪和冰融化掉。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括在开动上述红外辐射线源之前用机械方式除掉上述目的物上积存的堆积物，或者雪和冰。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括在雪和冰已经从上述目的物上除掉之后，使上述目的物的各部分干燥。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，它还包括在目的物上的雪和冰已经融化之后，在上述目的物的各部分上涂覆一种防止结冰的化学物质。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括在目的物上的雪和冰已经融化之后，在上述目的物的各部分上涂覆一种防止结冰的化学物质。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括将所发射的辐射线集中分布在上述目的物的各部分上。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述红外辐射线源还包括：

一个在上述第一装置上的主表面；

一个用于提高上述主表面的温度的加热器，以便使上述主表面发射具有上述第一波长的红外辐射线；

一个在上述第二装置上的，围绕着上述主表面，与其隔开距离的辅助表面，该辅助表面由上述主表面所发射的红外辐射线加热，以便以上述第二波长向上述目的物发射红外辐射线；

一个用于有选择地改变上述主表面与辅助表面之间的间隔的致动器，以便上述辅助表面以第二波长发射的红外辐射线能够集中起来。

8.一种加热一目的物的一部分的方法，它包括下列步骤：

设置一个具有一红外线加热器的构架，一个用于发射第一种波长的红外辐射线的第一装置，和一个与上述第一装置隔开距离，并且由上述第一装置所发射的红外辐射线加热的，用于发射第二种波长的红外辐射线的第二装置；

使一目的物相对于上述构架移动到接近上述加热器的位置；

开动上述加热器，以便向着上述要加热的目的物的各部分发射上述第二种波长的红外辐射线；以及

调节上述第一装置与第二装置之间的间距，从而控制以第二种波长所发射的红外辐射线的分布，以便最大限度地使这些辐射线被上述目的物的各部分所吸收；

从而加热上述目的物的各部分。

9.一种向一目的物发射一种所要求的波长的红外辐射线的设备，它包括：

一个主表面；

一个用于提高上述主表面的温度的加热器，以便使上述主表面发射一种具有第一波长的红外辐射线；

一个围绕着上述主表面，与其隔开距离的辅助表面，该辅助表面由上述主表面所发射的红外辐射线加热，并且向上述目的物发射一种第二波长的红外辐射线；以及

一个用于有选择地改变上述主表面与辅助表面之间的间隔的致动器，以便使得由上述辅助表面以上述第二波长发射的红外辐射线能够集中起来；

从而，上述设备能向上述目的物发射具有所要求的波长的红外辐射线。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，上述主表面是截锥形的，并且背向上述目的物。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，上述辅助表面是截锥形的，并且面向上述目的物。

12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，上述加热器有一根长形的管子，并且上述辅助表面安装在上述管子上，能够滑动。

13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，上述目的物是一架飞机，该飞机上有一种物质，并且，由上述辅助表面所发射的红外辐射线的波长是上述物质能最大限度地吸收的波长。

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