CN205076024U - 一种电防冰蒙皮结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电防冰蒙皮结构，至少包括三层，分别为位于内层的蒙皮、位于中层的空气绝热层、位于外层的加热垫，所述蒙皮与所述加热垫之间，由壁面透气固定支撑结构相连或采用台阶结构，从而形成位于所述蒙皮与所述加热垫之间的所述空气绝热层，所述蒙皮上开有至少一个通气孔，使空气能够通过所述通气孔流入或流出所述空气绝热层。本实用新型将加热垫和复合材料蒙皮中间设计成空气绝热层，利用空气的大热阻特点对加热垫内侧的蒙皮结构进行隔热保护，防止加热垫的温度过高导致复合材料的性能下降和损害。该空气绝热层具有密度小，重量轻，热阻高的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电防冰蒙皮结构，尤其是用于飞机机身或机翼的电防冰蒙皮结构，特别是用于飞机机翼前缘的电防冰蒙皮结构。
背景技术
随着多电飞机的未来趋势发展和未来客机对绿色环保的要求提高，电防冰技术以其无需从发动机引热气、节能、环保等优势而越来越受关注。采用电加热方式进行防冰防护时，在需要防护的缝翼前缘布置若干加热垫来加热。加热垫由包含加热片的复合材料组成，并且采用电子调节器监控每一块加热垫的状态。这些加热垫若同时通电可进行机翼防冰，也可以依次顺序开启进行机翼除冰。
然而，在目前宽体客机发展的大背景下，为满足防冰系统防护区域的外表面防除冰温度要求，就需提高加热垫的加热量。但是由于加热垫直接贴合布置在复合材料蒙皮上，加热垫对复合材料蒙皮有直接加热作用，温度超过复合材料耐受温度时，会造成复合材料蒙皮结构的不可恢复损伤或失效，是电防冰系统设计遇到的瓶颈之一。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种电防冰蒙皮结构，防止复合材料蒙皮的过热损害，同时提高电防冰加热能力。
为解决上述技术问题，本实用新型的电防冰蒙皮结构，至少包括三层，分别为位于内层的蒙皮、位于中层的空气绝热层、位于外层的加热垫，所述蒙皮与所述加热垫之间由壁面透气固定支撑结构相连，从而形成位于所述蒙皮与所述加热垫之间的所述空气绝热层，所述蒙皮上开有至少一个通气孔，使空气能够通过所述通气孔流入或流出所述空气绝热层。
较优选地，所述蒙皮包含位于所述蒙皮的长度方向两端的两个在厚度方向上凸起的蒙皮端部和位于两个所述蒙皮端部之间的蒙皮主体部分，两个所述蒙皮端部与所述蒙皮主体部分一体成型并具有平滑连续的底面，所述底面构成所述电防冰蒙皮结构的底面，两个所述蒙皮端部的厚度相同且都大于所述蒙皮主体部分的厚度，所述加热垫的外表面与所述蒙皮端部的外表面共同形成平滑连续的外表面，且所述加热垫的厚度小于所述蒙皮端部厚度与所述蒙皮主体部分厚度之差，以使得所述加热垫与所述蒙皮主体部分之间能够形成所述空气绝热层。
较优选地，所述蒙皮上开有两个通气孔，分别位于所述蒙皮主体部分的长度方向的两端。
本实用新型的一种电防冰蒙皮结构，还可以是，至少包括三层，分别为位于内层的蒙皮、位于中层的空气绝热层、位于外层的加热垫，所述蒙皮包含位于所述蒙皮的长度方向两端的两个在厚度方向上凸起的蒙皮端部和位于两个所述蒙皮端部之间的蒙皮主体部分，两个所述蒙皮端部与所述蒙皮主体部分一体成型并具有平滑连续的底面，所述底面构成所述电防冰蒙皮结构的底面，两个所述蒙皮端部的厚度相同且都大于所述蒙皮主体部分的厚度，所述加热垫的外表面与所述蒙皮端部的外表面共同形成平滑连续的外表面，且所述加热垫的厚度小于所述蒙皮端部厚度与所述蒙皮主体部分厚度之差，以使得所述加热垫与所述蒙皮主体部分之间能够形成所述空气绝热层，所述两个蒙皮端部均采用台阶布置，两个所述台阶高度相同，用于支撑所述加热垫，从而形成位于所述蒙皮与所述加热垫之间的所述空气绝热层，所述蒙皮上开有至少一个通气孔，使空气能够通过所述通气孔流入或流出所述空气绝热层。较优选地，所述蒙皮与所述加热垫之间由壁面透气固定支撑结构相连。
较优选地，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续六边形中空蜂窝支撑结构。
较优选地，从侧面方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气锯齿形支撑结构。
较优选地，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续方格形支撑结构。
较优选地，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续平行板的支撑结构。
较优选地，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续三角形中空支撑结构。
较优选地，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气波浪形支撑结构。
较优选地，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用平行波浪形支撑结构。
较优选地，所述壁面透气固定支撑结构采用金属材料、合金材料或复合材料制成。
本实用新型的电防冰蒙皮结构具有如下有益效果：
(1)将加热垫和复合材料蒙皮中间设计成空气绝热层，利用空气的大热阻特点对加热垫内侧的蒙皮结构进行隔热保护，防止加热垫的温度过高导致复合材料的性能下降和损害。该空气绝热层具有密度小，重量轻，热阻高的特点。
(2)电防冰蒙皮结构中的空气绝热层的设计结构可以是有台阶布置所形成的完全中空形式，从而保持布置简单；也可以是涵盖薄层的蜂窝支撑结构形式，一方面利用蜂窝空气层进行绝热，另一方面可利用蜂窝结构为加热垫结构提供支撑。空气绝热层的结构形式可以多种多样，可以根据具体情况进行选择。
附图说明
图1为本实用新型的电防冰蒙皮结构用于飞机机翼前缘时的外形的立体示意图。
图2a为本实用新型的一种形式的电防冰蒙皮结构的截面示意图。
图2b为本实用新型的另一种形式的电防冰蒙皮结构的截面示意图。
图2c为本实用新型的再一种形式的电防冰蒙皮结构的截面示意图。
图2d为本实用新型的又一种形式的电防冰蒙皮结构的截面示意图。
图3a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续六边形中空蜂窝支撑结构时的侧视示意图。
图3b为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续六边形中空蜂窝支撑结构时的俯视示意图。
图4a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气锯齿形支撑结构时的侧视示意图。
图4b为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气锯齿形支撑结构时的俯视示意图。
图5a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续方格形支撑结构时的侧视示意图。
图5b为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续方格形支撑结构时的俯视示意图。
图6a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续平行板的支撑结构的侧视示意图。
图6b为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续平行板的支撑结构的俯视示意图。
图7a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续三角形中空支撑结构的侧视示意图。
图7b为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续三角形中空支撑结构的俯视示意图。
图8a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气波浪形支撑结构的侧视示意图。
图8b为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气波浪形支撑结构的俯视示意图。
图9a为壁面透气固定支撑结构采用壁面透气平行波浪形支撑结构的侧视示意图。
图9b为壁面透气固定支撑结构采用平行波浪形支撑结构的俯视示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本实用新型进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本实用新型的限制，任何的其他类似情形也都落入本实用新型的保护范围之中。
图2a为本实用新型的一种形式的电防冰蒙皮结构的截面示意图。图2a为示意性的，并不表示电防冰蒙皮结构的具体的长度方向和厚度方向的比例，长度与厚度的比例可以根据实际情况进行选择。同时，有必要强调，图2b、图2c、图2d都是示意性的，采用了直线形的电防冰蒙皮结构，而实际中，其形状都可以是带有曲率的电防冰蒙皮结构，即如图1所示的带有机翼前缘曲率外形的多层电防冰蒙皮结构。换而言之，也可以这样理解，图2b、图2c、图2d是将机翼前缘的多层电防冰蒙皮结构拉直之后的结构示意。
图2a中的电防冰蒙皮结构包括三层，分别为位于内层的蒙皮1、位于中层的空气绝热层2、位于外层的加热垫3，蒙皮1与加热垫3之间由壁面透气固定支撑结构5相连，从而形成位于蒙皮1与加热垫3之间的空气绝热层2，蒙皮1上开有至少一个通气孔4(图2a中未示出)，使空气能够通过通气孔4流入或流出空气绝热层2。
图2b为本实用新型的另一种形式的电防冰蒙皮结构的截面示意图。图1和图2b为示意性的，并不表示电防冰蒙皮结构的具体的长度方向和厚度方向的比例，长度与厚度的比例可以根据实际情况进行选择。图1和图2b中的电防冰蒙皮结构包括三层，分别为位于内层的蒙皮1、位于中层的空气绝热层2、位于外层的加热垫3，蒙皮1与加热垫3之间由壁面透气固定支撑结构5相连，从而形成位于蒙皮1与加热垫3之间的空气绝热层2，蒙皮1上开有两个通气孔4，使空气能够通过通气孔4流入或流出空气绝热层2。
如图1所示，整个电防冰蒙皮多层结构的加热垫3和蒙皮1呈大曲率的弯曲状态，与机翼前缘的设计气动外形保持完全一致，构成机翼前缘防护区的蒙皮结构。如图1和图2b所示，蒙皮1包含位于蒙皮1的长度方向两端的两个在厚度方向上凸起的蒙皮端部11和位于两个蒙皮端部11之间的蒙皮主体部分12。两个蒙皮端部11与蒙皮主体部分12一体成型并具有平滑连续的底面，底面构成电防冰蒙皮结构的底面。两个蒙皮端部11的厚度相同且都大于蒙皮主体部分12的厚度，加热垫3的外表面与蒙皮端部11的外表面共同形成平滑连续的外表面，且加热垫3的厚度小于蒙皮端部厚度11与蒙皮主体部分12厚度之差，以使得加热垫3与蒙皮主体部分12之间能够形成空气绝热层2。两个通气孔4分别位于蒙皮主体部分12的长度方向的两端。由此，当空气绝热层2中的空气温度发生变化时，空气可以通过蒙皮1上的两个通气孔4流出或流入，保持空气绝热层2的压力不变，使得壁面透气固定支撑结构5用于支撑加热垫3的力保持稳定，延长了固定支撑结构5的使用寿命，也使得加热垫3的外表面始终保持光滑连续，加热垫3或蒙皮2不会由于空气绝热层2中的空气压力的突然变化而受到冲击也不发生变形，加热垫3的外表面拥有很好的气动外形。加热垫3可采用常规防除冰电加热单元，蒙皮1可采用复合材料。
如图2a或图2b所示，蒙皮1与加热垫3之间的壁面透气固定支撑结构5可以采用如下各种具体结构。
具体结构一：如图3a和图3b所示，壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续六边形中空蜂窝支撑结构53。图3a和图3b中示意性地标识出各个支撑单元壁面上的透气通孔6，空气可以通过透气通孔6在各个不同的六边形蜂窝支撑单元中流动。壁面透气连续六边形中空蜂窝支撑结构能够有效地发挥其特有的六边形(尤其是正六边形)支撑结构的承力大且节约材料的优点。
具体结构二：如图4a和图4b所示，壁面透气固定支撑结构采用壁面透气锯齿形支撑结构54。图4a和图4b中示意性地标识出各个支撑单元壁面上的透气通孔6，空气可以通过透气通孔6在各个不同的锯齿形支撑单元中流动。壁面透气锯齿形支撑结构能够有效地发挥三角形(尤其是正三角形)支撑结构的稳固性好的优点。
具体结构三：如图5a和图5b所示，壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续方格形支撑结构55。图5a和图5b中示意性地标识出各个支撑单元壁面上的透气通孔6，空气可以通过透气通孔6在各个不同的方格形支撑单元中流动。壁面透气各向连续方格形支撑结构能够有效地发挥矩形(尤其是正方形)支撑结构的易于排列和安装的优点。
具体结构四：如图6a和图6b所示，壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续平行板的支撑结构56。图6a和图6b中示意性地标识出各个支撑单元壁面上的透气通孔6，空气可以通过透气通孔6在各个不同的连续平行板的支撑单元中流动。壁面透气连续平行板的支撑结构具有排列和安装方便的优点。
具体结构五：如图7a和图7b所示，壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续三角形中空支撑结构57。图7a和图7b中示意性地标识出各个支撑单元壁面上的透气通孔6，空气可以通过透气通孔6在各个不同的连续三角形中空支撑单元中流动。壁面透气各向连续三角形中空支撑结构能够有效地发挥三角形(尤其是正三角形)支撑结构的稳固性好的优点。
具体结构六：如图8a和图8b所示，壁面透气固定支撑结构采用壁面透气波浪形支撑结构58。图8a和图8b中示意性地标识出各个支撑单元壁面上的透气通孔6，空气可以通过透气通孔6在各个不同的波浪形支撑单元中流动。壁面透气波浪形支撑结构具有安装方便和受力均匀的优点。
具体结构七：如图9a和图9b所示，壁面透气固定支撑结构采用平行波浪形支撑结构59。从图9a和图9b中可以看出，此种波浪形的壁面透气固定支撑结构并不一定需要在壁面上具有透气通孔6，也能够实现空气的自由流动。因此，此种平行波浪形支撑结构具有制作简单的优点。
壁面透气固定支撑结构5可以采用金属材料、合金材料或复合材料制成。
如图2c所示，为本实用新型的再一种形式的电防冰蒙皮结构，至少包括三层，分别为位于内层的蒙皮1、位于中层的空气绝热层2、位于外层的加热垫，蒙皮1包含位于蒙皮1的长度方向两端的两个在厚度方向上凸起的蒙皮端部11和位于两个蒙皮端部11之间的蒙皮主体部分12，两个蒙皮端部11与蒙皮主体部分12一体成型并具有平滑连续的底面，底面构成电防冰蒙皮结构的底面，两个蒙皮端部11的厚度相同且都大于所述蒙皮主体部分12的厚度，加热垫3的外表面与蒙皮端部11的外表面共同形成平滑连续的外表面，且加热垫3的厚度小于蒙皮端部11厚度与蒙皮主体部分12厚度之差，以使得加热垫3与蒙皮主体部分12之间能够形成空气绝热层2，两个蒙皮端部11均采用台阶13布置，两个台阶13高度相同，用于支撑加热垫3，从而形成位于蒙皮1与加热垫3之间的空气绝热层2，蒙皮1上开有至少一个通气孔4，使空气能够所述通气孔4流入或流出空气绝热层2。
如图2c所示的电防冰蒙皮结构，可以不采用壁面透气固定支撑结构5，而是直接依靠两个蒙皮端部11的两个台阶13，直接将加热垫3支撑起来，因此十分简便。
当然，也可以采用如图2d的又一种形式的电防冰蒙皮结构，其结合了图2b和图2c的各自优点，既采用了图2b中的壁面透气固定支撑结构5，又采用了图2c中的台阶布置，从而最优地实现对加热垫3的支撑作用。
如图1和图2b所示的本实用新型的电防冰蒙皮结构(图2c或图2d类似地)可以采用以下具体的安装方式：
(1)加热垫3与复合材料蒙皮1之间预留有一定厚度的空气夹层，比如2mm；
(2)空气绝热层2的排气孔4布置在蒙皮2上，防止空气热胀冷缩对整个电防冰蒙皮结构影响；
(3)加热垫3外侧设计为防腐保护层，具有防腐蚀和防闪电功能。
如图2b所示，本实用新型的电防冰蒙皮结构的加热垫3的外表面直接与外界环境相接触，蒙皮1的底面(也即电防冰蒙皮结构的底面)与机翼内部空气相接触。当电防冰蒙皮结构工作时，加热垫3通电，产生热量，通过加热垫3外侧导热性能良好的金属薄层传递到机翼前缘外界，保持表面温度在0℃以上，进行防冰保护。同时，加热垫3内侧的空气绝热层2热阻大，导热性能较差，不但可以对复合材料蒙皮1进行隔热作用，而且可将更多的热量往导热性能良好的加热垫3外界方向传递，增强外界换热能力，提高防护表面温度。更具体地，当电防冰蒙皮结构工作时，在大功率加热功能作用下，加热垫3温度急剧升高可达100℃以上，直接对加热垫3外表面(即机翼前缘外表面)进行加热和防冰保护；同时加热垫3内侧的空气绝热层2由于大热阻特点而产生空气绝热的效果，可对多层结构最内侧的复合材料蒙皮1结构进行隔热保护，降低复合材料蒙皮1在高热环境下的变形和性能损害。该空气绝热层2具有密度小，重量轻，热阻高的特点。
综上所述，仅为实用新型的最佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
Claims (13)
1.一种电防冰蒙皮结构，其特征在于，至少包括三层，分别为位于内层的蒙皮(1)、位于中层的空气绝热层(2)、位于外层的加热垫(3)，所述蒙皮(1)与所述加热垫(3)之间由壁面透气固定支撑结构相连(5)，从而形成位于所述蒙皮(1)与所述加热垫(3)之间的所述空气绝热层(2)，所述蒙皮(1)上开有至少一个通气孔(4)，使空气能够通过所述通气孔(4)流入或流出所述空气绝热层(2)。
2.如权利要求1所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮(1)包含位于所述蒙皮(1)的长度方向两端的两个在厚度方向上凸起的蒙皮端部(11)和位于两个所述蒙皮端部(11)之间的蒙皮主体部分(12)，两个所述蒙皮端部(11)与所述蒙皮主体部分(12)一体成型并具有平滑连续的底面，所述底面构成所述电防冰蒙皮结构的底面，两个所述蒙皮端部(11)的厚度相同且都大于所述蒙皮主体部分(12)的厚度，所述加热垫(3)的外表面与所述蒙皮端部(11)的外表面共同形成平滑连续的外表面，且所述加热垫(3)的厚度小于所述蒙皮端部(11)厚度与所述蒙皮主体部分(12)厚度之差，以使得所述加热垫(3)与所述蒙皮主体部分(12)之间能够形成所述空气绝热层(2)。
3.如权利要求2所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮(1)上开有两个通气孔(4)，分别位于所述蒙皮主体部分(12)的长度方向的两端。
4.一种电防冰蒙皮结构，其特征在于，至少包括三层，分别为位于内层的蒙皮(1)、位于中层的空气绝热层(2)、位于外层的加热垫(3)，所述蒙皮(1)包含位于所述蒙皮(1)的长度方向两端的两个在厚度方向上凸起的蒙皮端部(11)和位于两个所述蒙皮端部(11)之间的蒙皮主体部分(12)，两个所述蒙皮端部(11)与所述蒙皮主体部分(12)一体成型并具有平滑连续的底面，所述底面构成所述电防冰蒙皮结构的底面，两个所述蒙皮端部(11)的厚度相同且都大于所述蒙皮主体部分(12)的厚度，所述加热垫(3)的外表面与所述蒙皮端部(11)的外表面共同形成平滑连续的外表面，且所述加热垫(3)的厚度小于所述蒙皮端部(11)厚度与所述蒙皮主体部分(12)厚度之差，以使得所述加热垫(3)与所述蒙皮主体部分(12)之间能够形成所述空气绝热层(2)，所述两个蒙皮端部(11)均采用台阶布置，两个所述台阶(13)高度相同，用于支撑所述加热垫(3)，从而形成位于所述蒙皮(1)与所述加热垫(3)之间的所述空气绝热层(2)，所述蒙皮(1)上开有至少一个通气孔(4)，使空气能够通过所述通气孔(4)流入或流出所述空气绝热层(2)。
5.如权利要求4中任一个所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮(1)与所述加热垫(3)之间由壁面透气固定支撑结构相连(5)。
6.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续六边形中空蜂窝支撑结构(53)。
7.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从侧面方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气锯齿形支撑结构(54)。
8.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续方格形支撑结构(55)。
9.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气连续平行板的支撑结构(56)。
10.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气各向连续三角形中空支撑结构(57)。
11.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用壁面透气波浪形支撑结构(58)。
12.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，从投影方向观察所述壁面透气固定支撑结构，所述壁面透气固定支撑结构采用平行波浪形支撑结构(59)。
13.如权利要求1、2、3或5所述的电防冰蒙皮结构，其特征在于，所述壁面透气固定支撑结构采用金属材料、合金材料或复合材料制成。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111591433A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-08-28 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种柔性蒙皮及其制备方法和应用 |
| CN112197932A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-01-08 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种飞机防除冰试验模型表面温度修正方法及测量方法 |
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- 2015-09-24 CN CN201520743453.3U patent/CN205076024U/zh active Active
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |