CN85103680A - 飞行器螺旋桨除冰系统中使用的预防加热器烧坏的保护装置 - Google Patents

Abstract

一种信号处理机将飞行器螺旋桨的旋转速度与参考信号进行比较，在螺旋桨旋转速度降到使流经螺旋桨表面的气流能防止加热器被烧坏的最低值时，将螺旋桨加热器与供电电源断开。

Description

本发明通常是涉及飞行器螺旋桨除冰系统，更具体地说，它是保护在各种这类系统中使用的电加热器不致被意外地烧坏。

飞行器螺旋桨结冰的不良影响是众所周知的，为了使这种不良影响降至最小，长期以来是采用电加热器加热螺旋桨的方法。典型的这类加热器是将其放在螺旋桨叶片、螺旋桨桨毂和螺旋桨后部内，由飞行器驾驶员手动控制供电或者由结冰传感器控制自动供电。

在正常工作条件下，亦即当螺旋桨以工作速度旋转，气流流经螺旋桨表面而使加热器冷却时，螺旋桨加热器的热量输出必须足以溶化积冰或者完全阻止其结冰。为了补偿这种冷却，实际上加热器的热量输出必须比在没有这种气流时，防止结冰和除冰所需要的热量更大。因此，应该意识到在流经螺旋桨的气流很少或没有气流时，例如，当飞行器在地面检修保养时，非故意地使加热器通电，将导致加热器很快地被烧坏。

当飞行器停在地面上时，一种公知的防止加热器烧坏的方法是使用开关设备，在飞行器的重量由其着陆起落架承受时，将螺旋桨加热器与其供电电源断开。可是，当飞行器用千斤顶顶起进行维修，而飞行器的重量不再由着落起落架承受时，开关就会将电源误接到加热器上。

另外一种公知的螺旋桨加热器供电技术是仅在螺旋桨旋转的条件下使用，它是采用小型交流发电机给螺旋桨供电，该交流发电机装在螺旋桨内部，与螺旋桨机械连接，在螺旋桨不转时，没有电供给加热器。虽然用这种方法在螺旋桨不转时，防止了在地面上意外地烧坏加热器，但是这种辅助交流发电机设备无疑将增加螺旋桨系统的重量、复杂性和费用。

本发明的目的之一是在流经螺旋桨的冷却气流不足的条件下，预防螺旋桨加热器烧坏，在某种意义上来说，这种预防措施是既简单又经济的，并且与飞行器的重量和是否伸出着陆起落架之间毫无关系。

依照本发明，使用一种与螺旋桨相位同步的脉冲信号作为螺旋桨旋转速度指示，在螺旋桨旋转速度降低到预定值以下时，该信号将起作用，将螺旋桨加热器与其供电电源断开。在最佳实施例中，该脉冲信号是一种脉冲电压，它是由位于螺旋桨内部的固定线圈与随螺旋桨一起旋转的永磁体相互感应而产生的。该感应脉冲电压作为输入信号送入信号处理电路，该电路将这个信号的频率同参考频率进行比较，产生一个表征这两个频率差值的输出信号，并输入到一个控制电路中。如果螺旋桨旋转的频率高于参考频率，表明有足够的冷却气流流经螺旋桨，该信号处理电路的输出信号使得该控制电路将螺旋桨加热器与其电源接通。如果螺旋桨旋转的频率低于参考频率，由于旋转速度不足以提供流经螺旋桨的冷却气流，信号处理电路的输出信号使得该控制电路将螺旋桨加热器与其电源断开，预防加热器被烧坏。在各种公知的螺旋桨加热和控制系统中，仅在该系统上增加信号处理电路的这种螺旋桨加热器保护装置既简单又经济。该信号处理电路可以简单地使用调整好的固态定时器（Solid    State    timer），在正常的工作条件下，向螺旋桨加热器进行周期供电。

仅有的一张附图是本发明提供的装有预防加热器烧坏的保护装置的一种螺旋桨除冰系统原理图。

实施本发明的最佳方式及其工业实用性参照该附图，用电加热的飞行器螺旋桨5通过多个常开开关15和电刷、滑环组合件20与供电电源10作电气连接。当螺旋桨需要预防结冰时，开关控制器25合上多个开关15，供电电源10向螺旋桨加热器供电。当螺旋桨的旋转速度低于为保证有足够的气流流经螺旋桨所需要的转速时，响应由螺旋桨产生的脉冲电信号的信号处理机30提供一个输入信号给开关控制器25，从而使多个开关15断开，以防止加热器被烧坏。

螺旋桨5由多个叶片35组成，每个叶片内都装有一个电加热器，其中的一个如图中40所示。各螺旋桨叶片从被空气动力型螺旋桨桨毂45罩住的轮毂上伸出，并由其带动旋转。该桨毂在其头部内装有加热器50，在其基体部分内装有一个或多个加热器55。为防止桨毂不旋转的后部60结冰，典型的结构是在其后部内装有电阻加热器65。一个绕在铁磁芯75上的不转动的线圈70安装在螺旋桨桨毂45内部。固定在螺旋桨桨毂内的永磁体80随着螺旋桨桨毂每旋转一周而经过该线圈时就在该线圈内感应出一个脉冲电信号，此信号经导线85送到信号处理机30中。

各螺旋桨加热器经导线90、95和100分别与电刷、滑环组合件20相连。组合件20由滑环105、110和115和与其电接触的电刷120、125和130组成。各电刷接到多个开关15上，多个开关15由开关控制器25控制其动作，后面将详细地描述。多个开关15分别经带有开关150、155和160的导线135、140和145与供电电源相连。多个开关150-160可以放在飞行器驾驶室内由驾驶员手动操纵作为螺旋桨加热器的总切断开关。

多个开关15由电磁线圈160、165和170控制其断开和闭合，各电磁线圈经导线180、185和190由来自定时器（程序装置）175的定时输入信号供电。定时器175由定时和程序电路200以及开关电路205组成，开关电路包括电子开关206、207和209，各电子开关根据来自电路200的输入信号断开和接通。该定时器由低压电源210，经过带有常开开关215的导线212供电。开关215由与其相连的电磁线圈220控制其闭合，该电磁线圈经导线225接受来自信号处理机30的输入信号。信号处理机30包括一台频率计数器230、来自线圈70的脉冲信号经过导线85输入该计数器。表征螺旋桨旋转速度的该频率计数器的输出信号经导线240送至相加中继电路（Summing    junctiou），亦即差值电路235中。相加中继电路235取出频率计数器的输出与参考频率的差值，该参考频率用以指示螺旋桨的最低旋转速度，在该速度下流经螺旋桨表面的气流降至使加热器不致烧坏的最低限度。这个差值经导线247被送至数字存储器或者模拟函数发生器（analog    function    generator）245。如图中所示，当频率计数器230的输出与参考频率之差为正值时，存储器245提供一个正输出信号，该信号沿着导线225送入电磁线圈220中控制开关215动作。在频率计数器的输出低于参考频率时，经相加中继电路235加到存储器245上的是一个负输入信号，于是由存储器送至电磁线圈220的输出信号是零。

飞行器在空气中飞行时，螺旋桨上有可能结冰，以螺旋桨5为动力推动的飞行器驾驶员合上开关150至160，将电源与多个开关15接通。电磁线圈160-170通电时，多个开关15闭合，这时加热器40、50、55和65经电刷、滑环组合件20与供电电源相连。对所属领域的普通技术人员来说，应该知道防结冰（加热器连续供电，防止在螺旋桨表面上形成冰）和除冰（加热器周期供电，以便使螺旋桨表面结成的冰松动，然后将其从螺旋桨上离心摔掉）两种方式都被采用。典型的结构是，螺旋桨头部及后部加热器采用连续通电的防结冰方式工作，而螺旋桨桨毂和叶片加热器采用周期供电方式除冰。各加热器周期供电分别由定时器电路200和开关电路205控制。定时器电路200按程序周期断开和闭合连接加热器40和55的开关207和209用来除冰，而连续加热器50和60由一直闭合的开关206连续供电。定时器电源由开关215闭合向定时器连续供电。

在螺旋桨不转时，线圈70无输出，频率计数器230的输出将是零，而相加中继电路235的输出将是负值。这将造成存储器245的输出为零，因此电磁线圈220中没有电流，开关215处于打开位置，定时器175的电源被切断。没有电流供给定时和开关电路，电子开关206-209就处于打开状态。于是，电磁线圈致动器160-170无电流供给，多个开关15断开，各加热器与供电电源10断开，这样就避免了意外地烧坏加热器，即使是飞行器驾驶间的开关150-160由于疏忽的原因合上了也无防。值得注意的是，在线圈输出信号的频率低于参考频率的任何时候，存储器245的输出都为零，开关215和206-209将断开以防止由于多个开关15闭合而使螺旋桨加热器通电。在来自线圈70的脉冲信号频率高于参考频率时，表明螺旋桨正常工作，这时存储器245的输出将使电磁线圈致动器120通电，开关215闭合，电流送至定时电路200和开关电路205。这样电磁线圈160-170通电，多个开关15闭合，当手动闭合飞行器驾驶间的开关150-160时，该螺旋桨加热器就可以工作了。

可以看出，使用本发明能够有效地防止螺旋桨加热器被意外地烧坏，而避免了因采用附加的交流发电机向加热器供电所带来的额外花费、过于复杂和使重量增加。此外，由本发明提供的加热器保护装置与飞机的重量和其着陆起落架是否伸出之间毫无关系。本发明可以在现有的螺旋桨加热器系统上，仅在定时器175上增加便宜的、小型的固态信号处理电路就可以实现。线圈70的输出采用与螺旋桨的相位同步进一步提高本发明的经济性。

至此已对本发明的具体的实施例作了描述;应该懂得，对于所属领域的普通技术人员来说，本公开将可联想到本实施例的各种变型。例如，已经描述的是一个对各加热器特定安排的单个的螺旋桨，由此应联想到使用多个螺旋桨和任何期望的加热器方位都包含在本发明之中。此外，作为表征螺旋桨旋转速度的该脉冲信号在采用一个线圈和永磁体与螺旋桨同相位已经作了揭示;应该懂得，为提供这样的信号也可以采用任何其他的方案。同样，单个的频率计数器、相加中继电路和存储器的各部件都已作了描述;应该懂得，在旋转频率低于参考频率时，使螺旋桨加热器电路不再工作的执行相同功能的各种其他部件都可以采用。下列本发明的各项权利要求所述的内容及其变型，都包括在本发明的实质范围之中。

Claims (4)

1、一种飞行器螺旋桨除冰系统，螺旋桨包括至少一个放入该螺旋桨内的电加热器和用于提供表征螺旋桨旋转速度的脉冲电信号的信号发生器，上述系统其特征在于：

用于连接上述电加热器和电源的一种开关，以及响应上述脉冲电信号的控制器，用于驱动上述开关，在上述脉冲信号频率低于参考频率时，将上述电加热器与上述电源切断，从而防止加热器在上述螺旋桨的旋转速度低于对应上述参考频率的预定值时，由于通电而烧坏。

2、权利要求1所述的系统，其特征在于上述控制器包括：

开关控制器，根据表征上述脉冲信号频率和上述参考频率之差值的第一控制信号用于驱动上述开关，以及响应上述脉冲信号的信号处理机，用于提供上述第一控制信号给上述开关控制器。

3、权利要求2所述的系统，其特征在于上述开关控制器包括：

一种致动器（an  actuator），根据输入到该致动器的各定时输入信号，断开和闭合上述开关，以及一种定时器（a  timer），用于提供上述各定时输入信号给上述致动器，该定时器根据上述第一控制信号提供第二控制信号给在上述脉冲信号频率低于上述参考频率时对应上述开关断开位置的上述致动器。

4、权利要求2所述的系统，其特征在于上述信号处理机包括：

一种频率计数器，提供表征上述脉冲信号频率的输出信号，以及一种差值电路，其输出提供了一种表征上述频率计数器输出信号与表征上述参考频率信号之差的信号。

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