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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft generell ein Luftfahrzeug- oder ein Rotorfahrzeug-System, wobei Mittel gegen eine Vereisung oder für eine Enteisung bereitgestellt werden. In weiteren Beispielen werden Verfahren und Systeme zum Enteisen von Fahrzeugen mit einem einzelnen Rotor oder mit weiteren Rotoren bereitgestellt, wobei Leistung auf die Systeme dort fokussiert wird, wenn sie benötigt wird.
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Beim Auftreffen auf eine Vorderkante eines Rotorblattes oder eines Rotorfahrzeuges können unterkühlte Wassertropfen gefrieren, und zwar dann, wenn eine Kombination von Temperaturen nahe einem Gefrierpunkt, von hohen Geschwindigkeiten und von hohen Wolkenwasserkonzentrationen auftritt. Wenn Helikopter sowie Fahrzeuge mit Kipp-Rotorblättern oder Rotorfahrzeuge bei Temperaturen unterhalb eines Gefrierpunktes arbeiten, neigen diese dazu, entlang einem überwiegenden Teil der Vorderkante der Blätter Eis anzusammeln. Da die Ansammlung von Eis eine Stagnationspunktgeometrie der Blätter verändert, nimmt die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs ab. Eine ungleichmäßig verteilte Anhaftung von Eis am Rotor kann Anstiege hinsichtlich Strömungswiderstand („drag“), Strömungstrennung und hinsichtlich hoher Vibrationsniveaus hervorrufen. Der durch angehäuftes Eis erzeugte Anstieg des Strömungswiderstandes kann das Drehmoment erhöhen, das erforderlich ist, um Auftriebsbedingungen des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten. Mit einer Zunahme der Dicke des Eises können Getriebe- oder Motorgrenzen erreicht werden, was das Aufrechterhalten eines gegebenen Flugzustandes für einen Piloten schwierig macht.
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Der Abwurf von Eis ist ein weiteres Problem, das durch die Ansammlung von Eis an rotierenden Blättern eingeführt wird. Scherspannungen, die durch Zentrifugalkräfte an einer Schnittstelle zwischen dem Eis und der Vorderkante einer Tragfläche erzeugt werden, nehmen linear mit der Eisdicke zu. Wenn die Scherspannungen eine ultimative adhäsive Scherfestigkeit des Eises übersteigen, werden Scherben bzw. Splitter oder Brocken aus Eis gelöst. Das Auftreffen von abgeworfenem Eis kann Schäden an dem Luftfahrzeug hervorrufen. Wenn das Eis ungleichmäßig abgeworfen wird, führt die fehlende Balance der Rotormasse zu unerwünschten Vibrationen und zu Veränderungen bei der Handhabung des Fahrzeugs.
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Um zu vermeiden, dass sich große Mengen an Eis an Rotorblättern bilden, hat die Industrie für eine begrenzte Anzahl von Helikoptermodellen ein Standard-Enteisungssystem etabliert. Das Industriestandard-Enteisungssystem verwendet thermische Energie, um angesammeltes Eis zu schmelzen. Elektrothermische Enteisungssysteme sind die einzigen vom Federal Aviation Administration (FAA) zertifizierten und vom Department of Defense (DoD) akzeptierten Eisschutzsysteme für Rotorfahrzeuge.
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Der thermische Enteisungsmechanismus wird lediglich periodisch in Betrieb gesetzt, um einen großen Leistungsverbrauch oder eine übermäßige Erwärmung der Vorderkante des Blattes zu vermeiden. Die Eisdicke kann bis zu 1 cm erreichen, bevor das thermische System eingeschaltet wird. Ein solches System erfordert große Energiemengen (z.B. 3,9 W/cm2 oder 25 W/in2) und trägt zu einem unerwünschten Anstieg des Gesamtgewichtes und der Kosten des Blattes bei. Das Enteisungssystem ermöglicht einen sicheren Flug möglicherweise nicht über die gesamte Vereisungshüllkurve („icing envelope“), da das System mit schweren bzw. starken Ansammlungsraten möglicherweise nicht Schritt halten kann. Aufgrund dieser Nachteile verwenden viele Helikopter keine Enteisungsfähigkeiten, was den Betrieb dieser Fahrzeuge bei schwierigen Bedingungen begrenzt.
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Für Rotorfahrzeuge, die Enteisungssysteme verwenden, erfolgt die Enteisung von Rotoren von Luftfahrzeugen mit mehreren Rotoren aufgrund der Erfordernisse hinsichtlich signifikanter Energiemengen zum Betrieb derartiger elektrothermischer Enteisungssysteme typischerweise in einer Reihenfolge bzw. nacheinander. Dies reduziert eine Spitzenleistungsanforderung für das Luftfahrzeug, die Leistungsanforderung beschränkt jedoch nach wie vor den Gebrauch des Enteisungssystems. Ferner kann der Ansatz des alternierenden Enteisens mit schweren Eisansammlungsraten möglicherweise nicht Schritt halten und kann letztlich die Allwetterfähigkeit des Luftfahrzeuges beschränken.
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Das Dokument
US 2005/0184193 A1 offenbart ein Enteisungsgerät für einen Luftfahrzeugflügel, der wenigstens eine aerodynamische Fläche aufweist, wobei die aerodynamische Fläche wenigstens zwei Enteisungsmodule aufweist. Jedes Modul ist mit einem jeweiligen Heizelement ausgestattet. Die Heizelemente der Module werden von einer gemeinsamen elektrischen Leistungsversorgungseinrichtung mit Leistung versorgt.
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Weitere Enteisungssysteme sind bekannt aus den Dokumenten
US 2006 / 0 226 292 A1 ,
FR 2 213 871 A1 ,
US 2009 / 0 102 413 A1 ,
US 2014 / 0 219 798 A1 und
US 6 194 685 B1 .
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ÜBERBLICK
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Verbesserte Enteisungssysteme und -verfahren ergeben sich aus den Ansprüchen 1, 10, 11 und 13.
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In einem Beispiel wird ein System für ein Rotorfahrzeug bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Blättern aufweist, die mit dem Rotor gekoppelt sind, wobei Bereiche der Mehrzahl von Blättern in Abschnitte unterteilt sind, und wobei ein gegebenes Blatt einen Innenabschnitt aufweist, der sich von dem Rotor nach außen erstreckt, und einen Außenabschnitt aufweist, der sich von dem Innenabschnitt hin zu einem Ende bzw. freien Ende des gegebenen Blattes erstreckt. Das System beinhaltet ferner eine Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen bzw. ersten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Heizsystemen („spanwise heater systems“), die an jeweiligen Außenabschnitten der Mehrzahl von Blättern enthalten sind, eine Mehrzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen, die an jeweiligen Innenabschnitten der Mehrzahl von Blättern enthalten sind, und eine Steuereinheit, die mit der Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen und der Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen gekoppelt ist. Jeweilige Heizsysteme der Abschnitte der Mehrzahl von Blättern werden in einer Reihenfolge mit Energie versorgt, die auf einer Außenlufttemperatur und/oder auf einer Vereisungsschwere basiert.
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In einem weiteren Beispiel wird ein System bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Blättern aufweist, die mit einem Rotor gekoppelt sind, wobei Bereiche der Mehrzahl von Blättern in Abschnitte unterteilt sind, wobei ein gegebenes Blatt einen Innenabschnitt aufweist, der sich von dem Rotor nach außen hin erstreckt, und einen Außenabschnitt aufweist, der sich von dem Innenabschnitt hin zu einem Ende des gegebenen Blattes erstreckt. Das System beinhaltet ferner eine Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen, die an jeweiligen Außenabschnitten der Mehrzahl von Blättern enthalten sind, eine Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen, die an jeweiligen Innenabschnitten der Mehrzahl von Blättern enthalten sind, und eine Steuereinheit, die mit der Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen und der Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, jeweilige Heizsysteme der Abschnitte der Mehrzahl von Blättern in einer Reihenfolge mit Energie versorgen zu lassen, die darauf basiert, ob die Abschnitte Innenabschnitte sind oder Außenabschnitte sind, und die auf einem oder mehreren Vereisungszuständen einer Umgebung des Systems basiert.
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In noch einem weiteren Beispiel wird ein Verfahren bereitgestellt, das beinhaltet, einen oder mehrere Vereisungszustände einer Umgebung eines Rotorfahrzeuges zu erfassen, wobei das Rotorfahrzeug eine Mehrzahl von Blättern aufweist, die mit einem Rotor gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Blättern einen ersten Satz von Blättern und einen zweiten Satz von Blättern beinhaltet, und wobei Bereiche der Mehrzahl von Blättern in Abschnitte unterteilt sind, derart, dass ein gegebenes Blatt einen Innenabschnitt beinhaltet, der sich von dem Rotor nach außen erstreckt, und einen Außenabschnitt beinhaltet, der sich von dem Innenabschnitt hin zu einem Ende des gegebenen Blattes erstreckt. Das Verfahren beinhaltet ferner, mittels einer Steuereinheit Leistung für eine Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen bereitzustellen, die an jeweiligen Außenabschnitten des ersten Satzes von Blättern und des zweiten Satzes von Blättern enthalten sind, und mittels der Steuereinheit Leistung für eine Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen bereitzustellen, die an jeweiligen Innenabschnitten des ersten Satzes von Blättern enthalten sind. Das Verfahren beinhaltet ferner, durch die Steuereinheit Leistung für die Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen bereitzustellen, die an den jeweiligen Außenabschnitten des ersten Satzes von Blättern und des zweiten Satzes von Blättern enthalten sind, und durch die Steuereinheit Leistung für eine Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen bereitzustellen, die an jeweiligen Innenabschnitten des zweiten Satzes von Blättern enthalten sind.
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Diese Merkmale, Funktionen und Vorteile, die erörtert worden sind, lassen sich unabhängig in unterschiedlichsten Ausführungsformen erzielen oder können in noch weiteren Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, von denen weitere Details sich unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und Zeichnung erkennen lassen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die neuen Merkmale, die für die illustrativen Ausführungsformen als charakteristisch angenommen werden, werden in den nachstehenden Ansprüchen angegeben. Die illustrativen Ausführungsformen, als auch ein bevorzugter Betriebsmodus hiervon, sowie weitere Aufgaben und Beschreibungen hiervon ergeben sich jedoch am besten unter Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung einer illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn diese in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird, wobei
- 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Luftfahrzeuges gemäß einer Ausführungsform ist;
- 2 eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Computervorrichtung gemäß einer Ausführungsform ist;
- 3A ein beispielhaftes Blatt gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 3B eine Seitenansicht des beispielhaften Blattes mit Heizsystemen gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 4A ein beispielhaftes Rotorfahrzeug mit einem einzelnen Hauptrotor und vier Blättern gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 4B die beispielhaften Blätter des Rotorfahrzeugs in 4A gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 5A-5D eine beispielhafte Betriebsreihenfolge von Heizsystemen für ein Luftfahrzeug mit einem einzelnen Rotor gemäß einer Ausführungsform darstellen;
- 6A ein beispielhaftes Rotorfahrzeug mit mehrfachen Rotoren und drei Blättern für jeden Rotor gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 6B beispielhafte Blätter des vorderen Rotors und beispielhafte Blätter des hinteren Rotors des Rotorfahrzeugs in 6A gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 7A-7D eine beispielhafte Betriebsreihenfolge von Heizsystemen für ein Luftfahrzeug mit mehreren Rotoren gemäß einer Ausführungsform darstellen; und
- 8 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für einen Betrieb von Heizsystemen an einem Rotorfahrzeug gemäß einer Ausführungsform darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Offenbarte Ausführungsformen werden nunmehr nachstehend vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der einige, jedoch nicht sämtliche, der offenbarten Ausführungsformen gezeigt sind. Tatsächlich lassen sich einige unterschiedliche Ausführungsformen bereitstellen, und es sollte keine Auslegung dahingehend erfolgen, dass eine Beschränkung auf die nachstehend ausgeführten Ausführungsformen erfolgen soll. Stattdessen werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig ist, und so dass Fachleuten der Bereich bzw. die Tragweite der Offenbarung vollständig vermittelt wird.
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Es werden beispielhafte Enteisungssysteme und -betriebsverfahren zur Verwendung an einem Rotorfahrzeug bereitgestellt. Ein beispielhaftes Enteisungssystem für einen Rotor beinhaltet Heizeinrichtungen, die in einer Vorderkante („leading ede“) eines Blattes installiert sind, und die Heizeinrichtungen können etwa 0,0025" (0,00635 mm) dick sein, so dass sie sich in einen oberen Holm („spar“) einer Verbund-Blattlaminierung integrieren lassen. Für einen Enteisungsbetrieb besteht ein Ziel der Heizeinrichtungen darin, eine Temperatur der Eis-/Rotor-Schnittstelle schnell über etwa 32°F (0°C) zu erhöhen. Typischerweise wird versucht, eine Temperatur von mehr als etwa 40°F (4,4°C) zu erreichen. Der Erwärmungsprozess schmilzt eine Schnittstelle des Eises, was es erlaubt, dass die mit rotierenden Blättern einhergehende Zentrifugalkraft das Eis von einer Oberfläche des Blattes entfernt. Aus diesem Grund wird eine Schicht aus Eis gewöhnlich vor einer Aktivierung der Heizeinrichtung detektiert. Wenn Wärme zu langsam angewendet wird oder wenn Wärme auf dünne Eisansammlungen bzw. Anlagerungen angewendet wird, so kann dies das Eis möglicherweise nicht entfernen, und zwar weil die Zentrifugalkräfte möglicherweise nicht groß genug sind, um die Verbindung zwischen Eis und Rotor zu überwinden. In derartigen Fällen kann das Eis dann lokal schmelzen, und flüssiges Wasser kann hin zu anderen Abschnitten des Blattes strömen und erneut gefrieren. Dieser Prozess, der auch als „Runback“ bezeichnet wird, kann problematisch sein, da sich der Ort des erneuten Gefrierens außerhalb eines Bereiches befinden kann, der durch die Heizeinrichtungen geschützt ist, und das Eis kann mit zusätzlichen Heizeinrichtungsimpulsen nicht entfernt werden.
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In Abhängigkeit von der Blattstruktur kann ein elektrothermisches Eisschutzsystem Leistungsdichten in einem Bereich von oberhalb 25 WSI (Watt pro Quadratzoll) erfordern, um eine hinreichende Oberflächentemperatur bei minimalen Anschaltzeiten zu erreichen. Dies kann für das elektrische System des Luftfahrzeuges eine große Anforderung darstellen. In den Beispielen können die Heizeinrichtungen in Bereiche oder Zonen unterteilt sein, um Spitzenleistungsanforderungen zu reduzieren. Diese Zonen werden in einer spezifischen Reihenfolge mit Energie versorgt, um das Blatt zu enteisen, und diese Reihenfolge kann auf die Vereisungszustände zugeschnitten sein.
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Beispielhafte Zonen an einem Blatt beinhalten zwei Spannweiten-Zonen aus einer Innenzone und einer Außenzone. Diese Spannweiten-Konfiguration kann beinhalten, dass die Zonen von einer Blattursprung hin zu einer Blattspitze bzw. einem Blattende verlaufen. Heizeinrichtungen an mehrfachen Blättern werden in einer Reihenfolge unter Verwendung eines dreiphasigen Wechselstrom-Leistungssystems oder unter Verwendung einer Gleichstrom-Leistungsquelle enteist, und zwar gemäß dem Blattdesign. Eine Zykluszeit zwischen den Heizeinrichtungen wird so gesteuert, dass sich anlagerndes Eis an den Blättern kontinuierlich entfernt wird und ein Aufbau von Eis verhindert wird. Ein Ursprungs- bzw. Ausgangsabschnitt des Blattes kann dazu in der Lage sein, längere Zeiten zwischen den Einschaltzeiten der Heizeinrichtung zu tolerieren, da dieser Abschnitt Eis typischerweise mit geringeren Raten anlagert.
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Nunmehr wird Bezug genommen auf die Figuren, wobei 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Luftfahrzeugs 100 ist, und zwar gemäß einer Ausführungsform. Das Luftfahrzeug 100 beinhaltet eine Steuereinheit 102, die mit einer Leistungsversorgung 104 und einem Sensor bzw. Sensoren (106) gekoppelt ist. Die Steuereinheit 102 ist ferner mit einem Rotor 108 gekoppelt, der mit Blättern 110 und 112 verbunden ist. Jedes Blatt 110, 112 kann ein äußeres Heizsystem 114 und ein inneres Heizsystem 116 beinhalten. In einigen Beispielen kann das Luftfahrzeug 100 mehrfache Rotoren (z.B. einen vorderen und einen hinteren Rotor) beinhalten, und folglich stellt 1 einen optionalen zweiten Rotor 118 dar, der mit der Steuereinheit 102 gekoppelt ist, wobei der zweite Rotor 118 ebenfalls Blätter 120, 122 beinhaltet. Jedes Blatt 120, 122 kann gleichfalls ein äußeres Heizsystem 124 und ein inneres Heizsystem 126 aufweisen.
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Das Luftfahrzeug 100 kann folglich ein Rotorfahrzeug mit einem einzelnen Rotor darstellen, das eine gerade Anzahl von mehrfachen Blättern (z.B. vier Blätter insgesamt oder zwei Sätze von Blättern) beinhaltet, oder kann ein Rotorfahrzeug mit mehrfachen Rotoren darstellen (z.B. mit zwei Rotoren einschließlich eines vorderen Rotors und eines hinteren Rotors, wobei jeder Rotor drei oder mehr Blätter aufweisen kann, ein Lateral-Twin-Helikopter mit einem linken und einem rechten Rotor, wobei jeder Rotor drei oder mehr Blätter beinhalten kann, oder ein Koaxial-Helikopter mit einem oberen und einem unteren Rotor, wobei jeder Rotor drei oder mehr Blätter beinhalten kann).
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Die Steuereinheit 102 kann dazu konfiguriert sein, die Heizsysteme bzw. Heizeinrichtungssysteme an den Blättern 110, 112, 120 und 122 zu betreiben, und dazu, Leistung von einer Leistungsversorgung 104 bereitzustellen, um dies zu tun. Die Steuereinheit 120 kann Ausgänge von den Sensoren 106 empfangen, um zu bestimmen, wann ein Betrieb der Heizsysteme einzuleiten ist. Die Sensoren 106 können Temperatursensoren beinhalten, um eine Umgebungslufttemperatur zu erfassen, oder können Wassergehaltsensoren beinhalten, um eine Menge eines Wassergehaltes in der Luft zu erfassen. Die Sensoren 106 können allgemeiner gesagt Sensoren beinhalten, um Vereisungszustände einer Umgebung des Luftfahrzeuges zu bestimmen.
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Jedes Blatt 110, 112, 120 und 122 weist ein beispielhaftes äußeres bzw. Außenbord-Heizsystem und ein beispielhaftes inneres bzw. Innenbord-Heizsystem auf. Beispielsweise können Bereiche der Blätter in Abschnitte unterteilt sein, einschließlich eines inneren Abschnittes, der sich von dem Rotor nach außen erstreckt, und eines äußeren Abschnittes, der sich von dem inneren Abschnitt hin zu einem Ende bzw. freien Ende des gegebenen Blattes erstreckt. Die äußeren Heizsysteme 114 und 124 sowie die inneren Heizsysteme 116 und 126 können jeweils als Spannweiten-Heizsysteme konfiguriert sein, und die Steuereinheit 102 kann einen Betrieb der Heizsysteme in einer Reihenfolge steuern, die auf einer Außenlufttemperatur basiert, auf erfassten Vereisungszuständen der Umgebung, oder auf eine derartige Weise, dass ein Betrieb darauf basiert, ob die Abschnitte innen oder außen sind und darauf, ob einer oder mehrere Vereisungszustände der Umgebung des Systems vorliegen.
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2 stellt eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Computervorrichtung 200 dar. Die Computervorrichtung 200 in 2 stellt die Steuereinheit 102 dar, die in 1 gezeigt ist. In einigen Beispielen können einige in 2 dargestellte Komponenten über mehrfache Computervorrichtungen verteilt sein. Aufgrund der Beispielhaftigkeit sind die Komponenten jedoch als Teil von einer beispielhaften Vorrichtung 200 gezeigt und beschrieben.
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Die Computervorrichtung 200 beinhaltet eine Schnittstelle 202, eine Komponente 204 zur drahtlosen Kommunikation, einen Sensor bzw. Sensoren 206, einen Datenspeicher 208 sowie einen Prozessor 210. Die in 2 dargestellten Komponenten können miteinander über eine Kommunikationsverbindung 212 verbunden sein. Die Computervorrichtung 200 kann auch Hardware beinhalten, um eine Kommunikation innerhalb der Computervorrichtung 200 und zwischen der Computervorrichtung 200 und anderen Computervorrichtungen (nicht gezeigt) zu ermöglichen, wie einer Servereinheit. Die Hardware kann Sender, Empfänger und Antennen beinhalten, um Beispiele zu nennen.
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Die Schnittstelle 202 kann dazu konfiguriert sein, um es der Computervorrichtung 200 zu ermöglichen, mit anderen Computervorrichtungen (nicht gezeigt) zu kommunizieren, wie einem Server oder einer landbasierten Vorrichtung. Folglich kann die Schnittstelle 202 dazu konfiguriert sein, um Eingangsdaten von einer oder mehreren Computervorrichtungen zu empfangen, und kann gleichfalls dazu konfiguriert sein, um Ausgangsdaten an die eine oder mehrere Computervorrichtungen zu senden. In einigen Beispielen kann die Schnittstelle 202 ferner Aufzeichnungen von Daten aufrechterhalten und verwalten, die von der Computervorrichtung 200 empfangen und gesandt worden sind. Die Schnittstelle 202 kann auch einen Empfänger und einen Sender beinhalten, um Daten zu empfangen und zu senden.
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Die Komponente 204 zur drahtlosen Kommunikation kann eine Kommunikationsschnittstelle sein, die dazu konfiguriert ist, um eine drahtlose Datenkommunikation für die Computervorrichtung 200 zu ermöglichen, und zwar gemäß einem oder mehreren Standards der drahtlosen Kommunikation. Beispielsweise kann die Komponente 204 zur drahtlosen Kommunikation eine Wifi-Kommunikationskomponente beinhalten, oder eine Mobilfunk-Kommunikationskomponente. Weitere Beispiele sind ebenfalls möglich, wie proprietäre Vorrichtungen zur drahtlosen Kommunikation.
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Der Sensor 206 kann einen oder mehrere Sensoren beinhalten, oder kann einen oder mehrere Sensoren darstellen, die innerhalb der Computervorrichtung 200 enthalten sind. Beispielhafte Sensoren beinhalten Lufttemperatursensoren, Wassergehaltsensoren, etc., oder es kann jeder beliebige der in 1 gezeigten Sensoren in der Computervorrichtung 200 enthalten sein. Zusätzliche Sensoren können ebenfalls enthalten sein, wie ein Leistungsüberwachungssensor zum Überwachen der Aufnahme von Leistung aus der Leistungsversorgung, wie es in 1 gezeigt ist, und zwar für jedes Heizsystem.
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Der Datenspeicher 208 kann Programmlogik 214 speichern, auf die von dem Prozessor 210 zugegriffen werden kann und die von diesem ausgeführt werden kann. Der Datenspeicher 208 kann auch gesammelte Sensordaten oder Heizreihenfolgedaten 216 speichern, die dazu dienen, die Heizsysteme in einer gewünschten Reihenfolge mit Energie zu versorgen.
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3A stellt ein beispielhaftes Blatt 300 gemäß einer Ausführungsform dar. Eine Spannweiten-Achse („spanwise axis“) und eine Blatttiefenachse („chordwise axis“) sind dargestellt, und eine Vorderkante befindet sich auf einer Seite einer Stagnationslinie, wohingegen eine Hinterkante der Vorderkante gegenüberliegt. An einer Oberfläche oder im Inneren des Blattes können Heizsysteme vorgesehen sein.
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3B stellt eine Seitenansicht des beispielhaften Blattes 300 mit Heizsystemen dar. Ein inneres Heizsystem 302 ist an einem inneren Abschnitt vorgesehen, der sich von einem Rotor nach außen erstreckt, und ein äußeres Heizsystem 304 ist an einem äußeren Abschnitt vorgesehen, der sich von dem inneren Abschnitt hin zu einem Ende des Blattes 300 erstreckt.
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4A ist ein beispielhaftes Rotorfahrzeug 400 mit einem einzelnen Rotor 402 und vier Blättern 404, 406, 408 und 410 gemäß einer Ausführungsform. 4B stellt die beispielhaften Blätter 404, 406, 408 und 410 des Rotorfahrzeugs 400 der 4A gemäß einer Ausführungsform dar.
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In 4B ist jedes der Blätter in einen Innenabschnitt bzw. inneren Abschnitt 412, der sich von dem Rotor nach außen erstreckt, und einen äußeren bzw. Außenabschnitt 414 unterteilt, der sich von dem inneren Abschnitt 412 hin zu einer Spitze bzw. einem Ende bzw. freien Ende des Blattes 404 erstreckt. Der innere Abschnitt 412 als auch der äußere Abschnitt 414 (von jedem Blatt) beinhalten Heizsysteme, die spannweitenartig konfiguriert sind, derart, dass sich die Heizeinrichtungen entlang einer Länge des Blattes erstrecken. Beispielsweise beinhaltet, wie es an dem Blatt 404 gezeigt ist, der innere Abschnitt 412 Spannweiten-Heizsysteme 416, 418 und 420, und der äußere Abschnitt 414 beinhaltet Spannweiten-Heizsysteme 422, 424 und 426. Sämtliche Blätter können auf die gleiche Art und Weise konfiguriert sein. Zusätzlich können mehr oder weniger Heizeinrichtungen vorgesehen werden, obgleich für jeden Abschnitt lediglich drei Heizsysteme gezeigt sind. Jedes der Heizsysteme 416-426 ist mit einer Steuereinheit gekoppelt, wie sie in 1 dargestellt ist. Jedes der Heizsysteme 416-426 kann individuell gesteuert werden, um die Leistung zu beschränken, die während Enteisungsvorgängen verbraucht wird.
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Ein Betrieb der Heizsysteme 416-426 an jedem der Blätter 404-410 kann in einer Reihenfolge durchgeführt werden, die auf einem gemessenen Wassergehalt basiert, der eine Vereisungsschwere anzeigt, und/oder auf der Grundlage von Lufttemperaturen. Beispielsweise können die Heizsysteme auf der Grundlage einer Lufttemperatur von weniger als 32°F (0°C) (oder etwa bei oder unterhalt von Gefrierzuständen) aktiviert werden. Die Reihenfolge der Operationen bzw. Betriebszustände kann wiederholt werden, bis Vereisungszustände für das System verlassen werden, um ein Abschalten durchzuführen.
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Die 5A-5D stellen eine beispielhafte Betriebsreihenfolge von Heizsystemen für ein Luftfahrzeug mit einem einzelnen Rotor dar. Die in den 5A-5D dargestellten Blätter sind die in den 4A-4B beschriebenen Blätter 404-410. Die Mehrzahl von Blättern kann einen ersten Satz von Blättern 404, 408 (einander gegenüberliegend) und einen zweiten Satz von Blättern 404, 410 (einander gegenüberliegend) beinhalten.
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In einem Schritt können, wie es in 5A gezeigt ist, äußere Abschnitte des ersten Satzes von Blättern 404 und 408 sowie äußere Abschnitte des zweiten Satzes von Blättern 406 und 410 mit Energie versorgt werden. Demzufolge können sämtliche Heizsysteme an den äußeren Abschnitten mit Energie versorgt werden. Im Rahmen von Beispielen können jeweilige Heizsysteme in Blatttiefenrichtung („chordwise manner“) ausgehend von einer Vorderkante hin zu einer Hinterkante eines jeweiligen Blattes mit Energie versorgt werden. Beispielsweise, wie es anhand des Blattes 404 gezeigt ist, können innerhalb des äußeren Abschnittes 414 als erstes die Heizeinrichtung 426 gefolgt von der Heizeinrichtung 424 und anschließend gefolgt von der Heizeinrichtung 422 mit Energie versorgt werden. Die verbleibenden äußeren Heizeinrichtungen an den Blättern 406, 408 und 410 können in der Reihenfolge mit Energie versorgt werden, die durch Pfeile gezeigt ist, die in 5A dargestellt sind. Auf diese Art und Weise wird weniger Leistung benötigt, um sämtliche Heizeinrichtungen gleichzeitig mit Energie zu versorgen, und die Vorderkanten der Blätter können als erstes mit Energie versorgt werden.
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In einem zweiten Schritt können, wie es in 5B gezeigt ist, innere Abschnitte eines Satzes von Blättern 406 und 410 mit Energie versorgt werden. Somit können jeweilige innere Abschnitte eines Satzes von Blättern mit Energie versorgt werden, und zwar nach dem Versorgen von sämtlichen äußeren Abschnitten mit Energie. Beispielsweise ist das Blatt 410 mit einem äußeren Abschnitt 430 und einem inneren Abschnitt 428 dargestellt und der innere Abschnitt 428 beinhaltet Heizsysteme 432, 434 und 436. Die inneren Heizsysteme 432, 434 und 436 können in einer solchen Reihenfolge mit Energie versorgt werden, dass zunächst die Heizeinrichtung 432 dran ist, gefolgt von der Heizeinrichtung 434 und anschließend die Heizeinrichtung 436, so dass eine Energiezufuhr ausgehend von einer Vorderkante hin zu einer Hinterkante erfolgt, wenn der Rotor die Blätter gegen den Uhrzeigersinn dreht, wie es in 5B gezeigt ist.
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In einem dritten Schritt werden, wie es in 5C gezeigt ist, die äußeren Abschnitte des ersten Satzes von Blättern 404 und 408 sowie die äußeren Abschnitte des zweiten Satzes von Blättern 406 und 410 erneut mit Energie versorgt. Dies stellt eine Wiederholung des Schrittes 1 dar, wie es in 5A gezeigt ist.
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In einem vierten Schritt werden, wie es in 5D gezeigt ist, innere Abschnitte eines Satzes von Blättern 404 und 408 mit Energie versorgt. Demzufolge werden nunmehr die zwei verbleibenden inneren Abschnitte mit Energie versorgt, die in dem zweiten Schritt nicht mit Energie versorgt wurden, um folglich durch sämtliche Abschnitte von sämtlichen Blättern im Turnus zu wechseln. Wie es in 5D gezeigt ist, kann der innere Abschnitt 412 derart mit Energie versorgt werden, dass die Heizeinrichtung 420 als erstes dran ist, gefolgt von der Heizeinrichtung 418 und anschließend die Heizeinrichtung 416.
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Unter Verwendung der beispielhaften Reihenfolge bzw. Sequenz wie sie in den 5A-5D gezeigt ist, werden Heizsysteme der Abschnitte der Mehrzahl von Blättern in einer Reihenfolge mit Energie versorgt, die auf einer Außenlufttemperatur und einer Vereisungsschwere basiert, und die Reihenfolge beinhaltet das häufigere Erwärmen von äußeren Abschnitten der Mehrzahl von Blättern als von inneren Abschnitten der Mehrzahl von Blättern. Die äußeren Abschnitte werden innerhalb der Reihenfolge zweimal so häufig erwärmt. Nach einem Erwärmen eines inneren Abschnittes werden sämtliche äußeren Abschnitte erwärmt. Die inneren Abschnitte von jedem Satz von Blättern werden in der Reihenfolge nur jedes zweite Mal erwärmt, um die Menge an Erwärmung bzw. die Wärmemenge für die inneren Abschnitte zu reduzieren, was es ermöglicht, dass an den äußeren Abschnitten eine zusätzliche Erwärmung durchgeführt wird, während weniger Gesamtleistung verwendet wird.
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Die in den 5A-5D gezeigten Schritte 1-4 werden wiederholt, bis das Luftfahrzeug eine Vereisungswolke verlässt, oder bis Vereisungszustände nicht länger vorhanden sind, um ein Beispiel zu nennen. Im Rahmen von manchen Beispielen können basierend auf der Außenlufttemperatur oberhalb eines Schwellenwertes von z.B. 40°F (4,4°C) die jeweiligen Heizsysteme der Mehrzahl von Blättern in einer Reihenfolge mit Energie versorgt werden, bei der die Heizsysteme, die an jeweiligen äußeren Abschnitten der Blätter enthalten sind, aus der Reihenfolge entfernt werden. Bei diesem Beispiel, das auch als Warmwetter-Vereisungszustände bezeichnet wird, ist ein Erwärmen der freien Enden der Blätter möglicherweise nicht notwendig und es kann Leistung eingespart werden. Im Rahmen von anderen Beispielen können basierend auf der Außenlufttemperatur unterhalb eines Schwellenwertes von z.B. 10°F (-12,2°C) die jeweiligen Heizeinrichtungszonen der Abschnitte der Mehrzahl von Blättern in einer Reihenfolge mit Energie versorgt werden, bei der die an jeweiligen inneren Abschnitten der Blätter enthaltenen Heizsysteme aus der Reihenfolge entfernt werden. Bei diesem Beispiel kann den äußeren Abschnitten aufgrund von extremen Vereisungszuständen mehr Beachtung geschenkt werden. Ein Entfernen eines Abschnittes aus der Reihenfolge kann lediglich für einen Zyklus (oder mehrere Zyklen) der Reihenfolge erfolgen und der Abschnitt kann im Rahmen von späteren Zyklen wieder in die Reihenfolge hinzugefügt werden.
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6A ist ein beispielhaftes Rotorfahrzeug 600 mit einer Mehrzahl von Rotoren 602 und 604 und drei Blättern für jeden Rotor gemäß einer Ausführungsform. In 6A beinhaltet das Rotorfahrzeug 600 einen vorderen Rotor 602 und einen hinteren Rotor 604. Wie gezeigt kann der vordere Rotor 602 in der Nähe von einem vorderen Ende des Rotorfahrzeuges 600 vorgesehen sein, und der hintere Rotor 604 kann in der Nähe einer Rückseite des Rotorfahrzeuges 600 vorgesehen sein. 6B zeigt beispielhafte Blätter 606, 608 und 610 des vorderen Rotors sowie beispielhafte Blätter 628, 630 und 632 des hinteren Rotors gemäß einer Ausführungsform. Obgleich 6A ein Luftfahrzeug mit einem vorderen und einem hinteren Rotor darstellt, kann das nachstehend beschriebene Heizsystem alternativ oder zusätzlich an einem Luftfahrzeug mit mehrfachen Rotoren implementiert werden, bei dem die Rotoren als ein linker und ein rechter Rotor konfiguriert sind oder als ein oberer und ein unterer Rotor, um Beispiele zu nennen.
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In 6B ist jedes der Blätter in einen inneren Abschnitt 612, der sich von dem Rotor nach außen erstreckt, und einen äußeren Abschnitt 614 unterteilt, der sich von dem inneren Abschnitt 612 hin zu einem Ende des Blattes 610 erstreckt. Jedes Blatt von jedem Rotor (vorne und hinten) kann auf die gleiche Art und Weise konfiguriert sein. Jeder innere Abschnitt 612 und jeder äußere Abschnitt 614 (von jedem Blatt) beinhaltet Heizsysteme, die in einer Spannweitenausrichtung konfiguriert sind, derart, dass sich die Heizeinrichtungen entlang einer Länge de Blattes erstrecken. Beispielsweise beinhaltet, wie es anhand des Blattes 610 gezeigt ist, der innere Abschnitt 612 Spannweiten-Heizsysteme 616, 618 und 620 und der äußere Abschnitt 614 beinhaltet Spannweiten-Heizsysteme 622, 624 und 626. Sämtliche Blätter können auf die gleiche Art und Weise konfiguriert sein. Zusätzlich hierzu können für jeden Abschnitt mehr oder weniger Heizeinrichtungen vorgesehen werden, obgleich nur drei Heizsysteme gezeigt sind. Jedes der Heizsysteme 616-626 ist mit einer Steuereinheit gekoppelt, wie eine solche, die in 1 gezeigt ist. Jedes der Heizsysteme 616-626 für jedes Blatt und jeden Rotor kann individuell angesteuert werden, um während Enteisungsvorgängen bzw. -operationen die verbrauchte Leistung zu begrenzen.
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Der Betrieb der Heizsysteme an jedem der Blätter 606-610 sowie 628-632 kann in einer Reihenfolge durchgeführt werden, die auf einem gemessenen Wassergehalt basiert, der eine Vereisungsschwere angibt, und/oder auf der Grundlage von Lufttemperaturen. Beispielsweise können die Heizsysteme auf der Grundlage einer Lufttemperatur von weniger als 32°F (0°C) (oder etwa bei oder unterhalb von Gefrierzuständen) aktiviert werden. Die Reihenfolge der Operationen bzw. Betriebsschritte kann wiederholt werden, bis Vereisungssysteme bzw. Vereisungszustände verlassen werden, damit das System heruntergefahren werden kann.
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Die 7A-7D stellen eine beispielhafte Betriebsreihenfolge der Heizsysteme für ein Luftfahrzeug mit mehrfachen Rotoren dar. Die in den 7A-7D dargestellten Blätter sind die Blätter 606, 608, 610, 628, 630 und 632, wie sie in den 6A-6B beschrieben worden sind. Sowohl der vordere Rotor als auch der hintere Rotor beinhaltet einen Satz der Blätter.
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In einem ersten Schritt werden, wie es in 7A gezeigt ist, äußere Abschnitte der Mehrzahl von Blättern an dem vorderen Rotor und an dem hinteren Rotor mit Energie versorgt. Folglich können sämtliche Heizsysteme an äußeren Abschnitten mit Energie versorgt werden. Im Rahmen von beispielhaften Ausführungsformen werden jeweilige Heizsysteme auf eine in Blatttiefenrichtung orientierte Art und Weise mit Energie versorgt, und zwar ausgehend von einer vorderen Kante hin zu einer hinteren Kante eines jeweiligen Blattes. Beispielsweise kann, wie es anhand des Blattes 610 gezeigt ist, innerhalb des äußeren Abschnittes 614 als erstes die Heizeinrichtung 622 mit Energie versorgt werden, gefolgt von der Heizeinrichtung 624 und dann gefolgt von der Heizeinrichtung 626. Die verbleibenden äußeren Heizeinrichtungen an den anderen Blättern können in der durch die Pfeile gezeigten Reihenfolge mit Energie versorgt werden, die in 7A gezeigt sind. Auf diese Art und Weise wird weniger Leistung benötigt, um sämtliche Heizeinrichtungen gleichzeitig mit Energie zu versorgen, und die vorderen Kanten der Blätter können als erstes mit Energie versorgt werden. Zusätzlich hierzu können zur Ausführung des ersten Schrittes in dieser Reihenfolge drei Zyklen durchgeführt werden, obgleich mehr oder weniger Zyklen verwendet werden können, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von Heizsystemen pro Abschnitt.
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In einem zweiten Schritt werden, wie es in 7B gezeigt ist, innere Abschnitte des Satzes der Mehrzahl von Blättern an dem hinteren Rotor mit Energie versorgt. Folglich werden jeweilige innere Abschnitte des hinteren Rotors mit Energie versorgt, nachdem sämtliche äußeren Abschnitte mit Energie versorgt worden sind. Zum Beispiel ist das Blatt 632 mit einem äußeren Abschnitt 634 und einem inneren Abschnitt 636 dargestellt, wobei der innere Abschnitt 636 Heizsysteme 638, 640 und 642 beinhaltet. Die inneren Heizsysteme 638, 640 und 642 können in einer Reihenfolge mit Energie versorgt werden, derart, dass die Heizeinrichtung 642 als erstes mit Energie versorgt wird, gefolgt von der Heizeinrichtung 640 und anschließend die Heizeinrichtung 638, und die verbleibenden inneren Abschnitte werden in der durch Pfeile in 7B gezeigten Reihenfolge mit Energie versorgt. Wiederum werden drei Zyklen verwendet, um den zweiten Schritt in dieser Reihenfolge durchzuführen, und zwar aufgrund der drei Heizsysteme, die an den hinteren inneren Abschnitten installiert sind.
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In einem dritten Schritt werden, wie es in 7C gezeigt ist, die äußeren Abschnitte des Satzes der Mehrzahl von Blättern an dem vorderen Rotor und an dem hinteren Rotor erneut mit Energie versorgt. Dies stellt eine Wiederholung des Schrittes 1 dar, der in 7A gezeigt ist.
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In einem vierten Schritt werden, wie es in 7D gezeigt ist, innere Abschnitte des Satzes von mehreren Blättern an dem vorderen Rotor mit Energie versorgt. Demzufolge werden nunmehr jene zwei verbleibenden inneren Abschnitte, die in dem zweiten Schritt nicht mit Energie versorgt worden sind, mit Energie versorgt, um auf diese Weise durch sämtliche Abschnitte sämtlicher Blätter im Turnus zu wechseln. Wie es in 7D gezeigt ist, kann der innere Abschnitt 612 des vorderen Rotors derart mit Energie versorgt werden, dass die Heizeinrichtung 616 als erstes mit Energie versorgt wird, gefolgt von der Heizeinrichtung 618 und anschließend die Heizeinrichtung 620. Die verbleibenden inneren Abschnitte der Blätter an dem vorderen Rotor werden in der durch die Pfeile in 7D gezeigten Reihenfolge mit Energie versorgt.
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Die Schritte 1-4, wie sie in den 7A-7D gezeigt sind, werden wiederholt, bis das Luftfahrzeug eine Vereisungswolke verlässt oder bis beispielsweise Vereisungszustände nicht länger vorhanden sind. Im Rahmen von einigen Beispielen kann eine Reduktion einer Spitzenleistungsanforderung von bis zu 40 % (verglichen mit Systemen ohne duale Heizzonen) erreicht werden, und zwar mit dem hier beschriebenen Konzept geteilter Zonen.
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Unter Verwendung der Konfiguration, wie sie in den 7A-7D gezeigt ist, werden jeweilige Heizsysteme der Abschnitte der Mehrzahl von Blättern auf eine in Blatttiefenrichtung gerichtete Art und Weise mit Energie versorgt, derart, dass für die äußeren Abschnitte und die inneren Abschnitte des Satzes der Mehrzahl von Blättern an dem vorderen Rotor die Abschnitte ausgehend von einer vorderen Kante hin zu einer hinteren Kante eines jeweiligen Blattes mit Energie versorgt werden, und wobei für die äußeren Abschnitte und die inneren Abschnitte des Satzes von mehrfachen Blättern an dem hinteren Rotor die Abschnitte ausgehend von einer vorderen Kante hin zu einer hinteren Kante eines jeweiligen Blattes mit Energie versorgt werden, und zwar auf der Grundlage einer Drehrichtung des jeweiligen Rotors.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann es möglich sein, dass während eines Warmwettereisschutzes (z.B. dann, wenn Lufttemperaturen nahe etwa 32°F (0°C) sind), äußere Abschnitte der Blätter (z.B. die Enden bzw. Spitzen) nicht erwärmt werden, und zwar aufgrund der kinetischen Erwärmung, so dass Leistung eingespart werden kann, indem derartige Abschnitte nicht mit Energie versorgt werden. In derartigen Beispielen können die Heizsysteme an den vorderen und den hinteren Rotorblättern in einer Reihenfolge mit Energie versorgt werden, die die inneren Abschnitte des hinteren Rotors beinhaltet (z.B. drei Zyklen, um die drei unabhängigen Heizeinrichtungen abzudecken), und zwar gefolgt von inneren Abschnitten des vorderen Rotors (z.B. drei Zyklen, um die drei unabhängigen Heizeinrichtungen abzudecken).
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In weiteren Beispielen wird das Erwärmen von inneren Abschnitten der Mehrzahl von Blättern aus der Reihenfolge entfernt, was es ermöglicht, dass die äußeren Abschnitte des Satzes von mehrfachen Blättern an dem vorderen Rotor und an dem hinteren Rotor häufiger mit Energie versorgt werden, wie zum Beispiel dann, wenn Außenlufttemperaturen sich unterhalb eines Schwellenwertes befinden und/oder wenn schwerere Vereisungszustände vorhanden sind.
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Im Rahmen von beispielhaften Ausführungsformen wird eine musterhafte Bezeichnung von Elementen nachstehend in der Tabelle 1 bereitgestellt, wobei innere und äußere Abschnitte des vorderen und des hinteren Rotors in Zonen unterteilt sind, einschließlich von Zonen, die mit 1-6 bezeichnet bzw. gelabelt sind (ausgehend von dem Rotor und in Bewegungsrichtung hin zu der Spitze bzw. dem Ende). In den Ursprungs- bzw. Ausgangsabschnitten und in den End- bzw. Spitzenabschnitten können mehr oder weniger Zonen enthalten sein.
Tabelle 1
| Rotor | Zone | ID | Rotor | Zone | ID | Rotor | Zone | ID |
| Vorne | 1 | 1 | Hinten | 1 | 11 | vordere/ hintere Enden | 1 | 21 |
| 2 | 2 | 2 | 12 | 2 | 22 |
| 3 | 3 | 3 | 13 | 3 | 23 |
| 4 | 4 | 4 | 14 | 4 | 24 |
| 5 | 5 | 5 | 15 | | |
| 6 | 6 | 6 | 16 | |
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Ein Beispiel einer Energieversorgungsreihenfolge für eine Außentemperatur von -20°C kann beinhalten, dass die Zonen 2, 3, 4, 1, 5, 6 für die inneren Abschnitte (zum Erwärmen zunächst der inneren und dann der äußeren Bereiche) und anschließend äußere Zonen in einer Reihenfolge 2, 3,1, 4 gezündet bzw. eingeleitet werden. Das geteilte Zonensystem (innen und außen) ermöglicht es, dass die Heizeinrichtungen an den Enden zwischen jeder vorderen oder hinteren Heizreihenfolge gezündet werden, was die Blattspitzen bzw. -enden frei von Eis hält. Höhere Impulsraten ermöglichen, dass die Arbeitsabschnitte der Blätter frei von einer signifikanten Eisanlagerung bleiben, und daher ihre Leistungsfähigkeit aufrechterhalten. Wie oben beschrieben, können in einigen Beispielen, wenn es notwendig ist, die hinteren inneren Zonen aus der Vereisungssequenz entfernt werden. Dies fügt den Blattenden mehr Impulse zu, was es ermöglicht, dass das Luftfahrzeug durch schwerere Vereisungszustände hindurchgehen kann, indem der große Abschnitt von angelagertem Eis entfernt wird. Dies könnte dennoch für begrenzte Zeitdauern toleriert werden, da sich schließlich in den hinteren Abschnitten des inneren Bereiches Eisfedern bzw. Eisblumen („ice feather“) aufbauen könnten und die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen könnten, was einen gelegentlichen vollen Heizeinrichtungszyklus erfordert.
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Im Rahmen von weiteren Ausführungsbeispielen hat die Anordnung mit geteilten Zonen auch zusätzliche Vorteile. Bei niedrigeren Temperaturen, bei denen Eisanlagerungen in dem äußeren Abschnitt des Blattes reduziert sind, können die Impulse für die Spitzen bzw. Enden nach Erfordernis reduziert werden, so dass Enteisungsimpulse für die Enden nur einmal pro Zyklus bereitgestellt werden.
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Im Rahmen von weiteren Ausführungsbeispielen hat die Anordnung mit geteilten Zonen zusätzliche Vorteile. Das System kann Erosionsschutzmaterialien mit niedriger thermischer Leitfähigkeit und hoher spezifischer Wärme an den inneren Abschnitten der Blätter tolerieren. In einer beispielhaften Anwendung hat der Ursprungs- bzw. Ausgangsabschnitt mehr Zeit, um zwischen Zyklen abzukühlen, da das System die Enden der Rotorblätter häufiger erwärmen soll, um die Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Das Abkühlen der Blätter zwischen den Enteisungszyklen kann dazu beitragen, ein thermisches Kriechverhalten („thermal creep“) in der inneren Blattstruktur zu vermeiden und Eisrücklauf („ice runback“). Ferner können Erosionsschutzmaterialien mit niedriger thermischer Leitfähigkeit und hoher spezifischer Wärme länger benötigen, um abzukühlen, und im Rahmen von beispielhaften Anwendungsbeispielen kann das Heizsystem mit mehreren Zonen die längeren Abkühlzeiten unterbringen bzw. sich daran anpassen.
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Im Rahmen von beispielhaften Ausführungsformen ermöglicht die Verwendung der beschriebenen Zündreihenfolgen, dass die Steuereinheit die Leistung zum Erwärmen eines jeweiligen Blattes auf die Spannweiten-Heizsystemen so verteilt, dass eine Spitzenleistungsaufnahme reduziert wird. Die Steuereinheit kann die Leistung zwischen den äußeren Spannweiten-Heizsystemen und den inneren Spannweiten-Heizsystemen etwa in einem Verhältnis von zwei Drittel zu einem Drittel aufteilen, um ein Beispiel zu nennen. Wenn die Leistung zwischen den inneren und den äußeren Zonen in einer Aufteilung 2/3, 1/3 aufgeteilt wird, können die Rotorenden an beiden Rotornaben (z.B. vordere und hintere) gemeinsam gezündet werden und es entwickelt sich keine Erhöhung der Anforderung an die Spitzenleistung.
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Somit können Reduktionen der Spitzenleistung von elektrothermischen Eisschutzsystemen mittels der Anordnung mit geteilten Zonen erreicht werden, wobei zwei Sätze von Elementen in dem Blatt installiert und unabhängig voneinander gezündet werden. Durch häufigeres Erwärmen der äußeren Bereiche des Blattes können die Eisdicken (im Mittelwert) niedriger gehalten werden, und zwar beispielsweise innerhalb der Arbeitsabschnitte des Blattes. Wenn die Heizsysteme mit Energie versorgt werden, kann die Element-Einschaltzeit („element on time, EOT“) als eine Funktion der Außenlufttemperatur variieren, derart, dass der Wert von EOT für kältere Temperaturen länger sein kann.
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8 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 800 zum Betrieb von Heizsystemen an einem Rotorfahrzeug gemäß einer Ausführungsform. Das in 8 gezeigte Verfahren stellt eine Ausführungsform eines Verfahrens dar, das beispielhaft in Verbindung mit dem in 1 gezeigten System verwendet werden könnte und das von einer Computervorrichtung (oder Komponenten einer Computervorrichtung) durchgeführt werden könnte, oder das von Komponenten des Rotorfahrzeuges gemäß Instruktionen durchgeführt werden kann, die von der Computervorrichtung bereitgestellt werden. Folglich können beispielhafte Vorrichtungen oder Systeme dazu verwendet oder dazu konfiguriert werden, um logische Funktionen durchzuführen, die in 8 dargestellt sind.
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In einigen Fällen können Komponenten der Vorrichtungen und/oder Systeme dazu konfiguriert werden, um die Funktionen derart durchzuführen, dass die Komponenten dazu konfiguriert und strukturiert (mittels Hardware und/oder Software) sind, um eine derartige Leistungsfähigkeit zu ermöglichen. In weiteren Beispielen können Komponenten der Vorrichtungen und/oder Systeme dazu angeordnet sein, um dazu angepasst zu sein, um in der Lage zu sein oder um geeignet zu sein, um die Funktionen durchzuführen. Das Verfahren 800 kann eine oder mehrere Operationen bzw. Operationsschritte, Funktionen oder Aktionen beinhalten, wie es durch einen oder mehrere von Blöcken 802-810 dargestellt ist. Obgleich die Blöcke in einer sequentiellen Reihenfolge dargestellt sind, können diese Blöcke gleichfalls parallel und/oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden als jene, wie vorliegend beschrieben ist. Ferner können die verschiedenen Funktionsblöcke in weniger Blöcke kombiniert werden, können in zusätzliche Blöcke aufgeteilt werden und/oder können entfernt werden, und zwar auf der Grundlage der gewünschten Implementierung.
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Es versteht sich, dass für diese und andere Prozesse und Verfahren, die hier offenbart sind, Flussdiagramme eine Funktionalität und einen Betrieb von einer möglichen Implementierung der vorliegenden Ausführungsformen zeigen. In dieser Hinsicht kann jeder Block ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Programmcode darstellen, der eine oder mehrere Instruktionen bzw. Befehle beinhaltet, die von einem Prozessor ausführbar sind, und zwar zum Implementieren von speziellen bzw. spezifischen logischen Funktionen oder Schritten innerhalb des Prozesses. Der Programmcode kann auf einer beliebigen Art von computerlesbarem Medium oder Datenspeicher gespeichert sein, um ein Bespiel zu nennen, wie eine Speichervorrichtung, die eine Disk oder eine Festplatte beinhaltet. Das computerlesbare Medium kann ein nicht vergängliches computerlesbares Medium oder Speicher beinhalten, um ein Beispiel zu nennen, wie ein computerlesbares Medium, das Daten für kurze Zeitspannen speichert, wie ein Registerspeicher, ein Prozessor-Cash-Speicher und ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff („random access memory“, RAM). Das computerlesbare Medium kann ferner nicht vergängliche Medien beinhalten, wie sekundäre oder persistente Langzeitspeicher, wie Nur-Lese-Speicher („read only memory“, ROM), optische oder magnetische Platten bzw. Disks, Nur-Lese-Speicher-Kompakt-Disks („CD-ROM“), um Beispiele zu nennen. Die computerlesbaren Medien können auch jede beliebigen volatilen oder nicht-volatilen Speichersysteme sein.
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Das computerlesbare Medium kann als ein dinghaftes computerlesbares Speichermedium betrachtet werden, um ein Beispiel zu nennen.
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Zusätzlich hierzu kann jeder Block in 8 Schaltkreise darstellen, die dazu verdrahtet sind, um die spezifischen logischen Funktionen in dem Prozess durchzuführen. Alternative Implementierungen sind im Rahmen des Schutzbereiches der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten, wobei Funktionen außerhalb der Reihenfolge, die gezeigt oder diskutiert ist, ausgeführt werden können, einschließlich einer im Wesentlichen gleichzeitigen Abfolge oder in umgekehrter Reihenfolge, und zwar in Abhängigkeit von der involvierten Funktionalität, wie es sich für angemessen ausgebildete Fachleute ergeben würde.
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In einem Block 802 beinhaltet das Verfahren 800 das Erfassen von einem oder mehreren Vereisungszuständen einer Umgebung eines Rotorfahrzeuges. Das Rotorfahrzeug kann eine Mehrzahl von Blättern enthalten, die mit einem Rotor gekoppelt sind, und die Mehrzahl von Blättern beinhalten einen ersten Satz von Blättern und einen zweiten Satz von Blättern, und Bereiche der Mehrzahl von Blättern sind in Abschnitte derart unterteilt, dass ein gegebenes Blatt einen inneren Abschnitt aufweist, der sich von dem Rotor nach außen erstreckt, und einen äußeren Abschnitt aufweist, der sich von dem inneren Abschnitt hin zu einer Spitze bzw. einem Ende des gegebenen Blattes erstreckt.
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In einem Block 804 beinhaltet das Verfahren 800 das Bereitstellen mittels einer Steuereinheit von Leistung für eine Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen, die an jeweiligen äußeren Abschnitten des ersten Satzes von Blättern und des zweiten Satzes von Blättern enthalten sind.
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In einem Block 806 beinhaltet das Verfahren 800 das Bereitstellen mittels der Steuereinheit von Leistung für eine Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen, die an jeweiligen inneren Abschnitten des ersten Satzes von Blättern enthalten sind.
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In einem Block 806 beinhaltet das Verfahren 800 das Bereitstellen mittels der Steuereinheit von Leistung für die Vielzahl von ersten Spannweiten-Heizsystemen, die an den jeweiligen äußeren Abschnitten des ersten Satzes von Blättern und des zweiten Satzes von Blättern enthalten sind.
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In einem Block 810 beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen mittels der Steuereinheit von Leistung für eine Vielzahl von zweiten Spannweiten-Heizsystemen, die an jeweiligen inneren Abschnitten des zweiten Satzes von Blättern enthalten sind.
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Im Rahmen von beispielhaften Ausführungsformen kann das Verfahren 800 wiederholt werden, um Leistung für jeweilige Heizsysteme bereitzustellen, bis der eine oder die mehreren Vereisungszustände der Umgebung nicht länger vorhanden sind.
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In einem noch weiteren Beispiel, und zwar in Fällen, bei denen das Rotorfahrzeug eine Mehrzahl von Rotoren einschließlich eines vorderen Rotors und eines hinteren Rotors aufweist, beinhaltet der vordere Rotor den ersten Satz von Blättern und der hintere Rotor (oder der zweite Rotor in einem Rotorsatz aus linkem und rechtem Rotor oder einem Rotorsatz aus oberem und unterem Rotor) beinhaltet den zweiten Satz von Blättern. Das Verfahren 800 kann das Bereitstellen von Leistung für äußere Abschnitte des ersten Satzes von Blättern an demn vorderen Rotor und des zweiten Satzes von Blättern an dem hinteren Rotor beinhalten, gefolgt von einem Bereitstellen von Leistung für innere Abschnitte des zweiten Satzes von Blättern an dem hinteren Rotor, gefolgt von dem Bereitstellen von Leistung für die äußeren Abschnitte des ersten Satzes von Blättern an dem vorderen Rotor und des zweiten Satzes von Blättern an dem hinteren Rotor, und schließlich das Bereitstellen von Leistung für innere Abschnitte des ersten Satzes von Blättern an dem vorderen Rotor.
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Die vorliegend beschriebenen Beispiele ermöglichen eine Reduktion der Anforderung an eine Spitzenleistung („peak power“) für Erwärmungsszenarios, und zwar indem eine Menge bzw. eine Anzahl von aktiv erwärmten Bereichen der Rotorblätter reduziert wird. Das Unterteilen der Zonen zwischen inneren und äußeren (End-)Regionen begrenzt eine Anforderung an eine Spitzenleistung für das Eisschutzsystem und verringert eine Größe und/oder ein Gewicht der Generatoren des Luftfahrzeuges. Zusätzlich hierzu verkürzen die hier beschriebenen Beispiele eine Eisschutzreihenfolge für die äußeren Abschnitte der Rotorblätter und ermöglichen, dass die Leistung zwischen Rotoren aufgeteilt wird, um die Enteisungsreihenfolge bzw. -sequenz zu minimieren.
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Zusätzlich hierzu wird unter Verwendung von beispielhaft beschriebenen Konfigurationen, und zwar aufgrund der Tatsache, dass die Enden eines Rotorblattes Kombinationen von Pfeilung („sweep“), Verdrehung („twist“), von negativer V-Stellung bzw. positiver V-Stellung („anhedral/dihedral“) und von Veränderungen einer Blatttiefe („chord“) haben, eine Herstellung von Heizsystemen bereitgestellt, die die geometrischen Anforderungen hierzu erfüllen können, und zwar durch Aufteilen der Heizeinrichtungen in zwei Abschnitte, die in komplexe Endabschnitte hergestellt bzw. eingebaut und installiert werden können. Dies ermöglicht im Rahmen von einigen Ausführungsbeispielen eine erhöhte Genauigkeit bei dem Herstellungsprozess.
