DE1213256B

DE1213256B - Device for preventing or removing ice accumulation on aircraft

Info

Publication number: DE1213256B
Application number: DEF37333A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Hertel
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1962-07-17
Filing date: 1962-07-17
Publication date: 1966-03-24

Description

Vorrichtung zur Verhütung oder Beseitigung von Eisansatz an Flugzeugen Flugzeuge, die z. B. bei der Landung in relativ warme, wasserhaltige Luftschichten eintauchen, sind durch Eisansatz gefährdet. Besonderes Wettergeschehen kann den Eisansatz nach Dicke der Eisschicht und Schnelligkeit des Eisansatzes begünstigen.Device for preventing or removing ice accumulation on aircraft Airplanes that z. B. when landing in relatively warm, water-containing layers of air immerse yourself are endangered by ice accumulation. Special weather events can do the Favor ice accumulation according to the thickness of the ice layer and the speed of the ice accumulation.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf Vorrichtungen zur Verhütung oder Beseitigung des Eisansatzes an Flugzeugen, wobei unter der äußeren Blechbeplankung der durch Eisansatz gefährdeten Bauteile, wie z. B. der Rumpfnase und der vorderen Ränder der Tragflügel, zur Beheizung dieser Teile Strömungswege für gasförmige Wärmeträger vorgesehen sind, in -denen schräg zur Strömung stehende, mit einer Längskante am Kanal befestigte, auf der anderen Längskante überströmbare Bleche angeordnet sind.Accordingly, the invention relates to devices for contraception or removal of the ice build-up on aircraft, with under the outer sheet metal planking the components endangered by ice accumulation, such as B. the fuselage nose and the front Edges of the wings, for heating these parts, flow paths for gaseous heat carriers are provided, in the inclined to the flow, with a longitudinal edge on Channel attached, on the other longitudinal edge overflowable sheets are arranged.

Diese bekannten Vorrichtungen genügen jedoch nicht, den Wärmeübergang bei stark unterkühlten Schnellflugzeugen, die einem starken Eisansatz ausgesetzt sind, wirklich so wirksam zu erhöhen, daß kein schädlicher Eisansatz erfolgt.However, these known devices are not sufficient for heat transfer in the case of extremely hypothermic high-speed aircraft that are exposed to strong ice accumulation are really so effective that no harmful ice accumulation occurs.

Es entstehen nämlich vor und hinter den schrägstehenden, immer lang ausgedehnten Blechen Stau-und Toträume der Strömung, die den Wänneübergang an diesen Stellen erheblich herabsetzen und den an sich durch verstärkte Turbulenz erhöhten Wärineübergang insgesamt wieder vermindern.Namely, there are in front of and behind the oblique ones, always long extensive sheets of stowage and dead spaces of the flow, which cause the heat transfer to these Significantly reduce spots and increase that per se due to increased turbulence Reduce overall heat transfer again.

Die Tot- und Stauräume in der Strömung werden nun nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Stellung der Längsebene dieser Bleche nur um einen kleinen Winkel, beispielsweise 201, von der Strömungsrichtung abweicht, und daß das Längen-Höhen-Verhältnis der Bleche nur gering ist, so daß eine Wirbelzopfbildung in der Strömung erzeugt wird. Dieser Wirbelzopf ergibt zudem eine noch stärkere Turbulenz als lediglich quergestellte Bleche und sorgt somit auch direkt für noch höheren Wärmeübergang.The dead and storage spaces in the flow are now according to the invention avoided that the position of the longitudinal plane of these sheets by only a small Angle, for example 201, deviates from the flow direction, and that the length-height ratio of the sheets is only small, so that a vortex formation in the flow is generated will. This vortex braid also results in an even stronger turbulence than merely transversely positioned sheets and thus directly ensures even higher heat transfer.

Es empfiehlt sich, die Bleche verstellbar anzuordnen.It is advisable to arrange the sheets so that they can be adjusted.

Man kann die Bleche so anordnen, daß sie zugleich als Verbindungs- und/oder Befestigungsglieder für die äußere Beplankung ausgebildet sind, indem nämlich ihre überströmbaren Kanten über Verlängerungen mit den ihnen gegenüberliegenden Bauteilen verbunden sind.The sheets can be arranged in such a way that they are also used as and / or fastening members for the outer paneling are formed by namely their overflow edges via extensions with those opposite them Components are connected.

Man kann auch die Innenwand des Strömungsweges unter Umständen ganz entbehren, wenn die in den Strömungswegen befindlichen Bleche in Reihe hintereinander angeordnet isind und zugleich Luftleitkörper bilden. In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt und wird nachstehend erläutert.One can also completely remove the inner wall of the flow path under certain circumstances dispensed with if the sheets in the flow paths are in series one behind the other are arranged and at the same time form air guiding bodies. In the drawing is the object of the invention is illustrated by way of example and is explained below.

F i g. 1 zeigt eine Warmluftführung im Vorderkantenbereich eines Tragflügel- oder Leitwerkprofils zwischen Außenhaut und Innenhaut mit Wirbelerzeugem; F i g. 2 zeigt den Profilschnitt einer Variation der Warmluftführung von F i g. 1; F i g. 3 zeigt eine vorzugsweise mit Wirbelerzeugern aufgebaute Warmluftführung; F i g. 4 zeigt den Warmluftstrom in abgegrenzten engen Kanälen mit Wirbelerzeugern, und F i g. 5 zeigt die Verwendung von Wirbelerzeugem als Verbindungsteil zwischen Außenhaut und innerem Führungsblech.F i g. 1 shows a hot air duct in the leading edge area of a wing or tail unit profile between the outer skin and inner skin with vortex generators; F i g. 2 shows the profile section of a variation of the hot air duct from FIG. 1; F i g. 3 shows a hot air duct preferably constructed with vortex generators; F i g. 4 shows the flow of warm air in delimited narrow channels with vortex generators, and FIG . 5 shows the use of vortex generators as a connecting part between the outer skin and the inner guide plate.

Die als Bleche 1 ausgebildeten wirbelerzeugenden Störkörper sind so bemessen und an einer Wandung 2 des flachen Warmluftkanals 3 befestigt (F i g. 1, 2, 4, 5), daß zwischen ihnen und der zu erwärmenden Außenhaut 4, die gleichzeitig die äußere Kanalwand bildet, ein Spalt bestehenbleibt. Die Bleche 1 sind gegen die Strömungsrichtung der Warmluft unter einem Winkel von wenigen Grad, z. B. 20', angestellt. Sie wirken damit wie schräg angeströmte Platten mit einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten. Diese Differenz . ruft eine Ausgleichsströmung im Sinne der Pfeile 5 durch den Spalt zwischen dem Körper 1 und der Wandung 4 hervor, die sich in Flugrichtung hinter dem Wirbelerzeuger 1 als kräftiger Randwirbel fortsetzt, ohne Stau- oder Toträume in der Strömung zu erzeugen.The vortex-generating disruptive bodies designed as sheets 1 are dimensioned and attached to a wall 2 of the flat warm air duct 3 ( Fig. 1, 2, 4, 5) that between them and the outer skin 4 to be heated, which at the same time forms the outer duct wall , a gap remains. The sheets 1 are against the flow direction of the hot air at an angle of a few degrees, for. B. 20 ', employed. They act like plates with an inclined flow, with a pressure difference between the two sides. This difference . causes a compensating flow in the sense of arrows 5 through the gap between the body 1 and the wall 4, which continues in the direction of flight behind the vortex generator 1 as a powerful edge vortex without creating stagnation or dead spaces in the flow.

Als Wirbelerzeuger können ebene oder gewölbte Bleche verwendet werden. Derartige Störkörper wären in der Nähe des Staupunktes 6 (F i g. 1) des Warmluftkanals 3 nicht wirksam. Um das Gebiet der infolge kleiner Strömungsgeschwindigkeit schlechten Wärmeabgabe an die Außenhaut 4 in Staupunktnähe zu verkleinern, sind bereits bekannte Wirbelerzeuger in der Warmluftzuleitung 7 angeordnet. Diese können entweder durch Störprofile oder, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, als einfache Stolperkanten 8 am Ende der Warmluftzuleitung 7 ausgebildet sein. Als Stolperkanten wirken beispielsweise auch Drähte oder Blechstreifen, die in der Warmluftzuführung 7 quer zum Warmluftstrom gespannt sind, oder in die Zuleitung eingebaute Blenden. Die Merkmale dieses Absch-nittes dienen nur der Erläuterung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.Flat or curved metal sheets can be used as vortex generators. Such disruptive bodies would not be effective in the vicinity of the stagnation point 6 ( FIG. 1) of the warm air duct 3. In order to reduce the area of the poor heat dissipation to the outer skin 4 in the vicinity of the stagnation point as a result of the low flow velocity, already known vortex generators are arranged in the warm air supply line 7 . These can either be caused by interference profiles or, as shown in FIG . 1 is shown, be designed as a simple stumbling block 8 at the end of the hot air supply line 7 . Wires or sheet metal strips, for example, which are stretched across the hot air flow in the hot air supply 7 , or panels built into the supply line also act as tripping edges. The features of this section serve only for explanation and are not the subject of the invention.

Bei den bisher üblichen Enteisungsanlagen wurde, wie es in F i g. 1. gezeigt ist, eine Verzweigung der Warmluftzuleitung 7 etwa in der Flügelvorderkante angeordnet, so daß eine gleichmäßige Verteilung des Warmluftstromes über Ober- und Unterseite des Profils erfolgt. Eine solche Anordnung ist an sich brauchbar, weil der Warmluftstaupunkt 6 innen und der Kaltluftstaupunkt 9 der Profilanströmung außen (nur durch die Außenhaut 4 getrennt) ungefähr zusammenfallen. Der schlechten - Wärmezufahr zur Außenhaut im Bereich des Warmluftstaupunktes 6 steht dabei die ira Verhältnis zur übrigen Profiloberfläche schwächere Wärmeabfuhr der Außenhaut4 ün Bereich des Kaltluftstaupunktes 9 gegenüber. Es erscheint aber nicht ratsam, sich stets auf diesen Effekt zu verlassen, da ün Gegensatz zum festliegenden Warmluftstaupunkt -6 die äußere Staupunktlage Schwankungen in Abhängigkeit von Flugzeugzustand und Fluglage ausgesetzt ist, die beispielsweise bei Senkrechtstartern im übergang vom Schweben zum Schnellflug groß sind. Der äußere Kältestaupunkt 9 ist also unkontrollierbar lageveränderlich.In the previously customary de-icing systems, as shown in FIG. 1. is shown, a branch of the hot air supply line 7 is arranged approximately in the leading edge of the wing, so that a uniform distribution of the hot air flow takes place over the top and bottom of the profile. Such an arrangement is useful because the warm air dew point 6 inside and the cold air dew point 9 of the profile flow on the outside (only separated by the outer skin 4) coincide approximately. The bad - Wärmezufahr to the outer skin in the area of warm air stagnation point 6 stands opposite the ira relations with the rest tread surface weaker heat dissipation of Außenhaut4 ün area of cold air stagnation point. 9 However, it does not seem advisable to always rely on this effect, since, in contrast to the fixed hot air dew point -6, the external stagnation point position is subject to fluctuations depending on the condition of the aircraft and its flight position, which, for example, are great for vertical take-offs in the transition from hovering to high-speed flight. The outer cold dew point 9 is therefore uncontrollably variable in position.

Die sich ergebende schlechte Wärmeübertragung im Bereich des Warmluftstaupunktes 6 läßt sich durch Anordnungen entsprechend F i g. 2 vermeiden.The resulting poor heat transfer in the area of the hot air dew point 6 can be remedied by arrangements according to FIG. Avoid 2.

Mittels angestellten Blechen 1 ist die Möglichkeit gegeben, unter Verzicht auf die Aufteilung des Warmluftstromes eine gleichmäßige oder in gewissen Grenzen unterschiedlich vorzugebende Wärmeabgabe an die Außenhaut 4 zu erzielen, indem mittels der Bleche 1 die Wärmeübertragung an gewünschten Stellen intensiviert wird.By means of inclined sheets 1, it is possible to achieve a uniform or, within certain limits, differently predefined heat transfer to the outer skin 4 by dispensing with the distribution of the hot air flow, by using the sheets 1 to intensify the heat transfer at desired points.

Dem Nachteil der Bleche 1 als Wirbelerzeuger, große Strömungswiderstände in den Leitungen darzustellen, steht entgegen, daß durch die bessere Ausnutzung der Warmluft ein geringerer Durchsatz erforderlich wird bzw. diese mit kleinerer Geschwindigkeit durch die Warmluftkanäle 3 strömt. Der Nachteil des erhöhten Strömungswiderstandes in den Warmluftkanälen infolge der in spezielle Luftschlitze oder Kanäle eingebauten Wirbelerzeuger wird vermieden, wenn die Wirbelerzeuger unmittelbar zur Führung der Warmluft herangezogen werden. In F i g. 3 ist #dafür ein Beispiel dargestellt. Aus dem Warmluftrohr 10 strömt die Luft durch einen Schlitz 11 oder eine Lochreihe, gleichmäßig über die Spannweite verteilt, schräg auf die Vorderkante der Außenhaut 4. Durch Reihen von wirbelerzeugenden Blechen 1, die in diesem Fall auf der Innenseite der Außenhaut 4 angebracht -sind, wird die Warmluft infolge der Ausgleichsströmung im Sinne der Pfeile 5 stark verwirbelt und außerdem in gewünschter Weise entlang der zu erwärmenden Fläche, d. h. Blechwand, geführt. Die kräftigen, Wiibel haben zur Folge, daß der Warmluftstrom an der Außenhaut 4 weitgehend anliegt, so daß auf innenhegende- Abgrenzungen der Kanalwand (z. B. der Wandung 2 in F ig. 1) verzichtet werden kann.The disadvantage of the metal sheets 1 as a vortex generator, which is to represent high flow resistances in the lines, is opposed by the fact that a lower throughput is required due to the better utilization of the hot air or that it flows through the hot air ducts 3 at a lower speed. The disadvantage of the increased flow resistance in the hot air ducts as a result of the vortex generators built into special air slots or channels is avoided if the vortex generators are used directly to guide the warm air. In Fig. 3 shows an example of this. From the hot air pipe 10 , the air flows through a slot 11 or a row of holes, evenly distributed over the span, obliquely onto the front edge of the outer skin 4. Through rows of vortex-generating metal sheets 1, which in this case are attached to the inside of the outer skin 4, the warm air is strongly swirled as a result of the equalizing flow in the direction of the arrows 5 and also in the desired manner along the surface to be heated, d. H. Sheet metal wall, led. The strong, Wiibel have the consequence that the hot air flow is largely adjacent to the outer skin 4, so that internal boundaries of the duct wall (e.g. the wall 2 in FIG. 1) can be dispensed with.

Die wirbelerzeugenden Bleche 1 sind zur Festlegung des Ausmaßes der Wärmeübertragung zu verwenden. Nach der in F i g. 2 gezeigten Ausführung wird der Warmluftstrom zunächst ohne Turbulenzverstärkung zur Erwärmung der Außenhaut 4 herangezogen. cr Erst wenn die Wärmeübertragung zu gering wird, erfolgt durch Störprofile 1 die Verwirbelung, wodurch der abgekühlten Grenzschicht weitere Wärme zugeführt wird.The vortex-generating sheets 1 are to be used to determine the extent of the heat transfer. After the in F i g. In the embodiment shown in FIG. 2, the hot air flow is initially used to heat the outer skin 4 without increasing turbulence. Only when the heat transfer is too low does the disturbance profile 1 cause turbulence, whereby further heat is supplied to the cooled boundary layer.

Die kräftigen Wirbel stabilisieren die Strömungsricbtung der Warmluft, wodurch diese nicht in engen Kanälen 12 nach F i g. 4 geführt zu werden braucht. Dieser Vorteil bedeutet eine Gewichtsersparnis durch Fortfallen dieser beispielsweise mittels Wellblech gebildeten Kanäle. Nach der Anordnung der F i g. 1 können die einfacher gestalteten und damit leichteren Abgrenzungswände 2 auch die Aufgabe der Wärmeisolierung übernehmen. Bei gutem Anliegen des Warmluftstromes an der Außenhaut 4 entsprechend F i g. 3 kann unter Umständen auf Abgrenzungswände 2 verzichtet werden.The powerful eddies stabilize the flow direction of the warm air, so that it is not in narrow channels 12 according to FIG. 4 needs to be guided. This advantage means a weight saving by eliminating these channels formed for example by means of corrugated sheet metal. According to the arrangement of FIGS. 1 , the more simply designed and thus lighter partition walls 2 can also take on the task of thermal insulation. If the hot air flow is in good contact with the outer skin 4, as shown in FIG. 3 , demarcation walls 2 can be dispensed with under certain circumstances.

Die Befestigung der Abgrenzungswände 2 der Warmluftkanäle 3 kann mittels Anschlußlaschen 13 der Bleche 1 an der Außenhaut 4 erfQlgen (F i g. 5). In gleicher Weise ist. das Warmluftrohr 10 an der Außenhaut 4 zu befestigen, so daß die Konstruktion eines Enteisers entsprechend F i g. 3 in bezug auf das Baugewicht sehr günstig wird. Die zunächst aus rein aerodynamischen Gründen verwendeten Bleche 1 sind damit auch als konstruktives Bauelement ausnutzbar.The demarcation walls 2 of the hot air ducts 3 can be fastened to the outer skin 4 by means of connecting straps 13 of the metal sheets 1 (FIG. 5). In the same way is. to attach the warm air pipe 10 to the outer skin 4, so that the construction of a deicer according to FIG . 3 is very cheap in terms of structural weight. The sheets 1 initially used for purely aerodynamic reasons can therefore also be used as a structural component.

Claims

Claims: 1. Device for preventing or eliminating ice build-up on aircraft, with flow paths for gaseous heat carriers being provided under the outer sheet metal planking of the components at risk from ice build-up for heating these parts, in which flow paths are provided at an angle to the flow and are attached to the channel with a longitudinal edge the other longitudinal edge overflowable sheets are arranged, characterized in that the position of the longitudinal plane of the sheets (11) deviates from the flow direction only by a small angle, for example 201, and that the length-height ratio of the sheets is low, so that a Vortex braid formation is generated in the flow without stagnation and dead spaces.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sheets (1) are arranged adjustable in their Winkelstelluno to the flow direction. 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the metal sheets (1) are designed at the same time as connecting and / or fastening members by their overflow edges via extensions, for. B.

Connection lugs (13), with the parts opposite them, for. B. the outer skin (4) are connected. 4th

Device according to claims 1 to 3, characterized in that sheets (1) arranged in rows and fastened to the inner surface of the planking (4) to be heated also form guide bodies for the hot air flow along this surface, so that the inner wall of the flow path is omitted comes. 5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the metal sheets (1) are attached to the inner wall (2) of the flow path (3) and the overflow edge faces the part to be heated (4).

Documents considered: French Patent Nos. 892 229, 968 812, 1026 745; U.S. Patent No. 1703,612.