DE1273337B - Enteisungsanlage fuer Flugzeuge - Google Patents
Enteisungsanlage fuer FlugzeugeInfo
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Description
- Enteisungsanlage für Flugzeuge Die Erfindung betrifft eine Enteisungsanlage für Flugzeuge, bei der die zum Enteisen erforderliche Wärme in elektrischen, gruppenweise angeordneten Heizwiderständen erzeugt wird, wobei einzelne Heizwiderstände konstant und andere Heizwiderstände derselben Gruppe in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit Heizenergie versorgt werden und wobei ein erster Taktgeber mit vorgegebener konstanter Taktfrequenz die Einschaltbefehle für die kurzzeitig mit Heizenergie versorgten Heizwiderstände erzeugt, und ein zweiter Taktgeber die Ausschaltbefehle jeweils zu einem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschaltbefehlen liegenden, von der Temperatur eines der Heizwiderstände abhängigen Zeitpunkt erzeugt.
- Die Heizdauer für die einzelnen im Zyklus beheizten Flächen wird dabei z. B. von einem elektromechanischen Taktgeber vorgegeben. Es sind jedoch auch elektronische Taktgeber bekanntgeworden. Im Gegensatz zum elektronischen Taktgeber erfordert die Veränderung von Heizzeiten beim elektromechanischen Taktgeber einen erheblichen Aufwand.
- Durch die dauernd sich ändernden Umweltbedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Relativgeschwindigkeit der Luftströmung an den durch Vereisung gefährdeten Profilen während eines Fluges, zeigt sich, daß die Anfangs- und Endtemperaturen der im Zyklus beheizten Widerstände für die zu enteisenden Flächen in ihren Werten sehr stark schwanken. Dabei können sehr leicht die Grenztemperaturen der Isolation der Heizwiderstände erreicht werden, so daß es zur Zerstörung der Heizelemente kommt. Beim Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur ist eine zureichende Enteisung nicht mehr gewährleistet.
- Eine Möglichkeit, überhitzungen zu vermeiden, besteht darin, die spezifische Heizleistung der Widerstände möglichst klein zu halten. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Enteisungsanlage bei extremen Umweltbedingungen, wie z. B. bei eisbildendem Regen, nicht mehr eine ausreichende Enteisung gewährleistet. Eine andere Möglichkeit, das überschreiten der Grenztemperaturen zu vermeiden, liegt darin, die Wärmekapazität der Heizelemente und der Flugzeugbeplankung zu erhöhen. Dies hat zur Folge, daß beim Einschalten eines Heizwiderstandes die Zeitkonstante des Temperaturanstiegs verhältnismäßig groß wird und in einer fest vorgegebenen Heizzeit die Grenztemperatur nicht mehr überschritten werden kann. Mit der Erhöhung der Wärmekapazität ist jedoch auch zwangsweise ein erhöhtes Gewicht verbunden. Ein anderer Nachteil hierbei beruht darauf, daß das Eis nicht augenblicklich abgeworfen wird, sondern daß durch die ständig vorhandene Wärmeenergie ein Eisbelag kontinuierlich abgeschmolzen wird und das sich bildende Schmelzwasser durch die Luftströmung über die Flächen zurückläuft. Das zurücklaufende Wasser friert dabei wieder ein und kann das Funktionieren von Sturzflugbremsen und Trinimklappen stark beeinträchtigen.
- Es ist eine Enteisungsanlage bekannt (USA.-Patent 3 013 752), bei der die zu enteisenden Flächen nach dem Prinzip der Zweipunktregelung beheizt werden. Beispielsweise sind an den Anströmkanten der Tragflächen Temperaturfühler angeordnet, so daß bei Erreichen einer unteren Grenztemperatur die Enteisung eingeschaltet und bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur wieder ausgeschaltet wird. Eine derartige Regelung erfordert einen verhältnismäßig hohen Aufwand, vor allem, wenn eine größere Anzahl von Fühlern vorgesehen ist. Es wird zwar unter Umständen eine ausreichende Enteisung gewährleistet, die Temperaturen in den Heizelementen selbst werden jedoch nicht berücksichtigt. Auf diese Weise ist keine Sicherheit gegen etwaige überhitzungen der Heizelemente gegeben.
- Es ist eine andere Enteisungsanlage bekannt (USA.-Patent 2 802 087), bei der ebenfalls alle Heizelemente zugleich ein- oder ausgeschaltet werden. Die Einschaltung erfolgt nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen, die von einem in der Außenhaut des Flugzeuges befindlichen Eisfühler abgegeben werden. Die Impulsfrequenz des Eisfühlers richtet sich nach dem jeweiligen Grad der Eisbildung. Der Abschaltzeitpunkt der Enteisung wird über eine Störgrößenaufschaltung gewonnen, die die Umgebungstemperatur berücksichtigt, indem ein zusätzlicher Heizwiderstand ci Cr eichzeitig mit der Enteisung eingeschaltet wird und der sich je nach Umgebungstemperatur unterschiedlich schnell erwärmt. Auch hier besteht keine genaue Kontrolle über den Erwärmungsgrad der einzelnen Heizelemente. Es erfolgt zwar eine an die, jeweilige Umgebungstemperatur angepaßte Enteisung, jedoch keine Überwachung der Heizelemente vor überhitzungen, vor allem auch deshalb nicht, weil sich der zusätzliche Heizwiderstand nicht an der Oberfläche der Außenhaut befindet. Es kann bei einer derartigen Störgrößenaufschaltung nur eine indirekte Aussage über den Erwärmungsgrad der Heizelemente gewonnen werden. Ferner läßt sich nach diesem Verfahren eine zyklische Enteisung nicht in der Weise durchführen, daß die Heizwiderstände in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit Heizenergie versorgt werden, wobei die Einschaltbefehle für die Heizwiderstände mit vorgegebener Taktfrequenz erzeugt wetden, denn die Folge der Aus- und Einschaltzeiten richtet sich allein nach den jeweiligen Umgebungsbedingungen.
- Bei einer anderen bekannten Enteisungsanlage mit den eingangs genannten Merkmalen schließlich erfolgt die Einschaltung eines Heizzyklus für die nicht konstant eingeschalteten Widerstände ebenfalls über einen Taktgeber in Abhängigkeit von einem Eisfühler (USA.-Patent 2 767 294). Ein zweiter Taktgeber bestimmt die Einschaltdauer der einzelnen Heizelemente. Durch in den zyklisch beheizten Heizmatten angeordneten Temperaturfühler erfolgt eine Herabsetzung der Taktzahl und damit der Einschaltdauer eines Heizelementes, sobald eine obere Grenztemperatur überschritten wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Heizelemente zu stark erwärmt werden. Nachteili 'g hierbei ist vor allem der große Aufwand, den eine solche Überwachung erfordert, da eine große Anzahl von Temperaturfühlem vorgesehen sein muß. Eine Vielzahl der Temperaturfühler setzt außerdem die Zuverlässigkeit einer derartigen Anlage herab. Deshalb ist bereits bekanntgeworden, nur z. B. in jedem vierten der periodisch beheizten Heizelemente einen Temperaturfühler vorzusehen. Bei kurzzeitig sich ändernden Umweltbedingungen während des Fluges kann es dann aber vorkommen, daß im Heizablauf eine gefährliche überhitzung nicht rechtzeitig festgestellt wird, weil zwischen dem Auftreten einer Übertemperatur an einem Heizelement bis zur Beheizung desjenigen nachfolgenden Heizelementes, das einen Teraperaturfühler aufweist, eine zu große Zeit verstreicht-Durch Veränderung der Heizzeiten, wobei der Heizzyklus schneller oder langsamer abläuft, läßt sich eine gewisse Anpassung an die Umgebungsbedingungen während eines Fluges erreichen. Ein Schutz gegen Übertemperaturen ist jedoch nur in einem geringen Umfang gegeben, da nicht vorauszusehen ist, ob die Heizelemente in der nicht beheizten Zeit ihre Anfangstemperatur wieder erreichen. Geschieht dies nicht, schaukelt sich die Endtemperatur so weit auf, daß es zu Zerstörungen der Heizelemente kommt.
- Die Erfindung hat sich darum die Aufgabe gestellt, die genannten Nachteile zu beheben und eine Enteisungsanlage vorzuschlagen, bei der die Umweltbedingungen entsprechend Berücksichtigung finden und eine überhitzung der Heizelemente vermieden werden soll. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Ausschaltbefehle die Temperatur an der Oberfläche eines der konstant eingeschalteten t2 Heizwiderstände verwendet wird.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Temperatur an der Oberfläche eines der konstant eingeschalteten Heizwiderstände, z. B. der Abbrechstreifen, etwa proportional verläuft zu den Maximaltemperaturen der zyklisch beheizten Heizwiderstände. Durch die Erfassung der Temperatur an der Oberfläche des konstant eingeschalteten Heizwiderstandes findet eine Istwertmessung statt. In Abhängigkeit dieses Istwertes wird dann der zweite Taktgeber zur Erzeugung der Ausschaltbefehle gesteuert. Eine Steuerung nach dieser Temperatur verhindert deshalb in vorteilhafter Weise die überhitzung einzelner Heizwiderstände.
- Durch seine Anordnung ist der Temperaturfühler in der Lage, Änderungen der Umgebungsbedingungen recht genau zu erfassen. Die Heizdauer der zyklisch beheizten Heizelemente wird also direkt abhängig gemacht von den Umgebungsbedingungen des Flugzeuges während seines Fluges.
- In der Regel sind für die Enteisung von Triebwerksystemen eine bestimmte Folge im Ablauf des Heizzyklus und bestimmte Heizzeiten fest vorgeschrieben. Die Steuerung für die Heizelemente der Triebwerksenteisung wird ebenfalls von einem Taktgeber vorgenommen. Hierzu schlägt die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, daß dieser Taktgeber auch die Einschaltbefehle für die übrigen kurzzeitig mit Heizenergie versorgten Heizwiderstände erzeugt. Hiermit wird erreicht, daß die pulsweise Versorgung der üb- rigen Heizelemente zeitlich in den Pausen der Heizzeiten für die Treibwerksenteisung zu liegen kommt, so daß eine zeitliche überschneidung in der Leistungsentnahme des Generators bei der Versorgung der Triebwerksenteisung und bei der Versorgung der anderen ebenfalls zyklisch zu enteisenden Flächen nicht eintreten kann und eine Überlastung des Generators somit aus-eschlossen ist.
- An Hand von Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. In F i g. 1 ist im Prinzip ein Teil eines Flugzeuges dargestellt; F i g. 2 zeigt abgewickelt einen Teil der Heizelemente auf den Tragflächen; in F i g. 3 a und 3 b sind die Leistungs-Zeit-Diagramme der verschiedenen Heizelemente im Verhältnis zueinander gezeigt.
- Auf den Tragflächen 10 des Flugzeuges befinden sich Heizmatten 11, in denen die Heizwiderstände eingebettet sind. Die Heizmatten 11 werden nach einem vorgegebenen Heizzyklus nacheinander kurzzeitig beheizt. Zwischen den Heizmatten 11 sind Abbrechstreifen 12 angeordnet, die konstant beheizt werden. Im Rumpf des Flugzeuges befinden sich ein erster Taktgeber 13 und ein zweiter Taktgeber 14. Vom zweiten Taktgeber 14 führen Leitungen zu Temperaturfühlem 15 und 16, die in den Abbrechstreifen 12 angeordnet sind. Der erste Taktgeber 13 kann für vorgegebene Taktfrequenzen eingestellt werden und gibt die Einschaltbefehle für die Heizmatten 11 und für die anderen in einem bestimmten Heizzyklus an den Generator angeschlossenen, hier nicht weiter gezeigten Heizmatten, z. B. für das Leitwerk oder für das Triebwerksystern. Durch die eingestellte Taktfrequenz des ersten Taktgebers 13 ist damit die Dauer eines gesamten Heizzyklus festgelegt. Sind der Heizablauf und die Heizzeiten für die Heizmatten des Triebwerksystems vorgeschrieben, dient der Taktgeber 13 gleichzeitig zur Steuerung dieser Heizmatten, erzeugt also auch deren Abschaltbefehle. Die Abschaltbefehle der übrigen Heizmatten, also z. B. der Heizmatten 11, werden von dem zweiten Taktgeber 14 erzeugt. Der Zeitpunkt der Abschaltbefehle ist zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Einschaltbefehlen des ersten Taktgebers 13 veränderlich. Dabei hängt der Zeitpunkt der Abschaltbefehle des Taktgebers 14 von den Temperaturfühlern 15 bzw. 16 ab. Durch die Anordnung der Temperaturfühler 15 und 16 in den konstant beheizten Abbrechstreifen 12 bzw. an der Oberfläche der in den Streifen 12 eingebetteten Heizwiderstände sind die Fühler in der Lage, die Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Relativgeschwindigkeit der Luftströmungen an den zu enteisenden Profilen, in ihrer Auswirkung auf die Temperatur der Heizmatten 1.1 und der Abbrechstreifen 12 zu erfassen. Mit Hilfe der Fühler 14 und 15 werden die Heizzeiten der Heizmatten 11 so beeinflußt, daß gefährliche überhitzungen nicht mehr eintreten können.
- In F i g. 3 a ist der Heizablauf für das Triebwerksystem in Form eines Leistungs-Zeit-Diagramms im Prinzip gezeigt. In den Heizstufen 1 und 6 werden die Heizmatten für den Lufteinlaß und in den Stufen 2 und 7 die Heizmatten des Propellers mit Energie versorgt. Der Zyklus für die Triebwerksenteisung ist im allgemeinen von, vornherein vorgeschrieben. DieSteuerung erfolgt dabei vom Taktgeber 13, dessen vorgegebene Taktfrequenz die Ein- und Ausschaltungen bewirkt. F i g. 3 b zeigt drei Stufen 3, 4 und 5 des Heizablaufs aller übrigen Heizmatten. Damit der Generator nicht überlastet wird, liegen diese Stufen zweckmäßigerweise in den Pausen für die Enteisung des Triebwerksystems. Die Einschaltbefehle für die Stufen 3, 4 und 5 werden ebenfalls vom Taktgeber 13 und die Aussehaltbefehle vom Taktgeber 14 erzeugt. Der Zeitpunkt der Aussehaltbefehle ist veränderlich, was in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet sein soll. Die Veränderung des Aussehaltzeitpunktes bewirkt eine Veränderung der Heizzeiten und somit eine Anpassung der Temperatur der Heizmatten an die äußeren Umgebungsbedingungen.
Claims (2)
- Patentansprüche: 1. Enteisungsanlage für Flugzeuge, bei der die zum Enteisen erforderliche Wärme in elektrischen, gruppenweise angeordneten Heizwiderständen erzeugt wird, wobei einzelne Heizwiderstände konstant und andere Heizwiderstände derselben Gruppe in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit Heizenergie versorgt werden und wobei ein erster Taktgeber mit vorgegebener konstanter Taktfrequenz die Einschaltbefehle für die kurzzeitig mit Heizenergie versorgten Heizwiderstände erzeugt und ein zweiter Taktgeber die Ausschaltbefehle jeweils zu einem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschaltbefehlen liegenden, von der Temperatur eines der Heizwiderstände abhängigen Zeitpunkt erzeugt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Steuerung der Ausschaltbefehle die Temperatur an der Oberfläche eines der konstant eingeschalteten Heizwiderstände (12) verwendet wird.
- 2. Enteisungsanlage nach Anspruch 1, bei der die Heizwiderstände der zu enteisenden Flächen des Triebwerksystems ebenfalls in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit vorgegebener Taktfrequenz mit Heizenergie versorgt werden und wobei ein Taktgeber die vorgegebene Taktfrequenz erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Taktgeber auch die Einschaltbefehle für die übrigen kurzzeitig mit Heizenergie versorgten Heizwiderstände erzeugt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 767 294, 2 802 087, 3013752.
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