DE2259749C3 - Device for removing ice from the surface of thin-walled components - Google Patents
Device for removing ice from the surface of thin-walled componentsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen von Eis von der Oberfläche dünnwandiger Bauteile, insbesondere von Verkleidungen von Flugkörpern oder Schiffen, durch elastische Deformationen der zu enteisenden Wände mit elektrischen, durch Zeitintervalle unterbrochenen Impulsen, die von einem Impulswandler in mechanische Kraftstöße umgewandelt werden, nach Patent 17 56 024, wobei als Impulswandler ein Paar zusammenwirkender elektrisch verbundener Leiter entlang der Enteisungszone angeordnet sind und mindestens einer der Leiter mit der zu enteisenden Wand verbunden istThe invention relates to a device for removing ice from the surface of thinner walls Components, in particular cladding of missiles or ships, due to elastic deformations of the Walls to be de-iced with electrical pulses, interrupted by time intervals, from a pulse converter be converted into mechanical impulses, according to patent 17 56 024, where as a pulse converter a pair of cooperating electrically connected conductors are disposed along the deicing zone; and at least one of the conductors is connected to the wall to be de-iced
Moderne Verkehrsmittel, deren Oberflächen der Eisbildung ausgesetzt sind, enthalten vielfach Bauteile mit engen Innenräumen, wie beispielsweise die Tragflügel von Oberschallflugzeugen an den scharfen Kanten oder die Rotorblätter von Hubschraubern oder die Scnutzwände von Schiffmasten, in denen sich die aus dem Hauptpatent und beispielsweise auch aus der GB-PS 5 05 433 bekannten Impulswandler, die die Oberflächen zur Eisentfernung beaufschlagen sollen, nicht unterbringen lassen.Modern means of transport, the surfaces of which are exposed to ice formation, often contain components with narrow interiors, such as the wings of supersonic aircraft on the sharp edges or the rotor blades of helicopters or the protective walls of ship masts, in which the from the main patent and, for example, from GB-PS 5 05 433 known pulse converter that the Surfaces should be exposed to ice removal, do not allow them to be accommodated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, raumsparende konstruktive Anordnungen der elektrischen Leiter anzugeben, um das Entfernen von Eis auch an Bauteilen mit engen Innenräumen, wie Tragflügeln von Überschallflugzeugen, Rotorblättern von Hubschraubern oder Schutzwänden von Schiffsmasten, zu ermöglichen.The invention is based on the object of space-saving structural arrangements of the electrical Ladder to indicate the removal of ice even on components with narrow interiors, such as airfoils Supersonic aircraft, rotor blades of helicopters or protective walls of ship masts enable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiter als Schienen mit rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt ausgeführt sind, deren Verbindung mit den zu enteisenden Wänden über elektrisch isolierte Zwischenlagen durchgeführt sind.This object is achieved in that the ladder as rails with rectangular or trapezoidal cross-section are executed, their connection with the walls to be de-iced over electrically isolated intermediate layers are carried out.
Nach einem anderen Lösungsweg wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiter trapezförmige Teile eines im Innenraum des Bauteils befindlichen, aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden Versteifungselements sind.According to another approach, this object is achieved according to the invention in that the ladder trapezoidal parts of an electrically conductive material located in the interior of the component Stiffening element are.
Mit der vorliegenden Erfindung werden daduich elektrische Wechselwirkungen ausgenutzt, die minimale Verschiebungen und elastische Deformationen von Bauteilen hervorrufen. Auf diese Weise wird beim Auftreten kleiner Trägheitskräfte eine schnelle Wirkung erzielt. Die Übertragung der aus elektrischen Impulsen umgewandelten mechanischen Kräfte erfolgt über große sich berührende Oberflächen, wodurch die gewünschte Wirkung, möglichst große Oberflächen von der Eisschicht zu befreien, gefördert wird. Die bei der elektrischen Wechselwirkung auftretende mechanische Kraft wird zur unmittelbaren Einwirkung auf die an den elektrischen Leitern anliegenden Wandungen ausgenutzt. Die Leiter sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber dem Versteifungselement im Inneren des Bauteils und gegenüber der Wand mit der äußeren Oberfläche des Bauteils mit kleinstmöglichem Abstand angeordnet, so daß zur elastischen Deformation der Bauteilwand nur eine sehr geringe Verschiebung der Leiter erforderlich ist. Dabei kann diese Anordnung an räumlich sehr begrenzten Stellen, z. B. den scharfen Kanten von Überschallflugzeugen, angebracht werden, weil sie nur sehr kleine Abmessungen besitzt,With the present invention, electrical interactions are used which are minimal Cause displacements and elastic deformations of components. In this way, the Occurrence of small inertial forces has a quick effect. The transmission of the from electrical Impulse converted mechanical forces takes place over large contacting surfaces, whereby the desired effect of freeing the largest possible surface from the ice layer is promoted. The at the Mechanical force occurring in electrical interaction becomes the direct effect on the Electrical conductors adjacent walls exploited. The conductors are in accordance with the invention Arrangement opposite the stiffening element inside the component and opposite the wall with the outer surface of the component arranged with the smallest possible distance, so that for elastic deformation the component wall only a very small displacement of the ladder is required. This can Arrangement in spatially very limited places, e.g. B. the sharp edges of supersonic aircraft attached because it has only very small dimensions,
Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnetAdvantageous further developments of the subject matter of the invention are characterized in the subclaims
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen und an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated in the following description of exemplary embodiments and on the basis of Drawings explained in more detail. It shows
Fig. I eine Längsschnittdarstellung des Flügelvorderteils eines Überschallflugzeuges in der EinbauzoneFig. I is a longitudinal sectional view of the wing front part of a supersonic aircraft in the installation zone
des an eine Stromquelle angeschlossenen Impulswandlers, der zur Umwandlung von elektrischen Impulsen in mechanische Kraftstöße dient,of the pulse converter connected to a power source, which converts electrical pulses into mechanical impulses are used,
F i g. 2 einen Schnitt nach Linie 11... 11 von F i g, 1,F i g. 2 a section along line 11 ... 11 of F i g, 1,
Fig.3 die Vorderkante eines Flugzeugflügels (im Querschnitt) mit eingebautem Impulswandler,3 shows the leading edge of an aircraft wing (in cross section) with a built-in pulse converter,
Fig.4 die Vorderkante eines Flugzeugflügels (im Querschnitt) mit eingebautem Impulswandler, wobei eine der Schienen von einem Versteifungselement gebildet wird,Fig. 4 the leading edge of an airplane wing (in Cross-section) with built-in pulse converter, one of the rails being supported by a stiffening element is formed
Fig.5 die Vorderkante eines Flugzeugflügel (im Querschnitt) mit eingebautem Impulswandler, der am Versteifungselement befestigt ist,Fig. 5 the leading edge of an aircraft wing (in Cross-section) with built-in pulse converter attached to the stiffening element,
Fig.6 die Vorderkante eines Oberschall-Flugzeugflügels (im Querschnitt) mit eingebautem, durch das Versteifungselement selbst gebildeten Impulswandler,Fig. 6 shows the leading edge of a supersonic aircraft wing (in cross-section) with built-in pulse converter formed by the stiffening element itself,
Fig.7 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VII in Fig. 6.7 is a view in the direction of arrow VII in FIG Fig. 6.
Im Innenraum des scharfen Vorderteils eines Flugzeugflügels 1 (F i g. 1 und 2) befindet sich ein aus dielektrischem Stoff hergestelltes Versteifungselement, nachfolgend Stringer 21 genannt, an dessen zu den Außenhautflächen 3 und 4 gewandten Seiten Nuten 5 und 6 ausgeführt sind, die symmetrisch bezüglich der Flügelsehne und längs der zu enteisenden Vorderkante verlaufen. In den Nuten 5 und 6 befinden sich flache Aluminiumschienen 7 und 8 mit rechteckigem Querschnitt Diese Schienen 7 und 8 sind von der Außenhautteilen 3 und 4 durch Zwischenlagen 9 und 10 elektrisch isoliert und miteinander mittels eines Leiters m 11 an einem Ende verbunden. Eine der Schienen 7 oder 8 liegt unter der anderen und beide sind an den Innenweiten der Außenhautflächen 3 und 4 befestigt, z. B. mit diesen vernietet Das andere Ende der Schiene 7 ist über einen Thyristor 12 an einen Stromimpulsgeber 13 r> angeschlossen und das zweite Ende der Schiene 8 ist an der Flugzeugmasse 14 »geerdet«. Somit liegen die Schienen 7 und 8 im elektrischen Stromkreis in Reihe. Als Impulsgeber 13 kann eine beliebige bekannte Stromimpulsquelle benutzt werden, die von Pausen unterbrochene Impulse liefern kann, wobei die Pausen wenigstens lOmal länger als die Impulse sein müssen.In the interior of the sharp front part of an aircraft wing 1 (Figs. 1 and 2) there is a stiffening element made of dielectric material, hereinafter referred to as stringer 21, on the sides of which facing the outer skin surfaces 3 and 4 grooves 5 and 6 are made, which are symmetrical with respect to the wing chord and along the leading edge to be de-iced. In the grooves 5 and 6 there are flat aluminum rails 7 and 8 with a rectangular cross-section. These rails 7 and 8 are electrically isolated from the outer skin parts 3 and 4 by intermediate layers 9 and 10 and connected to one another by means of a conductor m 11 at one end. One of the rails 7 or 8 lies below the other and both are attached to the inner widths of the outer skin surfaces 3 and 4, e.g. B. riveted to these. The other end of the rail 7 is connected via a thyristor 12 to a current pulse generator 13 and the second end of the rail 8 is "grounded" to the aircraft ground 14. The rails 7 and 8 are thus in series in the electrical circuit. Any known current pulse source which can deliver pulses interrupted by pauses can be used as the pulse generator 13, the pauses having to be at least 10 times longer than the pulses.
Der Impulsgeber 13 wird vom Wechselstrcm-Bordnetz 15 gespeist, an welches er über einen Schalter 16 angeschlossen ist.The pulse generator 13 is fed by the alternating current on-board network 15, to which it is connected via a switch 16 connected.
Bekanntlich wird die Abstoßungskraft (F) pro Längeneinheit (I) für zwei im Abstand (a) voneinander liegende und von entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossene Parallelleiter aus der FormelAs is known, the repulsive force (F) per unit length (I) for two parallel conductors at a distance (a) and through which currents in opposite directions flow from the formula
-k-k
bestimmt, wobei k ein Koeffizient ist, der von den Eigenschaften des zwischen den Leitern liegenden Stoffes sowie von der Leiterform abhängt, und I\, h die Ströme in den Leitern sind.where k is a coefficient that depends on the properties of the substance lying between the conductors and on the shape of the conductor, and I \, h are the currents in the conductors.
Somit dienen die Schienen 7 und 8 als Impulswandler, der die elektrischen Impulse in mechanische Kraftstöße umwandelt.Thus the rails 7 and 8 serve as pulse converters, which converts the electrical impulses into mechanical impulses.
Praktisch ist für ein Flugzeug eine große Anzahl von Impulswandlern notwendig. Infolgedessen ist in den elektrischen Stromkreis ein Programmschalter 17 einzuschalten, der den Betrieb der im Stromkreis jedes Impulsgebers einzeln liegenden Thyristoren 12,12', 12", 12'" steuert.In practice, a large number of pulse converters are necessary for an aircraft. As a result, in the electrical circuit to switch on a program switch 17, the operation of the circuit each Pulse generator individually lying thyristors 12, 12 ', 12 ", 12 '"controls.
Die Enteisung der Außenhaut von Flugzeugflügeln erfolgt wie nachstehend betrieben wird.The outer skin of aircraft wings is de-iced as follows.
mi Beim Eintritt eines Flugzeuges in eine Verejsungszone werden die Kontakte des Schalters If) automatisch oder von Hand geschlossen, Der Impulsgeber 13 beginnt elektrische Stromimpulse zu erzeugen. Dabei öffnet der Schalter 17 nacheinander die Thyristoren 12, 12', 12", 12"' und führt dabei Impulse den Impulswandlern folgerichtig zu. Beim Durchgang der elektrischen Stromimpulse durch die Schienen 7 und 8 entstehen die erwähnten Abstoßungskräfte (hier und im folgenden wird die Arbeit nur eines Impulswandlers beschrieben). Da die Schienen 7 und 8 an die Außenhaut anstoßen und die Kraftstöße durch Pausen unterbrochen werden, entsteht in jedem Teil der Außenhaut eine elastische Verformung, die zur Entfernung von Eis ausreichend ist und in der Hauptsache von der Kraft (F), von den Eigenschaften des Stringerstoffes und den elastischen Eigenschaften der Konstruktion des zu enteisenden Flügels 1 abhängt mi Upon entry of an airplane in a Verejsungszone the contacts of the switch If) are closed automatically or manually, The pulse generator 13 starts to generate electric current pulses. The switch 17 opens the thyristors 12, 12 ', 12 ", 12"' one after the other and consequently feeds pulses to the pulse converters. When the electrical current pulses pass through the rails 7 and 8, the aforementioned repulsive forces arise (the work of only one pulse transducer is described here and below). Since the rails 7 and 8 abut the outer skin and the impulses are interrupted by breaks, an elastic deformation occurs in each part of the outer skin, which is sufficient to remove ice and mainly from the force (F), from the properties of the Stringstoffes and the elastic properties of the construction of the wing 1 to be de-iced depends
Die Krah(F) muß so gewählt werden, daß die in der Außenhaut entstehenden mechanischen Spannungen unter ihrer Ermüdungsgrenze oder ih -:.r Festigkeitsgrcnze bei zyklischer Belastung liegen.The Krah (F) must be chosen so that the mechanical stresses arising in the outer skin are below their fatigue limit or their strength limit under cyclic loading.
In den Fig.3 bis 7 sind verschiedene konstruktive Ausführungsvarianten des zur Enteisungseinrichtung gehörenden Impulswandlers dargestellt.In FIGS. 3 to 7 there are different structural design variants of the de-icing device associated pulse converter shown.
Bei einer konstruktiven Variante ist das Versteifungselement 18, nachfolgend Stringer 18 genannt (Fig.3), aus Metall ausgeführt und weist Nuten 5 und 6 auf, wobei in jeder Nut ein Paar von flachen Aluminiumschienen 7 und 8 liegt. Die Schienen 7 sind an der Außenhaut des Flügels 1 und die Schienen 8 am Stringer 18 befestigt (Befestigungselemente sind in Fig.3 nicht gezeigt). Jede Schiene 7,8 wird auf ihrer ganzen Länge von einer Isolationshülle 19 umschlossen. An einer Seite sind die Schienen 7 und 8 jedes Schienenpaares miteinander verbunden. Jedes Schienenpaar 7, 8 bildet einen Impulswandler und wandelt elektrische Impulse in Kraftstöße um, die auf die Außenhaut einwirken, und ist, ebenso wie der Impulswandler nach Fig. 1 tind 2, an eine Impulsstromquelle angeschlossen. Die Schienen 7 und 8 können entweder an der Außenhaut oder am String -.r befestigt werden und man verlegt sie in diesem FaJIe mit kleinen Zwischenräumen einfach in Nuten.In a constructive variant, the stiffening element 18, hereinafter referred to as the stringer 18 (FIG. 3), Made of metal and has grooves 5 and 6, with a pair of flat aluminum rails in each groove 7 and 8 lies. The rails 7 are on the outer skin of the wing 1 and the rails 8 on the stringer 18 (fasteners are not shown in Fig. 3 shown). Each rail 7, 8 is enclosed by an insulating sleeve 19 over its entire length. On one side the rails 7 and 8 of each pair of rails are connected to one another. Each pair of rails 7, 8 forms an impulse converter and converts electrical impulses into impulses, which act on the outer skin, and is, as well as the pulse converter according to FIG. 1 and 2 connected to a pulse current source. The rails 7 and 8 can either be on the outer skin or on String -.r can be attached and you relocated it in this FaJIe with small gaps simply in grooves.
In der in Fig.4 dargestellten Ausführungivariante des Impulswandlers dient der Metallstringer 18 als eine der Impulswandlerschienen. In diesem Faiie weist der Stringer 18 Nuten 5 und 6 auf, und in jeder Nut liegt die von einer Isolationshülle 19 umschlossene Schiene 7, 8. An einem Ende ist der Stringer 18 elektrisch mit der Flugzeugmasse 14 und am anderen Ende mit jeder Schiene 7 verbunden.In the variant shown in Figure 4 of the pulse converter, the metal stringer 18 serves as one of the pulse converter rails. In this case the Stringer 18 on grooves 5 and 6, and the rail 7, 8 enclosed by an insulating sleeve 19 lies in each groove. At one end, the stringer 18 is electrical with aircraft ground 14 and at the other end with each Rail 7 connected.
In F"\ g. 5 ist eine Ausführung des Impulswandlers für ein Überschallflugzeug dargestellt, dessen Flügelvorderkrn'e so scharf ausgebildet ist, daß die Außenhaut an diese Vorderkante nicht heranreicht. In diesem Falle wird im Stringer i8 eine zur Flügelsehne senkrecht stehende durchgehende Nut 20 vorgesehen, in die als einzelne Bauteile ausgeführte Schienen 21 und 22 eingesetzt werden, die wie die Schienen 7 und 8 miteinander elektrisch verbunden werden. Die Schienen 21 und 22 haben einen trapezförmigen Querschnitt und ihre Außenfläche fällt mit dem theoretischen Umriß des Flugzeugflügels 1 zusammen. Die Schienen 21, 22 werden in der Nut 20 von besonderen in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlägen gehalten.G in F "\. 5 an embodiment of the pulse transformer is shown for a supersonic airplane, the Flügelvorderkrn'e is formed so sharp that the skin does not reach to this leading edge in this case is in the stringer i8 a perpendicular to the blade chord continuous groove 20. are provided, in which rails 21 and 22 designed as individual components are inserted, which are electrically connected to one another like rails 7 and 8. Rails 21 and 22 have a trapezoidal cross-section and their outer surface coincides with the theoretical outline of the aircraft wing 1. The Rails 21, 22 are held in the groove 20 by special stops not shown in the drawing.
Bei dieser Ausfuhrungsv&riante kann sich die Parallelverbindung der Schienen 21,22 mit der in F i g. 5 nicht gezeigten Stromimpulsquelle als zweckmäßigIn this version, the Parallel connection of the rails 21, 22 with the one shown in FIG. 5 current pulse source, not shown, as appropriate
erweisen. Zu diesem Zweck wird die Stromimpulsquelle an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Schienen
21, 22 angeschlossen, und die anderen Schienenenden verbindet man elektrisch mit der Flugzeugmasse 14. Der
Strom durchfließt die Schienen 21,22 in diesem Falle in einer Richtung, und infolge der Zusammenwirkung der
Ströme werden die Schienen 21, 22 mit der Kraft (F) aneinandergezogen, deren Größe aus der oben
angeführten Formel bestimmt wird. Die Umwandlung Ger elektrischen Impulse in mechanische Kraftstöße
erfolgt dabei wie oben beschrieben wurde, mit dem einzigen Unterschied, daß diese Umwandlung die
Anziehungskräfte bewirken. Bei dieser Ausführung zeichnet sich der Impulswandler durch einen besonders
kompakten Aufbau aus und kann zur Enteisung von besonders scharf ausgebildeten Flugzeugteilen, wie
Leitwerk. Lufteintrittsöffnung usw. benutzt werden.
Gemäß den Fig. 6 und 7 weist der Stringer 18 des Flügels 1 einen längs der Sehne verlaufenden Kanal 23
auf, der den Stringer 18 in zwei Teile teilt. Ein Stringerteil ist von der FlügelauQenhaut elektrisch
vollkommen isoliert, und der andere Teil hat in seiner -> Längenmitte eine elektrische Verbindung mit der
Flügelaußenhaut. Zur elektrischen Isolierung des Stringers 18 von der Außenhaut dienen aus einem
Isolierstoff hergestellte Zwischenlagen 24. Ein Leiter 25 stellt eine elektrische Verbindung zwischen demprove. For this purpose, the current pulse source is connected to the common connection point of the rails 21, 22, and the other rail ends are electrically connected to the aircraft ground 14. The current flows through the rails 21, 22 in one direction in this case, and as a result of the interaction of the currents the rails 21, 22 are pulled together with the force (F) , the size of which is determined from the above formula. The conversion of Ger electrical impulses into mechanical impulses takes place as described above, with the only difference that this conversion causes the attractive forces. In this version, the pulse converter is characterized by a particularly compact structure and can be used to de-icing particularly sharp aircraft parts, such as the tail unit. Air inlet, etc. can be used.
According to FIGS. 6 and 7, the stringer 18 of the wing 1 has a channel 23 which runs along the chord and divides the stringer 18 into two parts. One part of the stringer is completely electrically isolated from the outer skin of the wing, and the other part has an electrical connection with the outer skin of the wing in the middle of its length. For the electrical insulation of the stringer 18 from the outer skin, intermediate layers 24 made of an insulating material are used. A conductor 25 provides an electrical connection between the
;o Stringer 18 und der Außenhaut her. Das Lufteinblasen in den Kanal 23 wird durch einen aus Isolierstoß hergestellten Deckel 26 verhindert.; o Stringer 18 and the outer skin. Blowing air into the channel 23 is prevented by a cover 26 made of insulating joint.
Beim Anschluß dieses Impulswandlers an eine Stromimpulsquelle erfüllt ein Stringerteil die R '!Ie de:When this pulse converter is connected to a current pulse source, a string part fulfills the R '! Ie de:
Schiene 7 und der andere Teil dient als Schiene 8. Beiir Stromdurchfluß der Stringerteile erfolgt ihr gegenseiti ges Abstoßen, das eine zur Enteisung führende elastische Verformung hervorruft.Rail 7 and the other part serves as rail 8. Beiir Current flow through the stringer parts takes place their mutual repulsion, the one leading to deicing causes elastic deformation.
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Cited By (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |