DE2443224B2

DE2443224B2 - Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern

Info

Publication number: DE2443224B2
Application number: DE2443224A
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dipl.-Ing. 2082 Tornesch Schmedemann; Wolfgang Ing.(Grad.) 2084 Rellingen Voelkner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1974-09-10
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2284522A1; SE413651B; GB1516879A; DE2443224C3; FR2284522B1; DE2443224A1; US4036457A; SE7509781L; IT1042364B

Description

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JO

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern unter Verwendung von elektrischen Heizwiderständen, die nacheinander mit Heizenergie versorgt werden, wobei die Heizzeit an den Heizwider- j5 ständen in Abhängigkeit von der an den Widerständen vorhandenen und mittels Temperaturfühlern ermittelten Temperatur geregelt wird.

Es ist bekannt, die an den zu enteisenden Flächen angeordneten Heizwiderstände kontinuierlich so lange aufzuheizen, bis das an diesen Flächen vorhandene Eis vollständig abgeschmolzen ist. Bei diesem Verfahren ist es nachteilig, daß eine übermäßige Wärmezufuhr und/oder Wärmespeicherung im Heizelement sowie die Luftströmung zu einem Schmelzwasserrücklauf auf nicht beheizte Flächen führen, so daß es dort zu einer erneuten, nicht kontrollierbaren Eisbildung kommt. Dieser Nachteil wird bei einem anderen bekannten elektrothermischen Enteisungsverfahren vermieden, bei dem die elektrischen Heizwiderstände nacheinander nur kurzzeitig aufgeheizt werden. Hierdurch wird lediglich die Haftschicht zwischen dem Eis und der Flugkörperstruktur möglichst dünn angeschmolzen, so daß dann die auf der Oberfläche der Flugkörperstruktur schwimmenden Eisstücke durch während des Fluges auftretende Zentrifugal- und/oder Luftkräfte entfernt werden. Mit diesem Verfahren ist somit eine vollständige Enteisung von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern möglich.

Eine nach dem letzten Verfahren arbeitende Enteisungsanlage ist in der DE-PS 12 73 337 beschrieben. Bei dieser Anlage wird die zum Enteisen erforderliche Wärme in elektrischen, gruppenweise angeordneten Heizwiderständen erzeugt, wobei einzelne Heizwiderstände konstant und andere. Heizwiderstände derselben Gruppe in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit Heizenergie versorgt werden. Ein erster Taktgeber mit vorgegebener konstanter Taktfrequenz erzeugt die Einschaltbefehle für die kurzzeitig mit Heizenergie versorgten Heizwiderstände, während ein zweiter Taktgeber die Ausschaltbefehle jeweils zu einem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschaltbefehlen liegenden, von der Temperatur eines der Heizwiderstände abhängigen Zeitpunkt liefert. Zur Steuerung der Ausschaltbefehle wird die Temperatur an der Oberfläche eines der konstant eingeschalteten Heizwiderstände verwendet. Mit dieser bekannten Enteisungsanlage ist es durch die Anordnung der Temperaturfühler in den konstant beheizten Abbrechstreifen bzw. an der Oberfläche der in den Streifen eingebetteten Heizwiderstände möglich, die Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Relativgeschwindigkeit der Luftströmungen, an den zu enteisenden Flächen in ihrer Auswirkung auf die Temperatur der Heizmatten und der Abbrechstreifen zu erfassen.

In den F i g. 1 a und 1 b ist der Heizablauf in Form eines Leistungs-Zeit-Diagramms bzw. der Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit für eine bekannte Enteisungsanlage dargestellt, die insgesamt zehn Heizwiderstände 1 bis 10 aufweist. Gemäß Fig. ta soll bei nicht näher erläuterten Umweltbedingungen die Heizzeit tu für jeden Heizwiderstand zehn Sekunden betragen, während eine Pausenzeit t_p von 140 Sekunden vorgesehen ist. Die Zykluszeit t_z ergibt sich somit zu 240 Sekunden. Wenn sich die Umweltbedingungen ändern, kann die Zykluszeit durch eine Verlängerung bzw. Verkürzung der Pausenzeit entsprechend den Änderungen der Umweltbedingungen verlängert oder verkürzt werden. Dies wird bei der bekannten Enteisungsanlage durch eine manuelle Verstellung durch den Piloten erreicht. Jedoch ist es für den Piloten äußerst schwierig, die Pausenzeit den Umweltbedingungen exakt anzupassen, da er gerade bei einer Änderung der Umweltbedingungen eine Reihe von zusätzlichen Aufgaben zu übernehmen hat.

Aus Fig. Ib ist der Temperaturverlauf an dem Heizwiderstand ersichtlich, der ebenso für die nachfolgenden Heizwiderstände 2 bis 10 gut. Die Aufheizung des Widerstandes 1 erfolgt ebenso wie seine Abkühlung nach einer e-Funktion, wobei in Fig. Ib der Temperaturverlauf für die Heizzeit tm voll ausgezeichnet und der Temperaturverlauf für die Abkühlzeit gestrichelt eingezeichnet ist. Versuche haben ergeben, daß für eine Heizzeit tn\ von zehn Sekunden im Extremfall ein Temperaturhub von etwa 53° C auf der Oberfläche des Heizwiderstandes 1 erforderlich ist, während die Abkühlzeit t_A\ dann etwa 100 Sekunden beträgt, so daß der Widerstand nach etwa 110 Sekunden seine Ausgangstemperatur wieder erreicht hat. Der Schnittpunkt der Temperaturkurve für die Abkühlung des Widerstandes mit der Zeitachse ist mit ^bezeichnet.

Es ist allgemein bekannt, daß der Anteil des in der Atmosphäre vorhandenen Wassers, dessen bis etwa —43" C unterkühlbare kleinste Wasserteilchen bei Störung ihrer Oberflächenspannung plötzlich zu Eis werden und somit zu der an den Flugkörpern auftretenden kritischen Vereisung führen, grundsätzlich abhängig ist von der Temperatur, der Wolkenart, der Wolkenfeldgröße und der Größe der Wassertröpfchen in den Wolken. So kann z. B. bei einer Temperatur von 0°C eine Stratuswolke 0,06 g Wasser pro m³ und eine Kumuluswolke 3,84 g Wasser pro m³ enthalten. Auch wurde festgestellt, daß Temperaturen zwischen +5⁰C bis +10°C auf der Ooerfläche eines Hubschrauberrotorblattes erforderlich sind, damit nach dem eingangs

beschriebenen Verfahren die Haftschicht zwischen Eis und Oberfläche schmilzt und ganze Eisstücke infolge der Zentrifugal- und/oder Luftkräfte entfernt werden können. Die momentanen meteorologischen Bedingungen bestimmen somit den unterkühlten Flüssigwassergehalt und damit bei ausreichend konstanter Anströmgeschwindigkeit an Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen von Flugkörpern die sogenannte Eiseinfangsgeschwindigkeit. Bei dem in den Fig. la und Ib dargestellten Beispiel würde eine Verdreifachung der Eiseinfanggeschwindigkeit dazu führen, daß die an den Flugkörpern zulässige Eismasse überschritten wird, da die Heizzeit nur um

240
W

= 2,4 < 3

gesteigert werden kann. Andererseits würde eine steigende Umgebungstemperatur und damit eine Steigerung der Ausgangstemperatur eine Verschiebung des Schnittpunktes P hinter den Beginn eines neuen Heizzyklus mit sich bringen. Dies würde bei der bekannten Enteisungsanlage ein Aufschaukeln der Temperatur bewirken, und zwar so lange, bis das Eis kontinuierlich schmilzt und es zu einer erneuten, nicht kontrollierbaren Eisbildung auf nicht beheizten Flächen kommen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitsysternen an Flugkörpern vorzuschlagen, das nicht nur einen oder mehrere Arbeitspunkte aufweist, sondern innerhalb eines breiten Einsatzspektrums verwendbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aus- bzw. Einschaltzeitpunkte zweier nacheinander versorgter Heizwiderstände bei Änderung ihrer Heizzeit (tn\) so verschoben werden, daß sie zusammenfallen und daß die Pausenzeit (t_p) eines Heizzyklus in Abhängigkeit von der ermittelten Wassermenge in der Umgebungsluft gesteuert wird. Zur Ermittlung der Wassermenge können Eiswarneinrichtungen verwendet werden.

Ein Vorteil der Erfindung liegt neben dem breiteren Einsatzspektrum darin, daß eine optimale Enteisung der Flugkörpersysteme bei wechselnden meteorologischen Umweltbedingungen sichergestellt ist. Durch eine automatische Programmsteuerung wird sowohl eine Entlastung des Piloten erreicht als auch eine Fehlprogrammierung durch den Piloten ausgeschlossen. Weitere Vorteile der Erfindung sind in dem Erfordernis eines Minimums an elektrischer Energie und in dem Schutz der Heizwiderstände gegen Überhitzung zu sehen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Verwendung von Heizwiderständen, die vor allem auf den Flächen von Hubschrauberrotorblättern befestigt sind, vorgeschlagen, daß die Informationen für die Temperaturen durch verschlüsselte elektrische Signale mit Hilfe der Heizstromzuleitungen übertragen werden. Dies führt vorteilhafterweise zu einem verhältnismäßig geringen mechanischen Aufwand, da auf der Rotorwelle lediglich ein Paar Schleifringe vorzusehen sind.

Ein Ausl'ührungsbeispiel nach der Erfindung ist in den F i g. 2,3a, 3b und 3c dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrensund F i g. 3a, 3b sowie 3c jeweils ein Diagramm.

Die in F S g. 2 dargestellte Einrichtung weist insgesamt zehn Heizmatten 11 auf, von denen jedoch nur drei Stück gezeichnet sind. Die Heizmaiten 11 enthalten jeweils einen nicht näher dargestellten Heizwiderstand und sind an den zu enteisenden Flächen eines Flugkörpers befestigt. Die Hei7energie für die Heizwiderstände wird über einen Leistungsverteiler 12 und einen Leistungsschalter 13 von einer Energieversorgungseinheit 14 geliefert. Hierzu wird der Leistungsschalter 13 für eine vom Heizztitgenerator 15 bestimmte Zeit ein- und für eine vom Pausenzeitgenerator 16 bestimmte Zeit ausgeschaltet. Die Anzahl der Einschaltbefehle entspricht der Anzahl der Heizwiderstände. Während die Einschaltdauer von der an den Heizwiderständen vorhandenen und mit Hilfe eines Temperaturfühlers 17 ermittelten Temperatur abhängig ist, gibt der Pausenzeitgenerator 16 ein Signal für die Pausenzeit in Abhängigkeit von der in der Atmosphäre vorhandenen Wassermenge ab, die von einem Wassermengenfühler 18 meßtechnisch erfaßt wird. Die Heizwiderstände in Heizmatten 11 werden bei Vorhandensein der Einschaltbefehle für den Leistungsschalter 13 nacheinander mit Heizenergie versorgt, wobei der Leistungsverteiler 12 jeweils bei Vorhandensein eines neuen Einschaltbefehls von sich aus auf den nächsten Heizwiderstand umschaltet. Es ist jedoch auch möglich, den Leistungsverteiler 12 direkt vom Heizzeitgenerator 15 zu steuern. Nach dem letzten Heiztakt eines Zyklus erhält der Pausenzeitgenerator 16 über eine Leitung 19 von dem Heizzeitgenerator 15 ein Signal, das bewirkt, daß der Pausenzeitgenerator 16 einen Ausschaltbefehl für die Dauer der von der in Atmosphäre vorhandenen Wassermenge abhängigen Pausenzeit an den Leistungsschalter 13 liefert. Für die Dauer der Pausenzeit ist der Leistungsschalter 13 dann gesperrt, so daß die Heizwiderstände in den Heizmatten 11 nicht mit Energie versorgt werden. Nach Beendigung der Pausenzeit gibt der Pausenzeitgenerator 16 über eine Leitung 20 ein Signal an den Heizzeitgenerator 15, der dann wieder eine Reihe von Einschaltbefehlen an den Leistungsschalter 13 liefert, so daß die Heizwiderstände erneut mit Energie versorgt werden.

In Fig.3a ist der Zyklusverlauf für das oben beschriebene Beispiel graphisch dargestellt, und zwar soll die Zykluszeit f_z — wie bei dem in F i g. la gezeigten Beispiel — 240 Sekunden betragen und eine Pausenzeit tp von 140 Sekunden sowie eine Heizzeit von zehn Sekunden für jeden Heizwiderstand einschließen. Wird nun die Heizzeit in Abhängigkeit von einer Temperaturmessung mit Hilfe des Temperaturfühlers 17 für jeden Heizwiderstand verkleinert, z. B. auf 0,8 Sekunden, so gelangt man zu dem in F i g. 3b dargestellten Diagramm. Die Heizzeit te beträgt dann acht Sekunden, so daß die Pausenzeit t_p sich auf 232 Sekunden erhöhen muß, um eine Zykluszeit von 240 Sekunden zu erhalten.

Der Temperaturverlauf an einem Heizwiderstand ist in F i g. 3c dargestellt, wobei bei diesen nadelimpulsähnlichen Einschaltbefehlen eine maximale Temperatur von 10⁰C erreicht wird.

Während bei dem in Fig. la gezeigten Beispiel lediglich eine Erhöhung der Eiseinfanggeschwindigkeit um den Faktor 2, 4 möglich ist, kann sich die Eiseinfanggeschwindigkeit bei dem Beispiel gemäß F i g. 3b um den Faktor

240

= 30

erhöhen. Auch bei einer Verrineerune der Pausenzeit /„

auf ζ. B. 72 Sekunden kann sich die Eiseinfanggeschwindigkeit noch um den Faktor 10 erhöhen. Es zeigt sich somit, daß ein in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur eines Heizwiderstandes frei programmierter Heizzeitgenerator 15 bei gleichzeitiger Verwendung eines durch ein Eiswarnsystem frei programmierbaren Pausenzeitgenerator 16 eine an unterschiedliche meteorologische Umweltbedingungen angepaßte Enteisung von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern ermöglicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern unter Verwendung von elektrischen Heizwiderständen, die nacheinander mit Heizenergie versorgt werden, wobei die Heizzeit an den Heizwiderständen in Abhängigkeit von der an den Widerständen vorhandenen und mittels Temperaturfühlern ermittelten Temperatur geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- bzw. Einschaltzeitpunkte zweier nacheinander versorgter Heizwiderstände bei Änderung ihrer Heizzeit (tw) so verschoben werden, daß sie zusammenfallen und daß die Pausenzeit (t_p) eines Heizzyklus in Abhängigkeit von der ermittelten Wassermenge in der Umgebungsluft gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Wassermenge eine Eiswarneinrichtung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizwiderstände vor allem auf den Flächen von Hubschrauberrotorblättern befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen für die Temperaturen durch verschlüsselte elektrische Signale mit Hilfe der Heizstromzuleitungen übertragen werden.

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