DE2443224C3 - Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern - Google Patents
Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an FlugkörpernInfo
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Description
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 Heizwideiständen 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 ;inderc Heizwiderstände derselben
Gruppe in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit Hei/encrgie versorgt werden. Ein erster
Taktgeber mit vorgegebener konstanter Taktfrequenz erzeugt die Einschallbefehlc für die kurzzeitig mit
Heizenergie versorgten Heizwiderstände, während ein zweiter Taktgeber die Ausschalthefehle jeweils zu
einem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschalt-")
befehlen liegenden, von der Temperatur eines der Heizwiderslände abhängigen Zeitpunkt liefert. Zur
Steuerung der Ausschaltbefehle wird die Temperatur an der Oberfläche eines der konstant eingeschalteten
Heizwiderstände verwendet. Mit dieser bekannten
to Enteisungsanlage ist es durch die Anordnung der Temperaturfühler in den konstant beheizten Abbrechstreifen
bzw. an der Oberfläche der in den Streifen eingebetteten Heizwiderstände mög ich, die Umgebungsbedingungen
wie Temperatur, Luftdruck, Lufi-
Γ) feuchtigkeit und Relativgeschwindigkeit der Luftströmungen,
an den zu enteisenden Flächen in ihrer Auswirkung auf die Temperatur der Heizmatten und
der Abbrechstreifen zu erfassen.
In den Fig. la und Ib 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. la soll bei
nicht näher erläuterten Umweltbedingungen die Heiz-
2> zeit tu für jeden Heizwiderstand zehn Sekunden
betragen, während eine Pausenzeit tp von 140 Sekunden
vorgesehen ist. Die Zykluszeit t, ergibt sich somit zu 240 Sekunden. »Venn sich die Umweltbedingungen ändern,
kann die Zykluszeit durch eine Verlängerung bzw.
jo 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,
i"> 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 Tcmperaturverlauf an dem
•in Heizwiderstand ersichtlich, der ebenso für die nachfolgenden
Heizwiderstände 2 bis 10 gilt. Die Aufheizung des Widerstandes 1 erfolgt ebenso wie seine Abkühlung
nach einer e-Funktion, wobei in Fig. Ib der Temperaturverlauf
für die Heizzeit tn\ 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 i-u dann etwa 100 Sekunden beträgt, so daß
der Widerstand nach etwa 110 Sekunden seine Ausgangstemperatur wieder erreicht hat. Der Schnittpunkt
der Temperaturkurvc für die Abkühlung des Widerstandes mit der Zeilachse ist mit Pbezeichnet.
γ, 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
w) 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 m1 und eine
hi Kumuluswolke 3,84 g Wasser pro m1 enthalten. Auch
wurde festgestellt, daß Temperaturen zwischen +5"C bis + 10"C auf der Oberfläche eines Hubschrauber! otorblattes
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 Flüssigwasser- ;
gehalt und damit bei ausreichend kon-.<anter Anströmgeschwindigkeit
an Triebwerks-, Flügel- und Leitwerk-Systemen von Flugkörpern die sogenannte Eiseinfangsgeschwindigkeit.
Bei dem in den Fig. 1.1 und Ib
dargestellten Beispiel würde eine Verdreifachung der Eiseinfanggeschwindigkeil dazu führen, daß die an den
Flugkörpern zulässige Eismasse überschritten wird, da die Heizzeit nur um
240
KK)
KK)
^ 2,4 < 3
gesteigert werden kann. Andererseits würde eine steigende Umgebungstemperatur und ^amit 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
Leitsystemen 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 (Im) so verschoben werden, daß sie zusammenfallen
und daß die Pausenzeit (I1,) 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 einr: 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 Heizwiderstanden, die vor pllcm 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 Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in den F i g. 2,3a, 3bund 3c dargestellt, und zwar zeigt
F i g. 2 ein Blockschallbild einer Einrichtung /ur Durchführung des Verfahrens und
Fi g. 3a, 3b sowie 3c jeweils ein Diagramm.
Die in F i g. 2 dargestellte F.inrichtung weist insgesamt zehn Heizmatten Il auf. von denen iedoch nur drei
Stück gezeichnet sind. Die Hei/matten 11 enthalten jeweils einen nicht näher dargestellten Hei/widerstand
und sind an den /u enteisenden Flächen eines Flugkörpers befestigt. Die Hei/energie für die Hei/-widerstände
wild über einen Leistungsverteiler 12 und
einen Leistungsschalter 13 von einer Energieversorgungseinheil 14 geliefert. Hierzu wird der Leistungsschalter
13 für eine vom Heizzeiigenerator 15 bestimmte Zeit ein- und für eine vom Pausenzeitgenerator
16 bestimmte Zeit ausgeschaltet. Die Anzahl der iünschaltbefehle entspricht der Anzahl der Heizwiderstände.
Während die Einschalldauer von der an den Heizwiderständen vorhandenen und mit Hilfe eines
Temperaturfühlers Ϊ7 ermittelten Temperatur abhängig ist, gibt der Pausenzeitgenerator 16 ein Signal für die
Paussnzeit in Abhängigkeit von der in der Atmosphäre
vorhandenen Wassermenge ab. die von einem Wassermengenfühler 18 meßleehnisch 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 Leistungsverieiler 12 direkt vom Heizzeitgenerator
15 zu steuern. Nach dem letzten Heiztakt eines Zyklus erhall der Pausenzeitgenerator 16 über eine Leitung 19
von dem Heizzeilgenerator 15 ein Signal, das bewirkt. oaß der Pausenzei'generator 16 einen Ausschahbefehl
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 ι, — wie bei dem in F i g. 1 a gezeigten
Beispiel — 240 Sekunden betragen und eine Pausen/.eii I1, von 140 Sekunden sowie eine Heizzeit von zehn
Sekunden für jeden Hei/widerstand 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 tu beträgt dann acht Sekunden, so daß die
Pausenzeit /,, 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 Liseinfanggeschwindigkcil
um den Faktor 2, 4 möglich ist. kann sich die Eiseinfanggeschwindigkeit bei dem Beispiel gemäß
Fi g. 3b um den Faktor
24(1
M)
erhöhen. Auch bei einer Vumnaeruiiü der Pausenzeil /.,
5 6
aiii ζ. R. 72 Sekun.len kann sidi die iriscinfanggesehwin- eii:<j·. uuich ein liisv.arnsvMem frei piogrammieib;iien
digkett noch um den Fukior 10 erhöhen. Ils /cigi sieh Pausen··-''.iieneruinr lh eint, an unlersehiedliehe niete·;
somit,daß ein in Abhängigkeit von der* Jberflüehcnteiii- loiogisehe limwellhedingiin^":: , ngepaBte I-.iiIlmmiiij;
peratur eines Hei/wiclersiaiules frei programinicnei vo:i Triebweiks-, llügel· und l.citwerksyMcnien an
llei/xe'lgeneraicr 15 bei gleieh/eiliger Verwendung , I lugkcirperii eiüiöglichl.
Hierzu 3 Hliilt Zeiehnunüen
Claims (3)
1. Verfahren zum Enteisen von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern unter
Verwendung von elektrischen Heizwiderständen, die nacheinander mil Heizenergie versorgt werden,
wobei die Heizzeit an den Heizwiderständen in Abhängigkeit von der an den Widersländen
vorhandenen und mittels Temperaturfühlern ermittelten Temperatur geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aus- bzw. Einschaltzeitpunkte zweier nacheinander versorgter Heizwiderstände
bei Änderung ihrer Heizzeit (tu\) so verschoben werden, daß sie zusammenfallen und daß
die Pausenzeit (tp) 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
Eis warneinrichtung 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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