DE69015586T2

DE69015586T2 - Strukturelles Flügelprofil mit integrierter Ablösevorrichtung.

Info

Publication number: DE69015586T2
Application number: DE69015586T
Authority: DE
Inventors: Kevin Lee Leffel; James Craig Putt; Richard Lawrence Rauckhorst
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: CA2028972A1; US5288355A; EP0428011A3; US5098037A; DE69015586D1; EP0428011A2; EP0428011B1; JPH03208797A; BR9005564A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Composit-Konstruktionselement, das als ein integriertes Merkmal ein System zum Trennen eines Festkörpers wie einer Eisschicht von der Außenfläche des Konstruktionselementes umfaßt. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein besonders als Tragfläche oder Vorderkante geeignetes Konstruktionselement, das als ein integriertes Merkmal ein Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung enthält, das zum Enteisen der Außenhaut des Composit-Konstruktionselementes mit einem hohen Modul geeignet ist, wenn es als Oberfläche von Vorderkanten in Flugzeugen eingesetzt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Von Beginn der motorisierten Luftfahrt an sind Flugzeuge unter bestimmten Flugbedingungen durch Eisansammlungen auf Oberflächen von Flugzeug-Bauteilen wie Tragflächen und Streben behindert worden. Falls solche Ansammlungen nicht überprüft werden, können sie das Flugzeug schließlich so mit zusätzlichem Gewicht beladen und aufdiese Weise die Konfiguration der Tragflächen und der Leitflächen dieses Flugzeuges verändern, daß ein flugunfähiger Zustand herbeigeführt wird. Versuche zur Verhinderung und/oder Entfernung solcher Ansammlungen haben zu drei im großen und ganzen allgemeinen Zugängen zum Entfernen von angesammeltem Eis, einem allgemein als Enteisung bekannten Verfahren, geführt.
Bei einer Form der Enteisung, als thermisches Enteisen bekannt, werden Vorderkanten erhitzt, um Haftkräfte zwischen dem angesammeltein Eis und dem Flugzeug-Bauteil zu lockern. Der hier verwendete Ausdruck "Vorderkanten" bedeutet solche Kanten eines Flugzeug-Bauteils, an denen Eis anwächst und aufdie über das Flugzeug fließende Luft einwirkt und die einen Punkt oder eine Linie aufweisen, wo dieser Luftstrom stillsteht. Einmal gelöst, wird dieses Eis im allgemeinen durch den über das Flugzeug- Bauteil geleiteten Luftstrom weggeblasen. Es gibt zwei weitverbreitete Verfahren zum Erhitzen von Vorderkanten. Bei einem Weg, bekannt als elektrothermisches Enteisen, wird ein elektrisches Heizelement in der Vorderkanten-Zone angebracht, entweder durch Einbeziehung in eine elastomere Schutzkappe, die über der Vorderkante angebracht wird, oder durch Einarbeitung in die Hautkonstruktion des Flugzeug-Bauteils. Dieses Heizelement wird normalerweise durch elektrische Energie betrieben, die aus einer stromerzeugenden Quelle stammt, die durch einen oder mehrere der Flugzeuginotoren angetrieben wird und die an und aus geschaltet wird, um eine Hitze zu erzeugen, die zum Lockern von angesammeltein Eis ausreichend ist. In einem kleinen Flugzeug kann eine ausreichende Elektrizitätsmenge zur Verwendung für das elektrothermische Enteisen nicht verfügbar sein.
Bei einem anderen Weg zum Heizen werden Gase bei erhöhter Temperatur aus einem oder mehreren Kompressions-Zuständen eines Turbinenmotors durch die Vorderkanten von Bauteilen wie Tragflächen und Streben geleitet, um ein Enteisen oder eine enteisende Wirkung zu bewirken. Dieser Weg wird normalerweise nur in Flugzeugen verwendet, die durch Turbinenmotoren angetrieben werden, indem komprimierte Luft mit erhöhter Temperatur aus einer oder mehreren Kompressor-Stationen eines Turbinenmotors abgelassen wird. Dieser Weg kann zu einer verminderten Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit und zu einer geringeren Ausgangsleistung der Turbine führen.
Das zweite allgemein angewandte Verfahren zum Enteisen umfaßt Chemikalien. In begrenzten Situationen wurde eine Chemikalie aufdas gesamte oder aufeinen Teil des Flugzeuges aufgetragen, um die mit der Ansammlung von Eis verbundenen Haftkräfte zu senken oder um den Gefrierpunkt von Wasser, das sich aufden Flugzeug-Oberflächen ansammelt, zu senken.
Das verbleibende allgemein verwendete Verfahren zum Enteisen wird normalerweise als mechanisches Enteisen bezeichnet. Beim Hauptmittel zum kommerziellen Enteisen, dem pneumatischen Enteisen, wird die Vorderkante oder die Tragfläche oder das Streben-Bauteil des Flugzeuges mit einer Vielzahl von ausdehnbaren, im allgemeinen schlauchartigen Strukturen abgedeckt, die durch ein unter Druck stehendes Fluid, normalerweise Luft, aufblasbar sind. Beim Aufblasen neigt die schlauchförmige Struktur dazu, das Profil der Tragflächen- oder Streben-Leitfläche wesentlich zu expandieren und das daraufangesammelte Eis zu brechen, wodurch es im über das Flugzeug-Bauteil strömenden Luftstrom verteilt wird. Normalerweise sind diese schlauchförmigen Strukturen so konfiguriert worden, daß sie sich im wesentlichen parallel zur Vorderkante des Flugzeuges ausdehnen. Diese herkömmlichen pneumatischen Niederdruck-Enteiser, z.B. nach WO 81/00993, werden aus Bauteilen mit kautschukartigen oder im wesentlichen elastischen Eigenschaften hergestellt. Normalerweise kann das Material, das die aufblasbaren Rohre oder solche Enteiser-Strukturen bildet, während eines Aufblas-Cyclus um 40 % oder mehr expandieren oder sich ausdehnen, wodurch eine wesentliche Veränderung sowohl im Profil des Enteisers als auch in dem der Vorderkante verursacht wird, wenn aufdiese Weise aufder Vorderkante angesammeltes Eis gebrochen wird. Diese herkömmlichen pneumatischen Enteiser erfordern ein großes Luftvolumen zum Aufblasen ihrer hochausdehnbaren Rohre und der Zeitraum zum Aufblasen solcher Rohre beträgt normalerweise und historisch im Durchschnitt ungefähr zwei bis sechs Sekunden. Die durch das Aufblasen der Rohre verursachte Verzerrung des Tragflächen-Profils kann das Muster des Luftstroms über der Tragfläche wesentlich verändern und die Auftriebs-Eigenschaften der Tragfläche nachteilig beeinflussen. Den Kautschuk- oder kautschukartigen Materialien, die diese herkömmlichen pneumatischen Enteiser bilden, ist normalerweise ein Young-Modul (Elastizitätsmodul) von ungefähr 6900 kPa zu eigen. Vom Elastizitätsmodul von Eis wird verschiedentlich berichtet, das er zwischen 275 000 kPa und 3 450 000 kPa liegt. Von Eis ist bekannt, daß es einen Elastizitätsmodul aufweist, der das Anpassen von typischen Eis-Ansammlungen an kleinere Änderungen von Konturen der Oberflächen, die solche Ansammlungen von Eis unterstützen, ermöglicht. Der Elastizitätsmodul von Kautschuk-Verbindungen, die für herkömmliche Enteiser verwendet werden, ist viel geringer als der Elastizitätsmodul, der normalerweise mit Eis-Ansammlungen in Verbindung gebracht wird. Die große Ausdehnung von herkömmlichen pneumatischen Enteisern hat funktioniert, um die Struktur der Eis-Ansammlungen zu zerbrechen oder zu brechen, wodurch es ermöglicht wird, daß solche Ansammlungen durch auftreffende Windströme weggeweht werden.
Andere mechanische Mittel, die das Enteisen vom Eis bewirken, umfassen elektromechanisches Hämmern wie das, das in U.S.-A- 3 549 964 beschrieben ist. Besorgnisse aufgrund der Empfindlichkeit der Tragflächenhaut gegenüber Ermüdung bei Belastung durch das Behämmern über längere Zeiträume haben teilweise dazu beigetragen, eine wesentliche kommerzielle Entwicklung oder eine Anwendung einer solchen Technik zu verhindern.
Ein anderes elektromechanisches System zum Entfernen von Eis wird in U.S.-A-4 690 353 beschrieben. Einer oder mehrere überlappte flexible Bandleiter, von denen jeder aufsich selbst gefaltet ist, ist in ein elastomeres Material eingebettet. Wenn ein großer Spannungsimpuls in den Leiter eingespeist wird, führen die antiparallelen Ströme in den entgegengesetzten Segmenten von benachbarten Schichten des Leiters zur Wechselwirkung von Magnetfeldern, wodurch eine elektrische Abstoßungskraft zwischen den überlappenden Leitersegmenten hervorgerufen wird, was dazu führt, daß sie nahezu sofort getrennt werden. Diese Ausdehnung führt zur Entfernung aller Festkörper von der Oberfläche des elastomeren Materials.
Ein anderes elektromechanisches System zum Entfernen von Eis wird in U.S.-A-4 875 644 beschrieben. Zwei oder mehr plattenartige Reihen, von denen jede in einer räumlich getrennten Beziehung eine Vielzahl von parallelen bandförmigen elektrisch leitfähigen Elementen enthält, werden schnell und stark auseinandergetrieben, wenn ein Stromimpuls von großer Stärke in die Leiter eingespeist wird.
U.S.-A-4 706 911 und U.S.-A-4 747 575 offenbaren Vorrichtungen zum Enteisen von Vorderkanten, in denen ein Fluid-Impuls unter Druck verwendet wird, um ein Aufblasrohr, das sich zwischen einer Trägeroberfläche und einer folienartigen Haut mit beträchtlich erhöhtem Modul befindet, schnell aufzublasen. Der Fluid-Impuls wird auf das Aufblasrohr übertragen, wodurch eine Verdrängung und anschließend ein schnelles Abstoppen der Haut mit hohem Modul verursacht wird. Das aufdie Eis-Ansammlungen übertragene Moment verursacht dadurch eine zusätzliche Bewegung des Eises, die die Abtrennung und Entfernung des Eises unterstützt. Die aufblasbare schlauchförmige Struktur in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird in nicht mehr als ungefähr 0,1 Sekunden und vorzugsweise in nicht mehr als ungefähr 0,5 Millisekunden aufgeblasen. Figur 4 und die folgende Beschreibung von U.S.-A-4 706 911 beschreiben ein per Ejektor/Steuerung betätigtes Entladungsventil, das zur Verwendung in solchen pneumatischen Impuls-Enteisern geeignet ist. In Figur 7 und der nachfolgenden Beschreibung von U.S.-A-4 747 575 ist ein Flatterventil zur Verwendung in einem pneumatischen Impuls-Enteiser beschrieben, das eine schnelle Reihe von Fluid- Druckimpulsen aufdas aufblasbare Rohr eines an eirrer-Vorderkante befestigten Enteisungs-Vorrichtung überträgt. Bemühungen zur Verbesserung solcher pneumatischen Impuls-Enteisungssysteme haben zu fortgesetzten Bemühungen zur Verbesserung der die erwünschten Fluid-Impulse liefernden Ventile geführt.
Während die Vorrichtungen und Methoden, die in den vorhergehenden Patenten aufgeführt sind, als geeignet zum Enteisen eines Flugzeuges befunden wurden, bleibt ein gewünschtes Ziel der Industrie dahingehend beschrieben, das Gewicht zu vermindern und die Lebensdauer und Verläßlichkeit zu erhöhen- wo immer dies möglich ist. Mit Hinblick auf diese Ziele geben moderne Konstrukteure und Hersteller von Flugzeugen mit steigender Häufigkeit die Verwendung von leichtgewichtigen Composit-Materialien an, hergestellt aus Fasern mit einem hohen Modul, einschließlich, aber nicht begrenzt auf Kohlenstoff, Graphit, Aramid und Glas, in Matrizen aus organischen Harzen oder Kohlenstoff. Oberflächen von Vorderkanten, wie sie an Tragflächen und Streben von Flugzeug- und Leitwerksteilen gefunden werden, sind mit getrennt hergestellten Vorrichtungen wie dem in U.S.- A-4 706 911 und U.S.-A-4 747 575 versehen worden. Solche Vorrichtungen sind durch Klebeverbindungen solcher zusätzlichen Enteisungs-Vorrichtungen an bestehenden Tragflächen-Strukturen befestigt worden. Solche Enteisungs-Vorrichtungen verändern aufgrund ihrer Anwesenheit die Kontur der Vorderkante, was eine unerwünschte Folge ist. Als Alternative ist zum Zeitpunkt der Konstruktion oder vor dem Anbringen einer solchen Vorrichtung die Vorderkante der Tragfläche so verändert worden, daß sie eine Vertiefung für die Aufnahme der Enteisungs-Vorrichtung aufweist, z.B. in WO 81/00993. Diese letztere Art des Bereitstellens von Enteisungs-Vorrichtungen führt wegen der Bereitstellung einer solchen Vertiefung zu einer fertigen Baugruppe mit glatten Charakteristika für den Luftstrom. In diesem Fall ist jedoch die darunterliegende Träger-Oberfläche und die Tragfläche strukturell ohne die Anbringung der Enteisungsvorrichtung vollständig gewesen. Die Enteisungs-Vorrichtung ergab keine zusätzliche oder minimale zusätzliche Verstärkung der Struktur für die darunterliegende Träger-Oberfläche, an-der sie angebracht wurde. Viele der bis heute bekannten zusätzlichen Enteisungs-Vorrichtungen waren mit einer äußeren Oberfläche zum Anwachsen von Eis ausgestattet, die aus einem elastomeren Material wie Kautschuk (Neopren) oder Urethan gebildet war. Diese Materialien sind gegenüber der Erosion durch die Einwirkung von Regen, Graupeln, Hagel und Schnee während des Fluges viel empfindlicher als die herkömmlichen Vorderkanten aus Aluminium- Legierung, die in modernen großen kommerziellen und bestimmten generellen Luftfahrt- und Verkehrs-Flugzeugen verwendet werden. Ein solches Flugzeug weist eine Lebensdauer-Erwartung von zwanzig oder mehr Jahren auf, einschließlich der Haut aus Aluminium-Legierung, die normalerweise zwischen 0,635 mm (0,025 Inch) und 4,83 mm (0,190 Inch) dick ist. Ein Ziel der Flugzeugindustrie besteht darin, die Reparatur oder den Ersatz solcher Enteisungs-Vorrichtungen zu minimieren. Idealerweise ist es erwünscht, daß die Enteisungs-Vorrichtung eine Oberfläche zum Anwachsen von Eis umfaßt, deren Beständigkeit gegenüber der Erosion durch Regen wenigstens der Haut aus Aluminium- Legierung entspricht, wie sie gegenwärtig in großen turbinenangetriebenen kommerziellen Flugzeugen verwendet wird, die mit Hilfe von Ablaßluftsystemen enteist werden.
Regen ist nicht die einzige Art von Aufprall, der bei Vorderkanten in Betracht gezogen werden muß. Einschläge durch Vögel, Hagel und von der Rollbahn aufgewirbelter Schmutz und Unfälle während der Routinewartung von Flugzeugen sind während der Betriebsdauer des Flugzeuges ebenso wahrscheinlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Konstruktionselement mit einer in die Oberfläche integrierten Enteisungsfunktion nach den Ansprüchen 1 bis 19 bereitgestellt.
Der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert aufU.S.-A-4 826 108.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Konstruktionselementes mit einer in die Oberfläche integrierten Enteisungsfunktion wie in den Ansprüchen 20 bis 26 definiert verfügbar gemacht.
Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher, wenn sie mit Hinblick auf die Beschreibung der besten Ausführungsform der Erfindung und den nachfolgenden Zeichnungen, die zusammen einen Teil der Beschreibung bilden, gesehen werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine unvollständige Schnittansicht einer Tragfläche mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die den Vorderkantenteil davon definiert, dargestellt im aktivierten Zustand.
Figur 2 ist eine vergrößerte unvollständige Schnittansicht einer Vorrichtung, die der in Figur 1 gezeigten ähnlich ist, in ihrem nicht aktivierten Zustand mit einer Eisschicht darauf.
Figur 3 ist eine vergrößerte unvollständige Schnittansicht der Vorrichtung aus Figur 2 in ihrem aktivierten Zustand.
Die Figuren 4, 5 und 6 sind jeweils ein seitlicher Aufriß, ein vorderer, teilweise weggebrochener Aufriß und eine Ansicht von unten eines Probenhalters zur Prüfung der Erosion durch Regen.
Figur 7 ist eine isometrische Ansicht einer anderen Testproben-Konfiguration, verwendet zum Prüfen der Beständigkeit gegenüber der Erosion durch Regen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung macht eine Vorrichtung in Form eines Konstruktionselementes mit einer in die Oberfläche integrierten Enteisungsfunktion verfügbar, die dazu in der Lage ist, eine Vorderkante zu enteisen. Die vorliegende Erfindung macht darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung verfügbar. Enteisen ist das Entfernen von Eis nach dessen Bildung aufeiner Vorderkante. Eine "Vorderkante" ist der Teil einer Oberfläche einer Struktur, das dazu-dient, auf einen Luftstrom, der aufdie Oberfläche der Struktur aufprallt, aufzutreffen und ihn zu brechen. Beispiele für Vorderkanten sind entsprechende Vorderteile von Tragflächen, Stabilisatoren, Streben, Rümpfen und andere Gehäusen und Vorsprünge, aufdie während des Fluges ein über das Flugzeug geleiteter Luftstrom zuerst aufprallt. Mit Bezug aufdie Zeichnungen stellt Figur 1 die Struktur einer erfindungsgemäßen Führungskante 10 mit einer in die Oberfläche integrierten Enteisungsfunktion dar. Vorrichtung 10 ist in ihrem aktivierten Zustand dargestellt, wobei die Verdrängung zum Zweck der Darstellung übertrieben ist. In Wirklichkeit ist die Verdrängung von der weichen kontinuierlichen Kontur der Tragfläche viel geringer. Vorrichtung 10 wird als Ersatz für die schwere Haut aus Aluminiumfolie (nicht dargestellt) verwendet, wie sie auf herkömmliche Weise als Vorderkante einer Tragfläche verwendet wird. Die Dicke solcher Häute aus Aluminiumlegierung liegt normalerweise im Bereich von so wenig wie 0,635 mm (0,025 Inches) bis zu so viel wie 4,83 mm (0,190 Inches), wobei letztere für ein kommerzielles Verkehrsflugzeug mit einer Kapazität von 100 Passagieren oder mehr steht. Vorrichtung 10 wird aufherkömmliche Weise, d.h. durch bündig ausgebildete mechanische Verbindungselemente, wie in Figur 1 dargestellt, oder durch klebendes Verbinden in der Position am Rest der Tragflächen-Struktur 200 gesichert. Eine solche Konstruktion ermöglicht bei Bedarfden Austausch von Vorrichtung 10 im praktischen Einsatz, zum Beispiel aufgrund einer Schlagbeschädigung.
Mit Bezug jetzt auf Figur 2 wird dort eine Enteisungs-Vorrichtung 20 dargestellt, die einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Vorrichtung 20 umfaßt eine Oberflächenschicht oder Außenschicht 22 eines Materials mit einem Elastizitätsmodul von wenigstens 40 000 kPa. Unmittelbar unter der Oberfläche oder Außenhaut 22 liegt eine äußere oder hautbindende Schicht 24 aus polymerem Material. Unmittelbar unter der hautbindenden Schicht 24 liegt ein Mittel 26 zur Erzeugung von Austreibungskraft und Verdrängung. Unmittelbar unter dem Mittel 26 zur Erzeugung von Austreibungskraft und Verdrängung liegt eine innere bindende Schicht 28 aus polymerem Material. Unter der inneren bindenden Schicht 28 liegt eine faserverstärkte Composit-Unterstruktur 30. Es ist eine Eisschicht 18 dargestellt, die an der Außenfläche 23 der Außenhaut 22 haftet.
Die Außenhaut 22 kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist eine aus Titanlegierung hergestellte Außenhaut 22. Die Dicke der Außenschicht 22 liegt für Metalle normalerweise im Bereich von 0,051 mm bis 0,762 mm (0,002 bis 0,030 Inch) und für Kunststoffe beträgt der Bereich 0,127 mm bis 2,03 mm (0,005 bis 0,080 Inch). Andere geeignete Metalle können rostfreie Stähle und Aluminium-Legierungen umfassen. Ein besonders bevorzugtes Kunststoff-Material für die Haut ist Polyetheretherketon (PEEK), das von Imperial Chemical Industries, PLC, erhältlich ist. Falls eine längste Nutzungsdauer erwünscht ist, werden Metalle stark bevorzugt.
Die bindenden Schichten 24 und 28 sind aus einem polymeren Material gebildet, das zum Binden an die Schichten an beiden Seiten geeignet ist. Solche Verbindungen sind im Fachgebiet wohlbekannt und die Auswahl einer bestimmten Verbindung beruht aufeiner Anzahl von Faktoren, die für die innere bindende Schicht 28 die Umgebung bei Betrieb, die Natur der Außenhaut 22, an die das Eis anwächst, und das Mittel 26 zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung für die äußere bindende Schicht 24 und für die innere bindende Schicht 28 die Materialien, die für das Mittel zur Erzeugng von Kraft und Verdrängung (26) und für die angrenzende, berührende Schicht 29 der untenliegenden Composit-Unterstruktur 30 verwendet werden, umfassen. Falls die Außenhaut 22 aus einer Titanlegierung hergestellt ist und das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) ein aufblasbares schlauchförmiges Element 27 umfaßt, wird die äußere bindende Schicht 24 vorzugsweise aus Nitril-Phenol-Harz in Form eines Films wie des Filmklebstoffes AF32, erhältlich von der 3M Company, gebildet. Die innere bindende Schicht 28 wird in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ebenfalls aus einem solchen 0,254 mm (10 Milli-Inch) dicken Nitriiphenol-Filmklebstoff gebildet. Die Bereiche 25 zwischen angrenzenden Rohren 27 werden ebenfalls aus denselben Nitrilphenol-Materialien gebildet. Dasselbe 3M-Produkt AF32 kann sowohl für die äußere bindende Schicht 24 als auch für die innere bindende Schicht 28 verwendet werden, mit der Maßgabe, daß es mit den Materialien der Schichten, die es verbinden soll, kompatibel ist. Ein ausgezeichnetes alternatives Material für die innere und die äußere bindende Schicht 24, 28, und die Bereiche 25 ist ein flexibilisierter Epoxyfilm wie der mit dem Code EA951, erhältlich von Hysol Aerospace Products, Pittsburg, California.
Die Schichten 24 und 28 und das Material in den Bereichen 25 sind als verschiedenartig dargestellt, um die Erläuterung und die Erklärung der Erfindung zu erläutern. In der Praxis sind verschiedenartige Schichten im allgemeinen nicht erkennbar und das Material in den Bereichen 25 kann aus der Beschichtung der Rohrmaterialien oder den Schichten 24, 28 stammen.
Das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung 26 ist dünn und weist normalerweise eine Dicke auf, die 2,54 mm (0,100 Inch) nicht überschreitet. Jedes aufblasbare Element 27 ist eine schlauchartige Struktur, die normalerweise in Längsrichtung des Enteisers, d.h. in Spannweiten-Richtung der Vorrichtung und der Tragfläche verläuft. Jedes aufblasbare Element 27 wird aus polymerbeschichtetem Textilgewebe hergestellt. Das Gewebe kann aufnur einer Seite beschichtet sein und als schlauchförmiges Element ausgebildet sein, wobei die Beschichtung dem Äußeren des Rohres gegenüberliegt oder wobei die Beschichtung dem Inneren des Rohres gegenüberliegt mit der Maßgabe, daß bei der Herstellung im Inneren des Rohres eine Haftungs-Barriere angebracht wird, um ein klebendes Verbinden der Gewebeschichten zu verhindern, wodurch die Bildung eines aufblasbaren schlauchförmigen Elementes verhindert wird. Zur Verwendung als Haftungs-Barriere ist Polytetrafluorethylen (PTFE) in dieser Anwendung gut geeignet. Jedes aufblasbare Element 27 dient als ein Fluid-Tmpuls-Rohr. Die aufblasbaren schlauchförmigen Elemente innerhalb der Vorrichtung werden durch Leitungselemente (nicht dargestellt) mit dem Rest eines Enteisungs-Systems (nicht dargestellt) verbunden, der einen Zeitgeber/Regler (nicht dargestellt), eine Zufuhr für Hochdruckgas (nicht dargestellt) und ein Impulsgeber-Ventil (nicht dargestellt) umfaßt.
Eine schematische Darstellung eines geeigneten Kontrollsystems und eines Hochdruck-Ventils zum Hervorrufen des Aufblasens durch Fluid-Impulse für ein aufblasbares schlauchförmiges Element in einem erfindungsgemäßen Konstruktionselement mit einer in die Oberfläche integrierten Trennfunktion ist in U.S.-A- 4 706 911 beschrieben. Bevorzugte Ausführungformen für Gas-Impulsgeber-Ventile sind in U.S.-A-4 873 647 beschrieben.
Die Unterstruktur 30 aus faserverstärktem Polymer-Composit wird aus einer Vielzahl von Schichten aus fadenförmigem Material in einer Matrix aus warmgehärtetem Material hergestellt. Solche Materialien und ihre Kombination in eine laminierte Composit-Struktur sind im Fachgebiet wohlbekannt. Die Auswahl bestimmter Materialien und einer besonderen Konstruktion beruhen aufeiner Anzahl von Faktoren, die die Natur der Tragfläche umfassen können, aus der der Vorrichtung eine Tragfläche bilden muß, Biegesteifheit, Torsionssteifheit, Beständigkeit gegenüber einem frontalen Aufprall, der Einschränkung der Gesamtdicke und der Einschränkung des Gesamtgewichtes. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen eine Unterstruktur 30, die aus mit Graphit oder Kohlenstoff- Fasern verstärkter Epoxymatrix gebildet ist. Weitere Fasern mit hohem Modul und hoher Stärke, wie Aramid und Faserglas und dergleichen, können für sich oder in Kombinationen, die diese und andere Fasertypen umfassen, verwendet werden.
In Figur 3 wird die Enteisungs-Vorrichtung 20 in ihrem aktivierten Zustand dargestellt, wobei Eisteilchen 19 ausgeworfen werden. Die in Figur 3 abgebildete Enteisungs-Vorrichtung 20 ist von derselben Konstruktion, wie sie mit Bezug auf Figur 2 dargestellt und beschrieben ist. Figur 2 stellt die Enteisungs-Vorrichtung 20 in ihrem Ruhe- oder nicht aktivierten Zustand mit einer Eisschicht 18 daraufdar. Im Betrieb wird Hochdruckgas, normalerweise Luft, in Form eines Impulses in die aufblasbaren schlauchförmigen Elemente 27 eingeleitet. Ein solches Einleiten ruft ein schnelles, aber momentanes Verschieben der Außenhaut 22 hervor, wenn der Impuls entlang des Rohres verläuft. Die Wirkungsweise der Vorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung ist allgemein so, wie sie in U.S.-A-4 706 911 und 4 747 575 beschrieben ist, und, falls zusätzliche aufblasbare Rohre (in der vorliegenden Anwendung nicht dargestellt), die von den aufblasbaren Haupt-Rohren abzweigen, wie beschrieben in U.S.-A-4 826 108. Diese Gasimpulse rufen nahezu sofortige Druckänderungen innerhalb der aufblasbaren schlauchförmigen Elemente 27 hervor, wodurch eine Reihe von fast sofortigen Verzerrungen an der eisbehafteten Oberfläche 21, die über dem Enteisungsrohr 27 liegt, hervorgerufen wird, die das Brechen der Eisschicht 18 in Teilchen 19 und deren Auswerfen verursacht. Ein typischer Zufuhr-Luftdruck aufein schnellwirkendes Ventil, dessen Ausstoß in die aufblasbaren röhrenförmigen Elemente 27 eingeführt wird, beträgt wenigstens ungefähr 1000 psig (6894 kPa), bevorzugter 1500 psig (10340 kPa), und kann mehr als 2000 Psig (13788 kPa) betragen.
Die Anmelder haben unvorhergesehenerweise gefunden, daß eine einheitlich integrierte Enteisungs-Vorrichtung, die die Verwendung einer Composit-Unterstruktur in einem mit einer Metallhaut versehenen pneumatisch aktivierten Enteiser umfaßt, eine sehr erhöhte Leistungsfähigkeit im Vergleich zu zuvor bekannten Konstruktionen aufweist, die dazu bestimmt sind, durch Kleben oder mechanische Mittel an der Außenfläche der ursprünglichen Haut eines Flugzeuges oder eines anderen zu enteisenden Gegenstandes befestigt zu werden. Bis jetzt wurde die Enteisungs-Vorrichtung separat in Form einer Unterlage oder einer Unterlegung hergestellt, dazu angepasst, an der ursprünglichen Konstruktionshaut der Tragfläche befestigt zu werden. Eine solche Vorrichtung ist als eine Enteisungs-Unterlage oder eine Enteisungs-Unterlegung bezeichnet worden. Im Gegensatz dazu dient in der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung dazu, die ursprüngliche Konstruktionshaut und die separat hergestellte und zusätzlich befestigte Enteisungs-Vorrichtung zusammen zu ersetzen. Die Anmelder haben gefunden, daß die Erfindung die Bedürfnisse der Flugzeug-Industrie nach einer höheren Beständigkeit gegenüber der Erosion durch Regen erfüllt. Dagegen zeigen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik eine viel geringere Beständigkeit gegenüber der Prüfung auf Erosion durch Regen, wobei ein Versagen sich normalerweise als Reißen der äußeren Metallhaut, an die das Eis anwächst, äußert. Die Vorteile der Leistungsfähigkeit der Erfindung werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1 (vergleichend)

Probe 1 war wie folgt konstruiert:
--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Klebstoff aus Naturkautschuk)
xxxxxxxxxxxxxxx (Naturkautschuk)
###### (Aufblasbarer Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Naturkautschuk)
/////////////// (Kontaktkleber)
***************)
***************) (Aluminium-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 1 Stunde 30 Minuten.
Die Konstruktion von Probe 1 ist kennzeichnend für Ergebnisse, die aus der Kombination der bestehenden Technologie der pneumatischen Niederdruck-Enteiser und der pneumatischen Hochdruck-Impuls-Technologie erhalten werden. Die beste Leistungsfähigkeit in Bezug aufdie Erosion durch Regen, die mit dieser Konstruktion beobachtet wurde, betrug 1 Stunde und 30 Minuten, wonach das Versagen der Oberfläche aus Titan-Legierung beobachtet wurde.

Beispiel 2 (vergleichend)

Probe 2 war wie folgt konstruiert:
--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Nitrilphenol-Haftvermittler)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
###### (Aufblasbarer röhrenförmiger Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
/////////////// (Kontaktkleber)
***************)
***************) (Aluminium-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 2 Stunden.
Der in Probe 1 zum Verbinden des Mittels zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung mit der Lage der Haut aus Titan-Legierung verwendete Naturkautschuk wurde durch Nitrilphenol-Haftvermittler und Nitrilphenol-Filmklebstoff ersetzt. Wie in Probe 1 wurde ein Kontaktkleber verwendet, um den Eisschutz an der Unterkonstruktion aus Aluminium anzubringen. Die beste beobachtete Leistung gegenüber der Erosion durch Regen betrug 2 Stunden, wobei ein kleiner Riß zuerst nach 1-1/2 Stunden bemerkt wurde. Zu dem Zeitpunkt, zu dem sich 2 Stunden Prüfungszeit angesammelt hatten, hatte der Riß sich fortgepflanzt, was zum Versagen des Teils führte.

Beispiel 3 (vergleichend)

Probe 3 war wie folgt konstruiert:
--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Nitrilphenol-Haftvermittler)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
###### (Aufblasbarer röhrenförmiger Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
/////////////// (Lufthärtender Kleber)
***************)
***************) (Aluminium-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 2 Stunden 45 Minuten.
Die Konstruktion von Probe 3 war mit der von Probe 2 identisch mit der Ausnahme, daß der in Probe 2 verwendete Kontaktkleber durch einen bei Raumtemperatur an Luft härtendem Klebstoff zum Binden an die Aluminium-Unterkonstruktion ersetzt wurde. Bei Anwendung einer Prüfung aufErosion durch Regen begannen an den Kanten der Probe nach 2 Stunden und 30 Minuten Risse aufzutreten und nach 3-1/2 Stunden wurde ein beträchtliches inneres Brechen und eine Innenseiten-Korrosion beobachtet. Das Teil wurde nach Ansammlung einer Prüfzeit von ungefähr 2 Stunden 45 Minuten als unbrauchbar betrachtet.

Beispiel 4 (vergleichend)

Probe 4 war wie folgt konstruiert:
--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Lufthärtender Haftvermittler)
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) (Lufthärtender Klebstoff)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Film-Klebstoff)
###### (Aufblasbarer röhrenförmiger Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
=============== (Lufthärtender Kleber)
***************)
***************) (Aluminium-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 30 Minuten.
Die Titan-Oberfläche und die Unterkonstruktion aus Aluminium wurden mit einem bei Raumtemperatur an Luft härtenden Klebstoff an ihre betreffenden angrenzenden Schichten geklebt. Nach nur 30 Minuten Prüfung auf Erosion durch Regen wurde ein Versagen (Ermüdungsreißen und Abplatzen) beobachtet.

Beispiel 5 (vergleichend)

Probe 5 war von folgender Konstruktion:
--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Urethan-Klebstoff)
xxxxxxxxxxxxxxx (Urethan-Film von 0,015)
###### (Aufblasbarer röhrenförmiger Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
***************)
***************) (Aluminium-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 1 Stunde 30 Minuten.
Es wurde vor der Prüfung festgestellt, daß Probe 5 einen kleinen Riß an ihrer linken unteren Seite enthielt. Bei fortschreitender Dauer der Prüfung auf Erosion durch Regen wuchs dieser ursprüngliche Schaden auf einen Bruch der Titanhaut an, gefolgt vom Ausbrechen um den Riß herum. Das Teil wurde nach einer Prüfdauer von 1 Stunde 30 Minuten als unbrauchbar betrachtet.
Das vollständige Versagen wurde als nach 2 Stunden 30 Minuten erfolgt betrachtet.

Beispiel 6 (erfindungsgemäß)

Probe 6 war von folgender Konstruktion:
--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Nitrilphenol-Haftvermittler)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
###### (Aufblasbarer röhrenförmiger Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
***************)
***************) (Aluminium-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 7 Stunden ohne Versagen.
In jedem der Beispiele 1 bis 6 wurden die kommerziell erhältlichen Klebstoff-Materialien in Einklang mit den Hersteller-Anleitungen verwendet. Die Oberflächenschicht aus Titan-Legierung war 0,127 mm (0,005 Inch) dickes Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn nach AMS 4914, die mit Chromsäure an der Oberfläche anodisch oxidiert war, um klebend verbunden werden zu können. Die Aluminium- Unterkonstruktion oder Verstärkung war aus 6061 T6-Legierung hergestellt, gestaltet wie in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Die Aluminium-Unterkonstruktion hatte eine Gesamtlänge von drei Inches, einen Radius der Vorderkante von 1,27 cm (0,50 Inch), eine Wanddicke von 6,35 mm (0,25 Inch) und eine Gesamthöhe von 3,175 cm (1,25 Inches). Der Nitrilphenol-Film-Klebstoff (3M Company, AF32, 0,25 mm (10 Milli-Inches) Dicke), wurde mit seinem komplementären Nitrilphenol-Haftvermittler gemäß der Hersteller-Anleitungen verwendet. Vor dem Auftragen des Nitrilphenol-Film-Klebstoffes wurde kein Haftvermittler aufdie Composit-Unterkonstruktion aufgetragen.
Die Herstellung von Probe 6 umfaßte zwei größere Schritte. Im ersten Schritt wurde die Haut aus Titanlegierung an die äußere Schicht des Nitrilphenol-Film-Klebstoffes, die Zone zur Erzeugung von aktiver Kraft und die innere Zone aus Nitrilphenol-Film-Klebstoff gebunden, indem ungefähr 1 Stunde lang bei ungefähr 176,6 ºC (350 F) und bei ungefähr 3 Atmosphären Druck in einem Heißluft-Autoklaven teilweise gehärtet wurde. Im zweiten Schritt wurde eine Composit-Unterkonstruktion aus einer Graphit-Epoxy-Harzmatte an die in Schritt 1 gebildete Konstruktion gebunden, indem Schichten der Graphit-Epoxy-Harzmatte an die innere Schicht aus Nitrilphenol-Klebstoff laminiert wurden und das Bauelement 1 Stunde lang bei 176,6 ºC (350 ºF) und bei ungefähr 3 Atmosphären Druck in einen heißen Heißluft-Autoklaven eingebracht wurde. Die siebenstündige Prüfung der Erosion durch Regen an der entstandenen Probe 6 führte zur Beobachtung einer leichten Erosion an beiden Seitenkanten der Probe, wobei woanders keine Beschädigung oder Erosion festgestellt wurde.
Für Beispiel 6 wurde das Probestück zur Prüfung der Erosion durch Regen so hergestellt, das es dieselben Gesamtabmessungen und denselben Vorderkanten-Radius wie die Musterstücke der Beispiele 1 bis 5 aufwies. Die faserverstärkte Composit-Unterstruktur wies eine Nenndicke von 2,54 mm (0,100 Inch) auf. Entlang jeder Hinterkante der Probestücke wurde eine Vielzahl von Senklöchern angebracht. Das Probestück wurde an einem Adapter befestigt, der an der drehbaren Lamelle der Vorrichtung zur Prüfung der Erosion durch Regen mit einer Vielzahl von versenkten Maschinenschrauben befestigt war. Der Adapter wurde an der Lamelle aufdie mit Bezug aufdie Probestücke 1 bis 5 angewandte Weise befestigt.

VERFAHREN EINS ZUR PRÜFUNG DER EROSION DURCH REGEN

Die Prüfung aufErosion durch Regen der Proben 1 bis 6 wurde auffolgende Art und Weise durchgeführt. Probestücke zur Prüfung wurden mechanisch an einem drehbaren Arm der Prüfapparatur befestigt. Der Apparat wurde so eingestellt, daß der Probe eine Geschwindigkeit von 800 km/h (500 mph) verliehen wurde, was einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Armes von 1400 U./Min. entsprach. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers wurde auf 3,00 l (0,8 Gallonen) pro Minute eingestellt, was einem Niederschlagsmengen-Betrag von 2,54 cm (1 Inch) pro Stunde bei einem Wassertropfen-Durchmesser von 1,5 bis 2,0 mm entspricht. Jede der Proben 1 bis 6 wurde unter Verwendung desselben Apparates und der oben aufgeführten Bedingungen geprüft.
Um die von Probe 6 gezeigte hervorragende Beständigkeit gegenüber der Erosion durch Regen zu bestätigen, wurden zusätzliche Proben mit folgenden Konstruktionen hergestellt:

Probe 7 (erfindungsgemäß)

--------------- (0,127 mm (0,005 Inch) dicke oberfläche aus Ti-Legierung)
+++++++++++++++ (Nitrilphenol-Haftvermittler)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
###### (Aufblasbarer röhrenförmiger Krafterzeuger)
xxxxxxxxxxxxxxx (Nitrilphenol-Filmklebstoff)
***************)
***************) (Graphit-Epoxy-Composit-Unterkonstruktion)
***************)
Ergebnisse der Erosion durch Regen - 4 Stunden 30 Minuten ohne Versagen.

Probe 8 (erfindungsgemäß)

VERFAHREN ZWEI ZUR PRÜFUNG DER EROSION DURCH REGEN

Die Proben 7 und 8, die die in Figur 7 dargestellte Form aufwiesen, wurden bei einem größeren Flugzeugzellen-Hersteller einer Prüfung auf Erosion durch Regen unterworfen. Die Abmessungen der Proben waren wie folgt: Gesamtlänge wenigstens 4 Inches, Vorderkanten-Radius 71 1,27 cm (0,50 Inch) und ein Bogen von 170 º, obere und untere flache Leitflächen 72 und 73, die sich über 3,56 cm (1,40 Inches) vom Bogen der Vorderkante mit einem Winkel von 20 relativ zur Profilsehne 78 des Probestückes nach hinten erstrecken, und obere und untere flache Leitflächen 74, 75, die sich über ungefähr 3,56 cm (1,4 Inches) von den betreffenden flachen vorderen Flächen 72, 74 parallel zur Profilsehne 78 des Probestückes nach hinten erstrecken. Die Verbindungspunkte 76, 77 der betreffenden verbundenen flachen Leit- und Hinterflächen wiesen einen Radius von 1,52 bis 6,35 mm (0,06 bis 0,25 Inch) auf. Die Prüfungsbedingungen umfassten eine Geschwindigkeit von 960 km/h (600 mph) am Mittelpunkt des Probestückes und eine Sprüh-Fördergeschwindigkeit des Wassers von 7,62 cm bis 10,16 cm (3 bis 4 Inches) pro Stunde, wobei die Größe der Wassertröpfchen 1,5 bis 2,0 Millimeter betrug. Die Mindestanforderungen der Flugzeug-Hersteller an die Leistungsfähigkeit beinhalten die Anforderung, daß nach einer Prüfdauer auf Erosion durch Regen von 4 1/2 Stunden unter den oben angegebenen Bedingungen die Oberflächenbeschaffenheit in Bezug aufdas Fühlen durch eine menschliche Hand glatter als ein Sandpapier mit 240er Körnungsnummer ist. Die Proben 7 und 8 übertrafen bei dieser prüfung die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Flugzeug-Außenhäute aus Aluminiumlegierung.

HERSTELLUNG

Soweit dies beim Punkt der Verwendung nicht anders angegeben ist, werden alle Drücke als Manometerdrücke verstanden.
Die Konstruktionselemente mit der erfindungsgemäßen in die Oberfläche integrierten Trenn-Fähigkeit können wie folgt hergestellt werden. Es wird eine Bauform hergestellt, die der Kontur der Tragfläche entspricht, in die die Vorderkanten-Vorrichtung einzupassen ist. Meistbevorzugt ist dies eine Innenform, die es ermöglicht, daß die Vorderkanten-Vorrichtung gebaut wird, indem mit ihrer Außenhaut-Schicht mit hohem Modul begonnen wird und nach innen zu ihrer Basisschicht fortgeschritten wird, die mit der Tragfläche verbunden wird. Die Art und Weise der Verbindung der fertigen Vorrichtung mit der Tragfläche geschieht normalerweise durch die Verwendung von mechanischen Befestigungselementen wie versenkten Schrauben mit bündigem Kopf oder Nieten.
Die Herstellung einer Ausführungsform, die der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten ähnlich ist und die die Konstruktionsmerkmale von Probe 7 aufweist, ist wie folgt. Eine Folie aus Titanlegierung wird an einer Seite anoxidiert, die danach durch das Besprühen mit einem feinen Nebel aus Nitrilphenol-Haftvermittler mit dem Produktcode EC3901 der 3M Company nach den Anweisungen des Herstellers grundiert wird. Die grundierte Schicht aus Titanlegierung wird anschließend nach den Empfehlungen des Klebstoff-Herstellers gehärtet, in diesem Beispiel 30 Minuten lang bei ungefähr 82,2 ºC (180 ºF).
Aufblasbare schlauchförmige Elemente mit den gewünschten Abmessungen für die beabsichtigte Anwendung werden aus polymerbeschichtetem Gewebe hergestellt. Für die in Beispiel 7 beschriebene bevorzugte Ausführungsform wurde ein eng verwobenes Gewebe mit gleicher Anzahl von Kett- und Schußfäden pro Zoll verwendet, das eine Dicke von 0,178 mm (0,007 Inch) aufwies und auf einer Seite mit Nitrilphenol AF32 der 3M Company zu einer Gesamtdicke von 0,38 mm (0,015 Inch) beschichtet war. Das beschichtete Gewebe wird in Sreifen der für jedes Rohr benötigten Länge und Breite schräg geschnitten, so daß die Bänder mit einem Schrägwinkel von ungefähr 45 bezogen auf die Länge des Streifens verlaufen. Ein typisches flachgedrücktes Rohr weist eine Breite von 2,54 bis 6,35 cm (1 bis 2 1/2 Inches) auf, wobei die kleinere Rohrbreite da eingesetzt wird, wo das Rohr sich entlang eines Bereiches mit einem kleinen Radius, wie bei der Verspreizung einer Vorderkante, erstrecken soll. Eine Schicht PTFE-Band oder ein anderes nichthaftendes Material mit einer Breite, die der Breite des zu bildenden Rohres entspricht, wird über dessen betreffenden Streifen aus Rohrgewebe angebracht. Jedes Rohr wird durch das Wickeln eines Streifens aus einem so beschichteten Gewebe in dessen Längsrichtung um eine Schicht aus nichthaftendem Material gewickelt, so daß eine sich in Längsrichtung erstreckende überlappte Fläche gebildet wird. Vorzugsweise wird das Band mit einer hiernach als Strang bezeichneten zusätzlichen PTFE-Schicht mit der gleichen Breiten- und Längenabmessung und größerer Dicke als das Band überschichtet. Vorzugsweise wird die beschichtete Seite des Gewebes so angeordnet, daß sie das Innere des Rohres-bildet. Der PTFE-Film verhindert das Aneinanderhaften der benachbarten Schichten des mit Nitrilphenol beschichteten Gewebes im Verlauf nachfolgender Herstellungsschritte. Dieses PTFE-Band oder ein anderer geeigneter Trennfilm oder eine andere geeignete Behandlung können in der fertigen Struktur verbleiben. Wenn ein Trennband verwendet wird und später nicht entfernt wird, sollte es an einer Seite des Rohres haften. Die einzelnen Rohre werden in der Negativ-Werkzeugform in der Position angebracht, in der sie jeweils im resultierenden Konstruktionselement angeordnet sein werden, und in einem Autoklaven gehärtet. Nach diesem Herstellungsschritt wird der PTFE-Strang entfernt.
Nach diesem Härten der einzelnen Rohre wird in jedem Rohr eine Öffnung gebildet und ein Anschlußstück eingebaut. Ein zusätzlicher Filmklebstoff und eine Textilverstärkung werden verwendet, um die Anschlußstücke an ihren betreffenden Rohren zu befestigen. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen werden neben entgegengesetzten Enden ein Einlaß-Anschlußstück und ein Auslaß-Anschlußstück eingebaut. Der innere Durchlaß des Einlaß- Anschlußstückes ist an seinem Ende, daß dem Impulsgeber-Ventil am nächsten ist, rund, und definiert da, wo das aufblasbare schlauchförmige Element angeschlossen wird, einen verlängerten Schlitz mit abgerundeten Ecken. Das Auslaß-Anschlußstück weist einen runden inneren Durchlaß auf. Nach dem Einbau der Anschlußstücke werden die Rohrenden verschlossen, d.h. durch zusätzlichen Film-Klebstoff umgeklappt. Die Rohre und Verbindungsstücke werden zusammen mit einer Trägerschicht desselben beschichteten Gewebes, aus dem die Rohre gebildet wurden, bedeckt. Diese Unterbaugruppe wird in der Negativ-Werkzeugform in der Position, die sie im daraus entstehenden Konstruktionselement einnehmen wird, angeordnet, vakuumverpackt und in einem Autoklaven weiter gehärtet, um diese Teile zusammenzubinden. Die Verwendung der Negativ-Werkzeugform stellt sicher, daß die Unterbaugruppe eine Krümmung annimmt, die der Form entspricht. Nach dem Härten wird die Unterbaugruppe aus der Preßform entnommen.
Das Negativ-Werkzeug wird mit einer Schicht Preßform-Entferner und/oder Trenngewebe versehen oder aufandere Weise behandelt, um das Entfernen der in der Hitze gehärteten Unterbaugruppe aus dem Negativ-Werkzeug zu unterstützen.
Die Außenhaut aus Titanlegierung wird in die Negativ-Werkzeugform eingepaßt. Aufdie grundierte und getrocknete Oberfläche wird eine äußere Bindungsschicht aus Nitrilphenol-Filmklebstoff mit dem 3M-Code AF32 aufgetragen und manuell ausgewalzt, während mit einem Heißluftfön erhitzt wurde. Die äußere bindende Schicht des Filmklebstoffs wird vorzugsweise und am einfachsten aufeiner ebenen Oberfläche wie einem Arbeitstisch vor dem Einbau von beiden in die Preßform aufgetragen. Auf der inneren Oberfläche der Außenhaut kann nach dem Auftragen des Film-Klebstoffs eine Schicht aus verstärkendem Gewebe aufgetragen werden. Der Film-Klebstoff kann faserverstärkt sein.
Die zuvor gehärtete Unterbaugruppe aus kombinierten Rohren, Anschlußstücken und Gewebeverstärkung wird aufdie äußere bindende Schicht in der Preßform aufgetragen. An diesem Punkt werden die kombinierte äußere Haut, die äußere bindende Schicht und die Unterbaugruppe durch Kleben verbunden, indem 1 Stunde lang bei 176,6 ºC (350 ºF) und 3 Atmosphären Druck gehärtet wird.
Nach einer solchen Verbindung der Außenhaut und der Unterbaugruppe werden die Schichten, die die Composit-Unterkonstruktion bilden, auf das herzustellende Teil aufgebracht, wobei die Baugruppe im Negativ-Werkzeug verbleibt. Bei einer bevorzugten Herstellungsweise für die Unterstruktur werden nacheinander eine Mehrzahl von Schichten aus Epoxyharz-Harzmatten-Verstärkungsgewebe (zum Beispiel Ciba Geigy-Code R6376/CGG108, eine Graphitfaser-Epoxy-Harzmatte) bis zur Vollendung der erwünschten Unterkonstruktion aufgetragen. Nach Vollendung des Einlegens der Unterkonstruktions-Harzmatte wird die Baugruppe wiederum in den Autoklaven eingetragen, um das Härten abzuschließen. Für die Nitrilphenol- und Epoxy-Systeme, wie sie für die Konstruktion von Probe 7 eingesetzt wurden, betrug dieses endgültige Härten 1 Stunde bei 176,6 ºC (350 ºF) und 3 Atmosphären Druck trockene Luft. Jeder der zuvor beschriebenen Härtungsschritte wurde unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführt. Danach wurden das Teil und die Preßform aus dem Autoklaven entfernt und das Teil aus der Preßform entnommen.
Um die bündige Befestigung durch mechanische Befestigungselemente zu erleichtern, werden in der Titanhaut Vertiefungen und Bohrungen an den Stellen angebracht, wie sie für die beabsichtigte Befestigung der Tragfläche geeignet sind, bevor der Composit-Teil eingelegt wird. Im Anschluß an alle Schritte des Aushärtens in der Form wird das Teil an diesen vertieften Positionen durchbohrt.
Das fertige Teil wird danach mit Nieten oder Schrauben, wie sie in Figur 1 abgebildet sind, an seinem vorgesehenen Konstruktionselement angebracht. Die Einlaß-Öffnungen in jedem der Schläuche zur Einleitung von Gasdruck-Impulsen in die aufblasbaren Elemente, wie sie während der Herstellung des Teils hergestellt werden, werden zu einer Leitung gekoppelt, die ihrerseits mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Fluid-Impulsen in nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren verbunden ist.
Wahlweise können, falls der Krümmungsradius ausreichend groß ist, so daß beim Versuch, den im folgenden beschriebenen flachen Vorpreßling in die Preßform einzubringen, ein Ausbeulen oder Runzligwerden der Rohre nicht auftritt, aus Gründen der Einfachheit aufeiner flachen Arbeitsfläche die nicht gehärteten Rohre und Anschlußstücke aufdie vereinigte Außenhaut und äußere Film-Klebeschicht aufgebracht werden, wodurch ein Vorformling hergestellt wird. Falls der Radius des Negativ-Werkzeuges genügend klein ist, kann beim Versuch, den flachen Vorformling in die Preßform einzubringen, ein Ausbeulen oder Runzligwerden auftreten. Wo ein solches Ausbeulen oder eine solche Faltenbildung beobachtet wird, werden die Rohre vorzugsweise nach dem Einlegen des Vorformlings in das Negativ-Werkzeug aufgebracht.
Während die Erfindung so detailliert beschrieben worden ist, das Mittel zur Erzeugung von pneumatischer lmpulskraft und Verdrängung einzuschließen, wird es für möglich gehalten, ein beliebiges anderes dünnes Mittel zur Erzeugung von planarer Kraft und Verdrängung in die aktive Zone einzusetzen, die zwischen den räumlich getrennten Schichten aus Film-Klebstoff liegt. Beispiele für geeignete dünne, blattartige Mittel zur Erzeugung von elektromagnetischer Kraft und Verdrängung werden in U.S.-A-4 690 353 und U.S.-A-4 875 644 beschrieben. Das Mittel zur Erzeugung von elektromagnetischer Kraft und Verdrängung von Adams et al. umfaßt ein Paar aus blattartigen Reihen, wobei jedes in einer räumlich getrennten Beziehung eine Vielzahl von parallelen bandförmigen elektrisch leitenden Elementen enthält. Die elektrisch leitenden Elemente sind elektrisch miteinander verbunden, so daß ein Strom, der in den leitenden Elementen fließt, in den elektrisch leitenden Elementen der zweiten blattartigen Reihe in einer entgegengesetzten Richtung fließt. Vorzugsweise sind die elektrisch leitenden Elemente so miteinander verbunden, daß ein elektrischer Strom, der in den leitenden Elementen fließt, in benachbarten elektrisch leitenden Elementen im ersten blattartigen Element in dieselbe Richtung fließt und darüber hinaus in benachbarten elektrisch leitenden Elementen der zweiten blattartigen Reihe in einer entgegengesetzten Richtung fließt. Die ersten und die zweiten blattartigen Schichten sind coextensiv und nahe aneinander aufeinandergeschichtet, so daß die elektrisch leitenden Elemente der ersten und der zweiten blattartigen Elemente im wesentlichen parallel sind. Die elektrisch leitenden Elemente sind voneinander elektrisch isoliert. Aus einer Stromquelle werden Stromimpulse mit einer großen Stärke aufdie Leiter aufgegeben, was zu einer schnellen und starken Trennung der ersten und zweiten blattförmigen Reihen führt, wodurch eine schnelle Bewegung der äußeren Schicht mit hohem Modul, auf der sich Eis ansammeln könnte, verursacht wird.
Obwohl die Erfindung mit Hinblick aufbestimmte und bevorzugte Ausführungsformen, einschließlich der besten Ausführungsform, beschrieben worden ist, ist es für Fachleute aufdem Gebiet des Enteisens von Flugzeugen offensichtlich, daß andere Variationen innerhalb des Rahmens der angefugten Patentansprüche möglich sind. Es können andere Klebstoff-Materialien verwendet werden. Die aufblasbaren Rohre können ohne die Verwendung von getrennt aufgetragenen Film-Klebstoffschichten direkt an die Außenhaut und die Unterkonstruktion gebunden werden. Die äußere metallische Haut kann behandelt werden, wodurch ihre Härte weiter verstärkt wird oder wodurch ein verminderter Koeffizient der Eishaftung erzielt wird. Die äußere metallische Haut kann mit einer Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Harz versehen werden, um die Aufprall-Beständigkeit, z.B. gegenüber Hagel oder dem Aufprall von Vögeln zu erhöhen. Eine Kombination von Mitteln zur Erzeugung von Gasdruck-Impulsen und elektrisch aktivierter Kraft und Verdrängung kann in einem einzigen Teil eingesetzt werden. Die Composit-Unterstruktur muß über die gesamte Konturenfläche nicht von einheitlicher Dicke oder Konstruktion sein, sondern kann örtlich mit unterschiedlichen Abmessungen und Eigenschaften angefertigt sein, wie dies den Anforderungen der vorgesehenen Anwendung entspricht. Im einzelnen kann die Composit-Unterkonstruktion am Punkt ihrer mechanischen Verbindung mit dem Rest der Tragflächen-Konstruktion verstärkt sein. Die aufblasbaren schlauchförmigen Elemente können so angeordnet sein, daß sie sich in Spannweiten-Richtung der Tragfläche erstrecken, wie in Figur 1 dargestellt, oder in Profil-Richtung (nicht dargestellt) oder in einer Kombination von Richtungen, um eine erhöhte Leistungsfähigkeit zu ermöglichen. Die beste Art und Weise zum Anordnen der Rohre für eine bestimmte Anordnung ist empirisch von einem Fachmann zu bestimmen.

Claims

1. Konstruktionselement mit einer in die Oberfläche integrierten Enteisungsfunktion, umfassend

- eine Unterstruktur (30),

- ein dünnes Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) mit einer Dicke von nicht mehr als 2.54 mm (0.100 Zoll),

- eine Außenhaut (22), gebildet aus Metall oder Kunststoff und mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 40 000 kPa und bei Metallen mit einer Dicke zwischen 0.054 mm (0.002 Zoll) und 0.762 mm (0.030 Zoll) und bei Kunststoff mit einer Dicke zwischen 0.0127 mm (0.005 Zoll) und 2.03 mm (0.080 Zoll),

wobei das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) zwischen der Unterstruktur (30) und der Außenhaut (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstruktur (30) ein nichtmetallischer faserverstärkter Einlagerungs-Konstruktions-Verbundwerkstoff mit hohem Elastizitätsmodul ist.

2. Konstruktionselement nach Anspruch 1, wobei die Unterstruktur (30) eine Vielzahl von übereinandergeschichteten Faserschichten, die in einer warmgehärteten Matrix gebunden sind, umfaßt.

3. Konstruktionselement nach Anspruch 2, wobei eine Schicht eines faserverstärkten polymeren Materials an die innere Oberfläche der Außenhaut gebunden ist.

4. Konstruktionselement nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) wenigstens ein aufblasbares röhrenförmiges Element (27) umfaßt, das so angeordnet ist, daß das Aufblasen des röhrenförmigen Elementes (27) durch einen Flüssigkeits-Impuls eine Reaktionsbewegung der Außenhaut (22) verursacht.

5. Konstruktionselement nach Anspruch 4, wobei das aufblasbare röhrenförmige Element (27) aus wenigstens einer Gewebelage geformt ist, die wenigstens aufeiner Oberfläche mit polymerem Material beschichtet ist, das zur Bildung des aufblasbaren röhrenförmigen Elementes (27) gehärtet ist, wobei das aufblasbare röhrenförmige Element (27) durch Kleben an der darüberliegenden und an der darunterliegenden Konstruktion befestigt ist.

6. Konstruktionselement nach Anspruch 5, das Mittel zum Aufblasen des aufblasbaren röhrenförmigen Elements (27) auf die gewünschte Ausdehnung innerhalb von nicht mehr als 0.1 Sekunden umfaßt.

7. Konstruktionselement nach Anspruch 6, das Mittel zum pulsierenden Aufblasen des aufblasbaren röhrenförmigen Elements (27) umfaßt.

8. Konstruktionselement nach Anspruch 1, wobei eine Schicht eines faserverstärkten polymeren Materials an die innere Oberfläche der Außenhaut (22) gebunden ist.

9. Konstruktionselement nach Anspruch 1, wobei die Außenhaut (22) aus einer Titanlegierung gebildet ist.

10. Konstruktionselement nach Anspruch 1, wobei die Außenhaut (22) PEEK ist.

11. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 1 bis 10, wobei die Unterstruktur (30) eine Vielzahl von aufeinandergeschichteten Schichten aus einer oder mehrerer Fasern aus Kohlenstoff, Graphit, Aramid und Glas in einer Epoxymatrix umfaßt.

12. Konstruktionselement nach den Ansprüchen 1 bis 11, wobei die Außenhaut (22) durch einen Film aus Nitrilphenol- oder Weichepoxy an das aufblasbare Element (27) gebunden ist.

13. Konstruktionselement nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) durch einen Film aus Nitrilphenol- oder Weichepoxy an die Unterstruktur gebunden ist.

14. Konstruktionselement nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) einen elektromagnetischen Apparat umfaßt.

15. Konstruktionselement nach Anspruch 14, wobei der elektromagnetische Apparat eine erste blattartige Matrix einer Vielzahl von ersten elektrisch leitfähigen Elementen umfaßt, die elektrisch von einer anderen isoliert ist, die in getrennter Relation parallel angeordnet ist, und eine zweite blattartige Matrix einer Vielzahl von zweiten elektrisch leitfähigen Elementen, die voneinander elektrisch isoliert und in getrennter Relation parallel angeordnet sind, wobei die elektrisch leitfähigen Elemente elektrisch miteinander verbunden sind, so daß der in den elektrisch leitfähigen Elementen fließende elektrische Strom in den benachbarten ersten elektrisch leitfähigen Elementen in dieselbe Richtung fließt und darüber hinaus in den benachbarten zweiten elektrisch leitfähigen Elementen in eine Richtung entgegengesetzt zum Strom in den ersten elektrisch leitfähigen Elementen fließt, wodurch eine elektrisch verdrängende Trennkraft zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Elementen hervorgerufen wird, die eine Trennung zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Elementen hervorruft, wobei die erste blattartige Matrix und die zweite blattartige Matrix im wesentlichen coextensiv und aufeinandergeschichtet naheliegend sind, so daß die ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Elemente im wesentlichen parallel sind.

16. Konstruktionselement nach Anspruch 14, wobei die Unterstruktur (30) eine Vielzahl von aufeinandergeschichteten Schichten von einer oder mehreren Fasern aus Kohlenstoff, Graphit, Aramid und Glas in einer Matrix enthält.

17. Tragflächenkonstruktion mit dem Konstruktionselement nach Anspruch 1, daß an der Tragflächenkonstruktion befestigt wird und die Vorderkante davon definiert.

18. Tragflächenkonstruktion mit dem Konstruktionselement nach Anspruch 4, das die Vorderkanten-Oberfläche der Kombination bildet.

19. Tragflächenkonstruktion mit dem Konstruktionselement nach Anspruch 14, das die Vorderkanten-Oberfläche der Kombination bildet.

20. Verfahren zur Herstellung eines Konstruktionselementes mit einer in die Oberfläche integrierten Enteisungsfunktion, wobei das Verfahren umfaßt:

(a) Bereitstellen eines Formunterteils,

(b) Einsetzen einer Außenhaut (22), geformt aus Metall oder Kunststoff und mit einem Elastizitätsmodul größer als 40 000 kPa und bei Metallen mit einer Dicke zwischen 0.054 mm (0.002 Zoll) und 0.762 mm (0.030 Zoll) und bei Kunststoff mit einer Dicke zwischen 0.0127 mm (0.005 Zoll) und 2.03 mm (0.080 Zoll) und einer äußeren Bindungsschicht (24), in die Preßform,

(c) Bilden und Auftragen eines Mittels zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) mit einer Dicke von 2.54 mm (0.100 Zoll) oder weniger an die äußere Bindungsschicht (24),

(d) wahlweise das Auftragen einer inneren Bindungsschicht (28) aufdas Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26),

(e) Bilden einer Komposit-Unterstruktur (30) für eine Vielzahl von Schichten verstärkender Filamente in einer Polymer-Matrix und das Auftragen der Unterstruktur (30) aufdie innere Bindungsschicht (28),

(f) Härten und Binden der kombinierten Außenhaut, des Mittels zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) und der Unterkonstruktion (30) zur Herstellung des einheitlichen Konstruktionselements.

21. Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin umfassend das Härten des Mittels zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) in der Position, die das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) im fertigen Konstruktionselement einnehmen wird, bevor das Mittel zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26) an die Außenhaut (22) gebunden wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin umfassend das Formen des Mittels zur Erzeugung von Kraft und Verdrängung (26), beinhaltend wenigstens ein aufblasbares röhrenförmiges Element (27) aus polymerbeschichtetem Gewebe und das Härten des aufblasbaren röhrenförmigen Elementes (27) in der Anordnung, die es im fertigen Konstruktionselement einnehmen wird, bevor es in das Konstruktionselement eingebaut wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, weiterhin umfassend das Formen wenigstens eines aufblasbaren röhrenförmigen Elements (27) durch Umwickeln eines Streifens aus schräg geschnittenem polymerbeschichtetem Gewebe um eine sich der Länge nach erstreckende Schicht eines nichtklebenden Materials, wodurch eine sich der Länge nach erstreckende überlappte Fläche entsteht.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei zwei im wesentlichen deckungsgleiche Schichten aus nichtklebendem Material aufeinandergeschichtet werden, bevor das Gewebe um sie gewickelt wird, wodurch ein röhrenförmiges Element (27) gebildet wird, von denen eines nach dem Härten des röhrenförmigen Elementes (27) entfernt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23, weiterhin umfassend das Einbauen eines Anschlußstücks in jedes gehärtete röhrenförmige Element (27) und das Überziehen des kombinierten Anschlußstück- und röhrenförmigen Elementes (27) mit einer Schicht aus polymerbeschichtetem Gewebe, wodurch eine Baugruppe gebildet wird, und das Härten der Baugrnppe zu der gekrümmten Passung, die sie im fertigen Konstruktionselement vor dem Einbau der Baugruppe in das Konstruktionselement einnimmt.

26. Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin umfassend das Anbringen einer Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Harz an die Innenseite der metallischen Außenhaut (22).