DE69032770T2

DE69032770T2 - Befestigbare Elektroimpuls-Enteisungsanlage

Info

Publication number: DE69032770T2
Application number: DE69032770T
Authority: DE
Inventors: Lowell J. North Canton Ohio 44720 Adams; Norbert A. Jr. Cuyahoga Falls Ohio 44223 Weisend; Thomas E. Mason Ohio 45040 Wohlwender
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: CN1052827A; USRE38024E1; EP0433763A2; ES2127716T3; JPH04208694A; CN1026223C; IL96615A; DE69032770D1; EP0433763B1; BR9006303A; EP0433763A3; CA2032571A1; US5129598A

Description

Die Erfindung betrifft Enteiser für Flugzeuge und insbesondere Enteiser, die durch Deformieren der eisansammelnden Flächen arbeiten.
Die während des Fluges auftretende Ansammlung von Eis an den Flügeln oder anderen Strukturteilen eines Flugzeugs bildet eine weithin bekannte Gefahr. Der Ausdruck "Strukturteile" ist hier dahingehend zu verstehen, daß er sich auf jede Flugzeugoberfläche bezieht, die während des Fluges anfällig für Vereisung ist, etwa Flügel, Stabilisatoren, Motor-Einlässe, Rotoren usw. Von den frühesten Tagen der Fliegerei an wurden Versuche unternommen, das Problem der Eisansammlung zu beseitigen. Obwohl vielfältige Techniken vorgeschlagen worden sind um während des Fluges Eisansammlungen von Flugzeugen zu entfernen, litten diese Techniken unter vielfältigen Nachteilen, aufgrund derer weitere Forschungsaktivitäten angeregt wurden.
Ein Ansatz, der ausgiebig verwendet wurde, ist das sogenannte mechanische Enteisen. Bei dem mechanische Enteisen werden die Vorderkanten von Strukturteilen auf eine bestimmte Weise deformiert, um das daran angesammelte Eis zu brechen und somit in den. Luftstrom hinein zu zerstreuen. Eine beliebte mechanische Enteisungstechnik besteht in der Verwendung expandierbarer röhrenartiger Strukturen, die periodisch aufblasbar sind. Das Aufblasen der Strukturen bewirkt eine Aufweitung oder Dehnung der Strukturen um 40% oder mehr. Eine derartige Aufwei tung erfolgt typischerweise über ungefähr 2-6 Sekunden und bewirkt eine beträchtliche Veränderung in dem Profil der Enteisungsvorrichtung, wodurch das angesammelte Eis gebrochen wird. Nachteiligerweise kann die Aufweitung der Vorrichtungen den über die Flugzeugstruktur hinwegstreichenden Luftstrom negativ beeinflussen. Zudem sind die Vorrichtungen dann am wirksamsten, wenn sich Eis in einem bestimmten Ausmaß angesammelt hat, und zwar um ungefähr 6,35 mm - 0,25 Inch - oder mehr, so daß die Wirksamkeit der Vorrichtungen beschränkt ist. Es wäre wünschenswert, wenn das Entfernen von Eis bereits lange vor der Entstehung einer Eisansammlung von ungefähr 6,35 mm - 0,25 Inch - erzielt würde.
Gemäß einer neueren mechanischen Enteisungstechnik werden innere "Hämmer" verwendet, um die Vorderkanten von Strukturteilen zu deformieren. Ein Beispiel für einen derartigen Ansatz ist in US-A-3 549 964 beschrieben, gemäß der elektrische Impulse von einem Impulsgenerator zu einer Spule eines Funkenstrecken-Druck-Transducers geleitet werden, der an der Innenwand des Strukturteils angeordnet ist. Der Primärstrom in der Spule induziert einen Strom in der Wand des Strukturteils, und die von den Strömen erzeugten Magnetfelder wirken derart zusammen, daß sie das Teil deformieren.
US-A-3-672 610 und US-A-4 399 667 beschreiben Flugzeugenteisungsvorrichtungen, bei denen aktivierte Induktorspulen verwendet werden, um die Oberfläche, an der sich Eis ausbildet, einer Vibration oder Drehkraft auszusetzen. Jede dieser Vorrichtungen verwendet elektromagnetische Spulen oder magnetorestriktive Vibratoren, die an derjenigen Seite der Fläche angeordnet sind, die der Fläche mit dem sich ansammelnden Eisgegenüberliegt. Gemäß US-A-3,809,341 sind flache Busse einander gegenüber angeordnet, wobei eine Seite jedes Busses an einer Innenfläche einer mit sich ansammelndem Eis bedeckten Wand vorgesehen ist. Durch jeden Bus wird ein elektrischer Strom geleitet, und die resultierenden interagierenden Magnet felder drücken die Busse voneinander weg und deformieren die Wände, an denen sich Eis ansammelt.
Ein wiederum neuerer Ansatz ist in US-A-4 690 353 gezeigt. Gemäß US-A-4 690 353 sind einer oder mehrere überlappende flexiblen Bandleiter in einem Elastomermaterial eingebettet, das an der, Außenfläche eines Strukturteils befestigt ist. Den Leitern werden große Stromimpulse aus einer Stromspeichereinheit zugeführt. Die resultierenden interagierenden Magnetfelder erzeugen eine elektroexpulsive Kraft, die das Elastomerteil dehnt. Die Dehnung erfolgt fast augenblicklich, wenn ein Stromimpuls die Leiter erreicht, und sie gilt als wirksam zum Entfernen dünner Eisschichten. Obwohl die Vorrichtung gemäß US-A-4 690 353 als Verbesserung gegenüber herkömmlichen mechanischen Enteisungstechniken gilt, bleiben bestimmte Nachteile. Einer der Nachteile betrifft die Richtung des Stromflusses in benachbarten elektrisch leitenden Teilen. Es wird angenommen, daß der in US-A-4 690 353 beschriebene Stromfluß Ineffizienzen erzeugt, die die Wirksamkeit der Vorrichtung beträchtlich reduzieren.
Ferner ist aus US-A-4 875 644 ein elektrorepulsives Trennsystem bekannt. Die bekannte Enteisungsvorrichtung weist ein Paar bahnartiger Arrays auf, in denen jeweils mehrere bandförmige elektrisch leitende Teile in gegenseitig beabstandeter Beziehung enthalten sind. Den Leitern werden große Stromimpulmit vorbestimmter Größe zugeführt, was zu einer schnellen und zwangsweisen Trennung der ersten und der zweiten bandförmigen Arrays führt und somit einen Leerraum oder Hohlraum zwischen diesen erzeugt, wodurch eine elastische Außenflächenschicht deformiert wird, so daß Eis, welches sich auf dieser angesammelt hat, zerbrochen und abgeworfen wird.
Das das elektrorepulsive Trennsystem betreffende Patent beschreibt eine Vorrichtung, die eine Verbesserung gegenüber der in US-A-4 690 353 beschriebenen Vorrichtung darstellt. Bei dem das elektrorepulsive Trennsystem betreffende Patent sind die elektrisch leitenden Teile derart angeordnet, daß eine größere elektroexpulsive Kraft erzeugt werden kann als mittels der in US-A-4 690 353 beschriebenen serpentinenartigen Konfiguration. Ferner lehrt das sich mit dem elektrorepulsiven Trennsystem befassenden Patent das Anlegen eines Stromimpulses vorbestimmter Größe, Gestalt und Länge, wodurch ein wirksamerer Enteisungseffekt erzielt wird.
Trotz der Vorteile, die durch den Stand der Technik, insbesondere durch das sich mit dem elektrorepulsive Trennsystem befassenden Patent, gelehrt werden, bleibt ein Bedarf an einer Enteisungsvorrichtung, die einen wirksamen Enteisungsvorgang ermöglicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Enteisungsvorrichtung zu schaffen, die die Krafterzeugungseigenschaften vieler der herkömmlichen Enteisungsvorrichtungen aufweist, jedoch frei von den damit einhergehenden Nachteilen ist, wie z.B. großem Format, Schwierigkeiten beim Nachrüsten existierender Strukturteile, und anderen Problemen, und ein Verfahren zur wirksamen Enteisung anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein elektrisch leitendes Strukturteil, an dessen Außenfläche eine Enteisungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1- befestigt ist, oder durch eine Enteisungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst. Die Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beseitigt die oben aufgeführten Nachteile des Standes der Technik und schafft eine neue und verbesserte Enteisungsvorrichtung, die insbesondere einstückig ausgebildet ist und zur Befestigung an Außenflächen von Strukturteilen geeignet ist. Gemäß der Erfindung ist eine Induktorspule, die keine sich relativ zueinander bewegenden Bereiche aufweist, nähe der Außenfläche eines Strukturteils angeordnet. Die Spule weist eine erste Seite, die in Kontakt mit der Fläche angeordnet ist, und eine zweite Seite auf, die von der Fläche beabstandet ist. Die Spule ist von der Fläche weg und zu dieser hin bewegbar. Für die Spule ist ein Halteteil vorgesehen, das flexibel ist, um eine Bewegung der Spule relativ zu der Fläche zu ermöglichen. Ein Abschnitt des Halteteils bildet eine eisansammelnde Fläche, die sich als Reaktion auf eine Bewegung der Spule bewegt. Die Spule und das Halteteile sind als eine einstückige Konstruktion vorgesehen, die an der Vorderkante des Strukturteils verbondet oder in anderer Weise befestigt werden kann, ohne das Strukturteil zu modifizieren.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein weiteres leitendes Element vorgesehen (ein sogenanntes Metall- Target), das zwischen der Spule und dem Halteteil angeordnet ist. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Metall-Target zwischen der Spule und dem Strukturteil angeordnet. Gemäß einer wiederum weiteren alternativen Ausführungsform ist ein Metall-Target (Doppler) vorgesehen, das an der Innenfläche des Strukturteils befestigt ist.
Bei jeder Ausführungsform der Erfindung wird beim Hindurchschicken eines Hochstrom-Impulses kurzer Dauer durch die Spule das Halteteil schnell und zwangsweise von dem Strukturteil weg verlagert. Falls das Strukturteil Metall aufweist, funktioniert das Strukturteil als ein Target-Teil; und die. Spule wird von der Fläche weg verlagert; falls das Strukturteil nichtmetallisches Material aufweist (z.B. einem Verbundmaterial), und falls ein flächenkontaktierendes Target nicht verwendet wird, bleibt die Spule gegen die. Fläche positioniert. Der Stromfluß bewirkt ein elektromagnetisches Feld, das Wirbelströme in dem Target, dem Strukturteil (falls metallisch) und dem Halteteil (falls metallisch) erzeugt. Bei Aufhebung des elektromagnetischen Feldes in der Spule wird das Halteteil schnell in seine Ruheposition gezogen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Enteisungsvorrichtungen ist die Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung in hervorragender Weise wirksam, während sie zahlreiche Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Die meisten Kräfte, die auf das Strukturteil aufgebracht werden, sind Kompressivkräfte, welche leichter aufgenommen werden als die Zugkräfte, die von verschiedenartigen anderen mechanischen Enteisungsvorrichtungen erzeugt werden. Ferner kann die Vorrichtung schnell an Strukturteilen angebracht werden; entweder als Teil einer neuen Konstruktion oder durch Nachrüstung.
Da die Vorrichtung nach einem Wirbelstrom-Prinzip arbeitet, vermeidet sie vollständig die durch direktionalen Stromfluß verursachten Probleme, und sie ermöglicht einen wirksameren Eisabwurfvorgang, als es mit früheren Vorrichtungen möglich war. Zum Teil ist die Wirksamkeit der Vorrichtung deshalb verbessert, weil die eisansammelnde Fläche mit einer hohen Beschleunigungsrate um eine relativ große Distanz verlagert wird. Obwohl die Verlagerung nicht ausreicht, um dem über das Strukturteil hinwegstreichenden Luftstrom negativ zu beeinflussen, ist die Verlagerung mehr als 20 Mal größer als die Verlagerung, die etwa bei den offenbarten herkömmlichen Enteisern vom Wirbelstrom-Typ auftreten. Die Vorrichtung erzeugt ferner eine um ungefähr 20% größere Wirbelstrominduktion als herkömmliche innen angeordnete Wirbelstrom-Enteisungsvorrichtungen, da sich die Spule und das Target in Flächenkontakt miteinander befinden oder dies nahezu der Fall ist. Die erwähnten innen angeordneten Enteisungsvorrichtung erfordern einen wesentlichen Spalt zwischen der Spule und dem Strukturteil, um eine mögliche Beschädigung beim Zurückspringen des Strukturteils zu verhindern. Die Wirksamkeit der Erfindung ist auch deshalb groß, weil die eisansammelnde Fläche, die verlagert wird, relativ dünn ist und elastisch an dem Strukturteil befestigt ist. Bei denjenigen Enteisungsvorrichtungen, die das Strukturteil selbst deformieren, ist die eisansammelnde Fläche relativ dick und kann möglicherweise nur unter Schwierigkeiten deformiert werden.
Die bereits genannten und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung der besten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der zugehörigen Zeichnungen, die zusammen einen Teil der Schrift bilden, besser ersichtlich.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmlichen mechanischen Enteisungsvorrichtung;
Fig. 2 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild zur Darstellung der Weise, in der die Enteisungsvorrichtung gemäß. Fig. 1 aktiviert wird;
Fig. 3 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild zur Darstellung der Weise, in der mehrere Enteisungsvorrichtungen gemäß Fig. 1 an einem Strukturteil installiert werden können;
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung bei Befestigung an der Außenfläche eines Strukturteils;
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4, wobei eine andere Technik zum Befestigen der Enteisungsvorrichtung an der Außenfläche eines Strukturteils gezeigt ist;
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, wobei ein in. Verbindung mit einer Spule verwendetes Metall-Target gezeigt ist;
Fig. 7 zeigt eine Fig. 6 ähnliche Querschnittsansicht, wobei ein sogenannter Verlagerungs-Hohlraum als Teil der Enteisungsvorrichtung enthalten ist;
Fig. 8 zeigt eine Fig. 7 ähnliche Querschnittsansicht, wobei der Verlagerungs-Hohlraum an dem Strukturteil angeordnet ist;
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf eine planare Spule, die in Verbindung mit der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere planare Spule, die in Verbindung mit der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf einander überliegende planare Spulen, die in Verbindung mit der Erfindung verwendbar sind;
Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer spiralig gewickelten Spule, die in Verbindung mit der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 13 zeigt eine schematische Vorderansicht der Vorderkante eines Strukturteils, wobei eine Anordnung mehrerer Enteisungsvorrichtungen gemäß der Erfindung gezeigt ist;
Fig. 14 zeigt eine Fig. 13 ähnliche Ansicht einer alternativen Anordnung mehrerer Enteisungsvorrichtungen gemäß der Erfindung;
Fig. 15 zeigt eine Fig. 13 ähnliche Ansicht einer wiederum weiteren Anordnung mehrerer Enteisungsvorrichtungen gemäß der Erfindung;
Fig. 16 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild für die Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 17 zeigt ein Schaubild des Stroms über der Zeit, wobei das. Profil eines im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten Stromimpulses gezeigt ist;
Fig. 18 zeigt ein Schaubild der Verlagerung, Geschwindigkeit und Beschleunigung gegenüber der Zeit, wobei die Bewegung eines Teils der Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt ist;
Fig. 19 zeigt eine graphische Darstellung der Kraft gegenüber dem Spulenstrom, wobei die Leistung der Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung im Vergleich mit herkömmlichen mechanischen Enteisungsvorrichtungen gezeigt ist;
Fig. 20 zeigt ein Wirbelstrom-Profil für eine Spule mit einem Radius von einem Inch;
Fig. 21 zeigt ein Wirbelstromdichte-Profil als Funktion der. Zeit für eine Spule mit einem Radius von einem Inch;
Fig. 22 zeigt ein Schaubild der Druckverteilung auf einem Metall-Target als Funktion des Radius des Target;
Fig. 23 zeigt ein Schaubild der Druckverteilung auf einem Metall-Target gegenüber der Zeit bei verschiedenen Radien;
Fig. 24 zeigt ein Schaubild des Ebenen-Druckes pro Einheits- Target-Bereich;
Fig. 25 zeigt ein Schaubild der radialen Verteilung des Ebenen-Druckes pro Einheits-Target-Bereich; und
Fig. 26 zeigt ein Schaubild der Impulse gegenüber der Target- Dicke für verschiedene Target-Materialien.
Die Erfindung schafft eine Technik, die insbesondere für das Enteisen der Vorderkanten von Strukturteilen geeignet ist. Das Enteisen ist das Entfernen von Eis nach dessen Entstehung an einer Vorderkante. Unter einer Vorderkante ist derjenige Bereich eines Strukturteils zu verstehen, der die Funktion hat, einen auf die Oberfläche des Strukturteils auftreffenden Luftstrom aufzunehmen und zu brechen. Beispiele für Vorderkanten sind die vorderen Bereiche von Flügeln, Stabilisierern, Streben, des Flugzeugrumpfs, der Rotoren oder anderer Gehäuseteile und Vorsprünge, auf die ein Luftstrom zuerst auftrifft.
Fig. 1-3 zeigen eine bekannte mechanische Enteisungsvorrichtung 10 und eine elektrische Schaltung für diese. Die Enteisungsvorrichtung 10 weist erste und zweite Spulen 12 auf, die in einem Strukturteil (z.B. einem Flügel) 14 nahe der Rückseite von dessen Vorderkante angeordnet sind. Die Oberfläche des Strukturteils 14 weist Metall - z.B. Aluminium - auf, welches als "Haut" bezeichnet wird. Die Spulen 12 sind durch einen Befestigungsbügel 18 an einer Strebe 16 befestigt. Die Spulen 12 sind in Draufsicht kreisförmig. An der Innenfläche der Vorderkante ist direkt gegenüber jeder der Spulen 12 eine kreisförmige, nichtlegierte Aluminiumscheibe 20 verbondet.
Gemäß Fig. 2 ist jede Spüle 12 in Reihe mit einem Energiespeicherkondensator. 22 und einem Thyristor 24 geschaltet. Eine Diode 22 ist dem Kondensator 22 parallelgeschaltet. Ein elektrischer Impuls wird initiiert, indem dem Thyristor 24 ein Triggerimpuls zugeführt wird, so daß sich der Kondensator 22 durch die Spule 12 entladen kann. Da der Thyristor 24 Diodeneigenschaften hat, folgt der Strom der ersten positiven Schleife der RLC-Reaktion, woraufhin der Thyristor 24 die Schaltung wieder öffnet. Dadurch wird der Kondensator 22 umgekehrt geladen belassen. Diese umgekehrte Ladung verursacht eine beträchtliche Verkürzung der Lebensdauer des Kondensators. Aus diesem Grund ist die Diode 26 an dem Kondensator 22 angeordnet.
In Fig. 3 ist eine typische, in Spannrichtung verlaufende Anordnung der Spulen 12 innerhalb eines Flügels gezeigt. Jede der Spulen 12 ist um ungefähr 40,64 cm - 16 Inch - seitlich von den anderen Spulen beabstandet. Die Spulen werden durch eine einzelne Energieeinheit 28 versorgt, die einen Transformator 30 enthält. Der Kondensator 22 ist an der Sekundärseite des Transformators 30 angeschlossen. Mit jedem der Thyristoren 24 ist eine Schalteinrichtung 32 verbunden, um den Thyristoren 24 einen Trigger-Impuls zuzuführen.
Wenn der Kondensator 22 durch jede Spule 12 entladen wird, wird ein schnell entstehendes und kollabierendes elektromagnetisches Feld erzeugt, das Wirbelströme in der Scheibe 20 und der Metallhaut 14 verursacht. Die aus dem Stromfluß in der Spule 12, der Scheibe 20 und der Haut 14 resultierenden elektromagnetischen Felder erzeugen eine Repulsivkraft mit einer Größe von mehreren Hundert Pounds, jedoch mit einer Dauer nur eines Bruchteils einer Millisekunde. Eine mit kleiner Amplitude und hoher Beschleunigung erfolgende Bewegung der Haut 14 wirkt derart, daß das Eis zerbrochen, gelöst und abgestoßen wird. Es werden zwei oder drei derartiger "Stöße" in kurzer Abfolge durchgeführt, getrennt durch die zum Neuläden des Kondensators 22 erforderliche Zeit, und anschließend wird ein erneutes Ansammeln von Eis zugelassen, bis dieses sich einer unerwünschten Dicken nähert. Durch entsprechende Steuerung der- Schalteinrichtung 32 können die Spulen 12 sequentiell aktiviert werden, um einen "Kräuselungs-"Effekt zu erzielen, der aufgrund der sowohl in Tiefen- als auch in Spannrichtung erfolgenden Hautbewegung als wirkungsvoller zum Abschütteln von Eis gilt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, hängt die Wirkung der beschriebenen Enteisungsvorrichtung 10 von der Verformung der Haut ab. Die Verlagerung der für Vereisung anfälligen Metalloberfläche ist sehr beschränkt; typischerweise sind drei Stoßimpulse erforderlich, um angesammeltes Eis unter sämtlichen Umständen zu entfernen. Zudem müssen, obwohl die Haut nur in beschränktem Ausmaß verlagert wird, große Kräfte erzeugt werden, um auch nur diese beschränkte Verlagerung zu erzielen. Ein zusätzliches Problem besteht darin, daß es sich bei den Kräften um "negative" Kräfte handelt, da diese eine Zugbelastung auf die Vorderkante ausüben. Strukturteile von Flugzeugen sind derart konzipiert, daß sie Kompressivbelastungen besser aushalten können als Zugbelastungen.
Fig. 4 zeigt eine mit 40 gekennzeichnete Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Enteisungsvorrichtung 40 ist der Enteisungsvorrichtung 10 insofern ähnlich, als bei ihr eine Spule 42 verwendet wird. Wie im folgenden erläutert wird, unterscheidet sich jedoch die Enteisungsvorrichtung 40 beträchtlich von der Enteisungsvorrichtung 10. Die Unterschiede werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
Die Enteisungsvorrichtung 40 gemäß Fig. 4 ist als integrierte Einheit ausgebildet, die durch Verbondung oder in anderer Weise an der Vorderkante eines Strukturteils befestigt ist. Die Vorderkante oder Haut des Strukturteils ist mit 44 gekennzeichnet. Typischerweise weist die Haut ein Metall wie z.B. eine Aluminiumlegierung auf. Die Spule 42 ist normalerweise eine Mehrschichtenspule, die einzelne planare Spulenelemente aufweist (vgl. die noch folgende Erläuterung im Zusammenhang mit Fig. 9-11). Bei sämtlichen der hier beschriebenen Ausführungsformen ist die Spule 42 eine einheitliche Struktur, die keine Teile aufweist, welche sich relativ, zueinander bewegen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird die Spule 42 schematisch als ein einziges Element gezeigt. Die Spule 42 weist eine erste Fläche, die sich in der Ruhestellung in Kon takt mit der Außenfläche der Haut 44 befindet, und eine zweite Fläche auf, die von der Haut 44 beabstandet ist. Die Spule 42 ist nicht mit der Haut 44 verbondet, so daß sie sich von der Haut 44 weg und zu dieser hin bewegen kann.
Die zweite Fläche der Spule 42 ist von einer Oberflächenlage 46 bedeckt. Die Oberflächenlage 46 ist vorzugsweise nicht mit der zweiten Fläche der Spule 42 verbondet. An den Seitenrändern der Spule 42 liegt eine flexible, nichtmetallische Füllschicht 48 an, um einen sanften Übergang zu der Kontur der Haut 32 zu schaffen. Die Enteisungsvorrichtung 40 ist mittels der Schicht 48 mit der Haut 44 verbondet oder in anderer Weise sicher an dieser befestigt. Die Oberflächenlage 46 ist mit der Schicht 48 verbondet. An den Enden der Oberflächenlage 46 ist die Oberflächenlage 46 durch eine (nicht gezeigte) Befestigungsvorrichtung an der Haut 44 verbondet oder befestigt. Somit sind die Spule 42 und die Oberflächenlage 46 in der Lage, sich zwischen den Abschnitten der Schicht 48, die mit der Haut 44 verbondet sind, von der Haut 44 weg und zu dieser hin zu bewegen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Oberflächenlage 46 nicht nur einen Hauptteil der Außenfläche der Enteisungsvorrichtung 40 bildet, sondern auch (zusammen mit der Schicht 48) als ein Halteteil für die Spule 42 funktioniert, um die Spule 42 relativ zu der Haut 44 korrekt positioniert zu halten.
Die Spule 42 weist vorzugsweise nichtlegiertes Kupfer auf. Hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung der Spule 42 und der Weise ihrer Herstellung wird auf EP-A 0 428 142 verwiesen. Die Oberflächenlage 46 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, das üblicherweise für Außenflächen von Strukturteilen verwendet wird, z.B. Aluminium, Titan oder Edelstahlfolie. Die Oberflächenlage 46 kann auch aus einer dünnen Schicht eines thermoplastischen Films hergestellt werden, etwa Polyetheretherketon ("PEEK"). Ein derartiges Material hat ausgezeichnete Regen-Erosionseigenschaften, während es problemlos zu jeder gewünschten Gestalt formbar ist. Die Lage 46 kann bei Bedarf auch aus anderen, nichtmetallischen Materialien hergestellt werden. Der zum Verbonden der Oberflächenlage 46 mit der Schicht 48 verwendete Kleber kann jeder Kleber sein, der üblicherweise zum Verbinden von Oberflächenlagen mit arideren Teilen von Enteisungsvorrichtungen verwendet wird, obwohl ein modifizierter Epoxy-Film-Kleber wie z.B. EA951 (hergestellt von Hysol Corporation) bevorzugt wird. Die Füllschicht 48 kann aus jedem bekannten flexiblen, nichtmetallischen Material hergestellt werden, das für Enteisungsvorrichtungen verwendet wird, z.B. Rubber, Faserglas und dgl.
Fig. 16 zeigt schematisch eine mit 60 gekennzeichnete elektrische Schaltung für die Enteisungsvorrichtung 40. Die Schaltung 60 ist mit geringfügigen Modifikationen in dem das elektrorepulsive Trennsystem betreffenden Patent beschrieben. Die Schaltung 60 lädt eine. Gruppe von Kondensatoren 62 (von denen der Einfachheit halber nur einer gezeigt ist), die als Hochspannungs-Energiespeichereinrichtungen dienen. Die Metall- Oberflächenlage 46 und sämtliche Targets oder Doppler - falls verwendet - sollten mit der Flugzeug-Masse verbunden sein, um elektromagnetische Referenz zu minimieren. Wenn ein Enteisungsvorgang gewünscht ist, wird ein Steuerimpulse 64 zu einer Triggerschaltung 66 zugeführt, die das Entladen des Kondensators 62 durch einen oder mehrere siliciumgesteuerte Gleichrichter (SCRs) 68 ermöglicht, um der Spule 42 ein Hochstromimpuls-Ausgangssignal 70 zuzuführen. Jedes Mal, wenn ein Ausgangsstromimpuls 70 gewünscht ist, wird eine Dump-Last 72, die die Kondensatoren 62 in einem entladenen Zustand hält, entfernt, indem ein Schalter 74 geöffnet wird, so daß Strom aus einer Ladeschaltung 76 geladen werden kann, um die Kondensatoren 62 auf die gewünschte Spannung zu laden. Wenn der SCR 68 auf "ein" getriggert wird, wird die Kondensatorgruppe 62 in die Spule 42 hinein entladen. Es wird ein Hochstromimpuls erzeugt, dessen Größe durch einen Stromtransformator 78 überwacht wird.
Gemäß Fig. 17 kann der Stromimpuls eine reine, übergedämpfte, exponential abfallende Sinuswellenform aufweisen, die durch die Werte der elektrischen RLC-Schaltung erzeugt wird. Falls die Komponenten-Werte der RLC-Schaltung in einer bekannten Weise derart gewählt sind, daß die Schaltung in ihrer Natur übergedämpft oder schwingend werden kann, sollte die Schaltung derart konfiguriert sein, daß ein Gleichrichter 80 die gespeicherte Energie der Schaltungsinduktivität in die Enteisungsvorrichtungs-Last hinein abläßt, wobei ein einzelner, nichtschwingender Impulse mit einer erweiterten Abfallflanke erzeugt wird.
Falls der Kondensator 62 eine Kapazität von ungefähr 500 Mikrofarad hat, und falls die Schaltung in der vorstehend beschriebenen Weise betätigt wird, wird ein Stromfluß mit einem Spitzenwert von ungefähr 3000 Amp bei 1250 Volt durch die Spule 42 abgeleitet. Die Spulen-Anstiegszeit beträgt ungefähr 100 Mikrosekunden, und die Abfallzeit beträgt ungefähr 200-300 Mikrosekunden. Es wird ein starkes elektromagnetisches Feld erzeugt, das in der Haut 44 und der Oberflächenlage 46 (falls Metall) Wirbelströme induziert. Dadurch. Wiederum werden durch die Haut ~44 und die Oberflächenlage 46 elektromagnetische Felder erzeugt. Die in dieser Weise erzeugten elektromagnetischen Felder erzeugen eine große Repulsivkraft mit einer Dauer nur eines Bruchteils einer Millisekunde. Die Auftreffkraft wird durch die Spule 42 auf die Oberflächenlage 46 übertragen, wodurch eine mit kleiner Amplitude und schneller Beschleunigung erfolgende Bewegung der Oberflächenlage 46 erzeugt wird, die ausreicht, um sämtliches Eis, welches sich angesammelt hat, zu brechen und abzuwerfen.
Fig. 18 zeigt ein Schaubild der Verlagerung, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Oberflächenlage 46. Gemäß Fig. 18 wird die Oberflächenlage 46 um ungefähr 1,6,51 mm - 0,065 Inch - mit einer Spitzenbeschleunigung des ungefähr 18,750fachen der durch Schwerkraft (G's) erzeugten Beschleunigung und mit einer Spitzengeschwindigkeit von ungefähr 965,2 cm - 380 Inch - pro Sekunde verlagert. Die kompressiven und expansiven Kräfte, die erzeugt werden, werden beim Kollabieren des elektromagnetischen Feldes umgekehrt, wodurch eine Druckwelle an der Oberflächenlage 46 erzeugt wird. Die Spule 42 und die Oberflächenlage 46 werden schnell in die Ruheposition gemäß Fig. 4 gezogen. Wie aus Fig. 18 ersichtlich ist, beträgt die Spitzenretraktionsgeschwindigkeit ungefähr 685,9 cm - 270 Inch - pro Sekunde, und die Spitzenbeschleunigung beträgt ungefähr 13.750 G's. Im Effekt werden die Spule 42 und die Oberflächenlage 46 nicht nur von der Haut 44 abgestoßen, sondern auch zwangsweise zu der Haut 44 zurückbewegt. Wie Fig. 18 zeigt, erfolgt ein minimales "Springen" der Spule 42 und der Oberflächenlage 46 bei der Retraktion gegen die Haut 44. Ferner ist ersichtlich, daß die Anfangsverlagerung der Spule 42 und der Oberflächenlage 46 von der Haut 44 weg primär Kompressivbelastungen statt Zugbelastungen auf die Haut 44 überträgt.
Fig. 19 zeigt eine graphische Darstellung der Kraft gegenüber dem Spulenstrom bei einem Labortest mit Kraft-Spannvorrichtung. Es sind vier Testergebnisse gezeigt. Die mit den Bezugszeichen 90, 92, 94 versehenen Linien zeigen Verläufe der Kraft gegenüber dem Strom bei einer nach dem sogenannten Elektrorepulsiv-Prinzip arbeitenden Spule, das indem das elektrorepulsive Trennsystem betreffenden Patent beschrieben ist. Die mit 96 gekennzeichnete Linie zeigt den Verlauf der Kraft gegenüber dem Strom bei einer gemäß der Erfindung arbeitenden Spule. Die Linie 90 wurde unter Verwendung einer serpentinenartigen Vier- Schichten-Spule erzeugt. Die mit 92 gekennzeichnete Linie zeigt den Verlauf der Ergebnisse bei Verwendung einer aus rechteckigen Kupferbahnen geätzten, planaren Vier-Schichten- Spule. Die mit 94 gekennzeichnete Linie zeigt den Verlauf der Ergebnisse bei Verwendung einer planaren, rechteckigen Vier- Schichten-Spule 42, die gemäß der Erfindung betätigt wird. Wie aus Fig. 19 ersichtlich ist, erbrachte die Erfindung im Vergleich mit sämtlichen getesteten herkömmlichen Spulen markant bessere Ergebnisse. Die Ergebnisse waren besonders dramatisch im Vergleich mit flachen serpentinenartigen Spulen (Linie 90). Bei einem Spulen-Strom von 1700 Amp erzeugte die planare Spule 42 eine Repulsivkraft gut über 453 kg - 1000 Pounds -, während die serpentinenartige Spule eine Repulsivkraft von weniger als 90,6 kg - 200 Pounds - erzeugte.
In Fig. 5-8 sind alternative Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Diese alternativen Ausführungsformen werden nacheinander beschrieben. Wo es sinnvoll ist, werden Bezugszeichen für Elemente, die den verschiedenen Ausführungsformen gemeinsam sind, von einer Figur zur nächsten übernommen.
Fig. 5 zeigt eine mit 100 bezeichnete alternative Ausführungsform der Erfindung. Bei der Enteisungsvorrichtung 100 wird eine Befestigungsschicht 102 verwendet, die mit einer Metallhaut 44 bei Oberflächenkontakt verbondet oder in anderer Weise sicher an dieser befestigt ist. An der Innenfläche der Haut 44 kann bei Bedarf ein zusätzliches Target 104 (ein sogenannter "Doppler") angeordnet sein. Die Verwendung des Target 104 ist vorteilhaft, falls die Metallhaut 44 ist nicht dick genug ist, um adäquate Wirbelströme zu induzieren. Die Spule 42 ist an der Außenseite der Schicht 102 angeordnet. Die Spule 42 ist nicht mit der Schicht 102 verbondet, so daß sich die Spule 42 von der Schicht 102 weg und zu dieser hin bewegen kann. Die Oberflächenlage 46 bedeckt sowohl die Spule 42 als auch die Schicht 102. Die Füllschicht 48 (von der nur ein Teil gezeigt ist) schafft wie bei der anhand Fig. 4 beschriebenen Ausführungsform eine sanfte Kontur mit der Haut 44. Erwartungsgemäß wird die Schicht 102 aus einem nichtmetallischen Material wie z.B. Klebefilm, Faserglas oder dgl. hergestellt.
Ein Vorteil der Enteisungsvorrichtung 100 besteht darin, daß die Enteisungsvorrichtung 100 als vorgefertigte einstückige Einheit hergestellt werden kann, um anschließend an der Haut 44 befestigt zu werden. Es wird angenommen, daß sich die Ent eisungsvorrichtung 100 leichter an der Haut 44 befestigen läßt als die Enteisungsvorrichtung 40. Zudem ist, da die Schicht 102 im wesentlichen in Flächenkontakt an der Haut 44 befestigt ist, die Anhaftung zwischen der Enteisungsvorrichtung 100 und der Haut 44 außergewöhnlich stark.
Fig. 6 zeigt eine mit 110 bezeichnete weitere alternative Ausführungsform der Erfindung. Die Enteisungsvorrichtung 110 ist der Enteisungsvorrichtung 40 sowohl in der Struktur als auch in der Arbeitsweise mit Ausnahme der Tatsache gleich, daß ein Metall-Target 112 an der zweiten Seite der Spule 42 zwischen der Spule 42 und der Oberflächenlage 46 angeordnet ist. Die Füllschicht 48 ist im wesentlichen in Oberflächenkontakt mit der Haut 44 verbondet, jedoch ist die Spule 42 nicht mit der Haut 44 verbondet, so daß sie sich von der Haut 44 weg oder zu dieser hin bewegen kann. Erwartungsgemäß weist die Haut 44 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 Metall oder ein Verbundmaterial auf. Das Target 112 ist vorzugsweise durch einen Kleber, wie z.B. EA951, mit der Lage 46 verbondet. Die Spule 42 und das Target 112 sind durch eine dünne Trennlage oder Freigabeschicht 116 getrennt. Die Lage 116 ermöglicht dem Target 112 eine Bewegung von der Spule 42 weg oder zu dieser hin. Erwartungsgemäß weist das Target 112 ein paramagnetisches Material wie z.B. Aluminium auf. Die. Freigabeschicht 116 kann ein nichtklebriges thermoplastisches Material aufweisen. Ein für die Schicht 116 geeignetes Material ist im Handel unter der Vertriebsbezeichnung A5000 von der Richmond-Division der Dixico Incorporated erhältlich. Bei Bedarf kann die Position der Spule 42 und des Target 112 dahingehend ausgetauscht werden, daß das Target 112 sich in Kontakt mit der Außenfläche der Haut 44 befindet und die Spule 42 mit der Innenfläche der Oberflächenlage 46 verbondet ist.
Fig. 7 zeigt eine mit 120 bezeichnete weitere alternative Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist die Haut 44 ein Verbundmaterial auf. Die Enteisungsvorrichtung 120 enthält ein Metall-Target 122, daß an der zweiten Seite der Spule 42 angeordnet ist. Die Spule 42 und das Target 122 sind durch eine mit 124 gekennzeichnete Trennlage oder Freigabeschicht getrennt. Die Füllschicht 48 weist einen Trägerabschnitt 126 auf, der sich über den Vorderabschnitt der Enteisungsvorrichtung 120 erstreckt. Der Abschnitt 126 ist durch einen Leerraum 128 und eine Freigabeschicht 130 von der Außenfläche des Target 122 getrennt. Die Freigabeschicht 130 befindet sich in Kontakt mit der Außenfläche des Target 122. Die Oberflächenlage 46 ist mit dem Trägerabschnitt 126 verbondet.
Die Enteisungsvorrichtung 120 vergrößert die Kraft, die andernfalls auf die Oberflächenlage 46 aufgebracht werden kann. Während der Spulen-Aktivierung verbleibt die Spule 42 in Kontakt mit der Haut 44. Die Freigabeschicht 124 bleibt an dem. Target 122 befestigt und trennt sich von der Spule 42. Das Target 122 wird von der Spule 42 weg und anschließend zu dieser hin verlagert. Aufgrund des Einbeziehens des Leerraums 128 in dem Aufbau der Enteisungsvorrichtung bewegt sich das Target 122 um eine beträchtliche Distanz, bevor die Schicht 130 auf den Trägerabschnitt 126 auftrifft. Das dadurch erzeugte Moment bewirkt eine vergrößerte Auftreffkraft. Andererseits ist zu erwarten, daß ein Stromimpuls kürzerer Dauer verwendet werden kann, um einen im Vergleich zu der Enteisungsvorrichtung 40 äquivalenten Enteisungsvorgang zu erzeugen.
Bei Bedarf kann die Haut 44 aus Metall hergestellt werden, wobei in diesem Fall das Target 122 entfallen würde. Ferner w können die Positionen der Spule 42 und des Target 122 ausgetauscht werden, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 6 beschrieben.
Fig. 8 zeigt eine mit 130 bezeichnete weitere alternative Ausführungsform der Erfindung. Die Enteisungsvorrichtung 130 ist vom Konzept her der Enteisungsvorrichtung 120 ähnlich. Wie gezeigt, weist die Haut 44 Metall auf. Abstelle einer Anord nung des Leerraums 128 nahe dem Trägerabschnitt 126 jedoch ist der Leerraum 128 zwischen der Haut 44 und einer Freigabeschicht 132 gehalten, die sich in Kontakt mit der Spule 42 befindet. Bei der Enteisungsvorrichtung 130 entfällt das Target 122, und die Spule 42 steht in Kontakt mit der Innenfläche des Trägerabschnitts 126. Falls die Haut 44 Verbundmaterial aufweist, kann ein (nicht gezeigtes) Metall-Target in Verbindung mit der Spule 42 verwendet werden. Durch Verwendung der Enteisungsvorrichtung 130 kann die Retraktionskraft, die während des Abfallens des geformten Hochstrom-Impulses auftritt, die Bewegung der Oberflächenlage 46 unterstützen, so daß ein hochwirksamer Eisentfernungsvorgang erzielt wird.
In Fig. 9-11 sind bestimmte Komponenten der. Spule 42 gezeigt. Gemäß Fig. 9 ist ein erstes bahnförmiges Teil 140 durch einen ersten durchgehenden Leiter gebildet, der mehrere Windungen 142, ein erstes Ende 144 und ein zweites Ende 146 aufweist. Das erste Ende 144 bildet einen elektrischen Eingang in das Teil 140, während das zweite Ende 146 einen elektrischen Ausgang aus dem Teil 140 bildet. Das Teil 140 weist eine einzelne Bahn aus unlegiertem Kupfer oder Aluminium mit einer Dicke von ungefähr 0,016 Inch auf. Die Windungen 142 haben eine Breite im Bereich von 0,070-0,125 Inch.
Gemäß Fig. 10 ist ein zweites bahnförmiges Teil 150 durch einen zweiten durchgehenden. Leiter gebildet, der mehrere Windungen 152, ein erstes Ende 154 und ein zweites Ende 156 aufweist. Das erste Ende 154 bildet einen elektrischen Eingang in das Teil 150, während das zweite Ende 156 einen elektrischen Ausgang aus dem Teil 150 bildet. Das Teil 140 weist eine einzelne Bahn aus unlegiertem Kupfer oder Aluminium mit einer Dicke von ungefähr 0,4064 mm - 0,016 Inch - auf. Die Windungen 152 haben eine Breite im Bereich von 1,778-3,175 mm - 0,070- 0,125 Inch.
In Fig. 11 sind die Teile 140,150 in einer "vollständig überliegenden" Spulenanordnung gezeigt, die mit 160 gekennzeichnet ist. Bei dieser Anordnung sind die Windungen 142 unmittelbar an vergleichbaren Windungen 152 angeordnet. Die Enden 146,154 sind z.B. durch Löten verbunden, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, folgt der in das erste Ende 144 geleitete elektrische Strom einem Weg durch die Windungen 142, der in der gleichen Richtung verläuft wie der Stromfluß durch die einander überliegenden benachbarten Windungen 152. Das erste Teil 140 weist typischerweise 12 1/4 Windungen auf (Zur besseren Darstellung sind 8 1/4 Windungen gezeigt), was auch für das zweite Teil 150 gilt. Folglich bilden die einander überliegenden Teile 140,150 eine Spule 160 mit 24 1/4 Windungen. Obwohl die Teile 140,150 als rechteckig gezeigt sind, können sie auch quadratisch, kreisförmig oder in jeder anderen gewünschten Form ausgebildet sein.
Gemäß Fig. 12 ist eine Spule 170 durch einen spiralig gewikkelten fotlaufenden Leiter gebildet, der aus einem flachen Band mit einer Breite von ungefähr 4,826 mm - 0,19 Inch - und einer Dicke von ungefähr 0,635 m - 0,025 Inch - gebildet ist. Die Spule enthält ungefähr 40 Windungen, die derart eng gewunden sind, daß sie einen Innendurchmesser von ungefähr 6-,35 mm - 0,25 Inch - und einen Außendurchmesser von 5,715 cm - 2,25 Inch - bilden. Die Enden des Leiters sind mit Konnektoren 172, 174 zwecks Verbindung mit einer Quelle elektrischen Stroms versehen. Die Spule 170 ist weniger vorzuziehen als die. Spüle 160, zum Teil aufgrund ihrer größeren Dicke.
Die Spulen 160,170 in Verbindung mit anderen Komponenten, wie z.B. geeigneten dielektrischen Materialien und Einkapselungsmaterialien, werden zur Herstellung der Spule 42 verwendet. Weitere Einzelheiten zu der. Spule 42, einschließlich der Materialien und der zur Herstellung der Spule verwendbaren Techniken, finden sich in EP-A 0 428 142.
In Fig. 13-15 sind verschiedenartige in Spannrichtung verlaufende Anordnung der Spulen 42 gezeigt. In Fig. 13 sind die Spulen 42 um ungefähr 16 Inch beabstandet, und zwar äquidistant an jeder Seite der Rippen 180. Die Enteisungsvorrichtungen 40 sind an der Mittellinie der Vorderkante der Haut 44 miteinander ausgerichtet. Die Mittellinie ist durch die gestrichelte Linie 182 in Fig. 13-15 gezeigt.
In Fig. 14 sind die oberen und unteren Spulen 42 in ähnlicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 13 beschrieben vorgesehen. Wie in Fig. 13 sind die Spulen 42 in Spannrichtung um ungefähr 16 Inch voneinander beabstandet, und zwar äquidistant an jeder Seite der Rippen 124 und äquidistant oberhalb und unterhalb der Mittellinie 182.
In Fig. 15 sind die Spulen 42 in Spannrichtung relativ zu der Mittellinie versetzt angeordnet. Die bedeutet, daß eine Spule 42 oberhalb der Mittellinie 182 angeordnet ist, während die benachbarten Spulen 42 um eine gleiche Distanz unterhalb der Mittellinie 182 angeordnet sind. Wie beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 13 und 14 sind die Spulen 42 in Figur. 15 um 40,64 cm - 16 Inch - voneinander beabstandet, und zwar äquidistant an jeder Seite der Rippen 180.
Indem die Spulen 42 in der in Fig. 13-15 gezeigten Weise angeordnet sind, erzeugen die durch die Spulen 42 bewirkten expansiven Kräfte eine mit niedriger Amplitude und hoher Beschleunigung erfolgende bewegungs- und spannungserzeugende Welle an der Vorderkante der Haut 44, wodurch das Eis aufgebrochen und abgeschüttelt wird. Die Impulskraft jeder Spule 42 hängt von der Größe und dem Aufbau der Spule 42 und dem Gesamtaufbau der Enteisungsvorrichtung ab (wie in Fig. 4-8 gezeigt).
Wenn die Spulen 42 in der in Fig. 13 gezeigten Weise an der Mittellinie 182 plaziert sind, können die Spülen 42 sequen tiell oder gleichzeitig (als Elemente 1, 2, 3, etc.) oder als ungeradzahlige oder geradzahlige Gruppen (1, 3, 5 ..., oder 2, 4, 6 ...) aktiviert werden. Bei der Konfiguration gemäß Fig. 14 können die Spulen 42 sequentiell oder gleichzeitig als Gruppen an der oberen Fläche (1, 3, 5 ....), gefolgt von den Gruppen an der unteren Fläche (2, 4, 6 ...), oder umgekehrt aktiviert werden. In manchen Fällen kann die Anzahl der Spulen wie in Fig. 15 gezeigt minimiert werden und in Gruppen wie 1, 3, 5 ..., gefolgt von 2, 4, 6 ..., oder gleichzeitig als versetzte Gruppe 1, 2, 3 ... aktiviert werden. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Spulen 42 in vielen verschiedenen Plazierungen an der Haut 44 befestigt werden können und die Spulen 42 vielen verschiedenen Sequenzen aktiviert werden können, um einen wirksamen Enteisungsvorgang durchzuführen.
Bei gemäß dem Wirbelstrom-Prinzip funktionierenden mechanischen Enteisungsvorrichtungen, wie z.B. derjenigen gemäß Fig. 1, wurde eine Induktorspule verwendet, um Wirbelströme in einer Metallfläche zu erzeugen, die um ein Vielfaches größer war als die Induktorspule selbst. Gemäß Fig. 20 wird bei einer Spule mit einem Radius von 2,54 cm - einem Inch - der Wirbelstrom nur in einem beschränkten Radius um die Spule herum erzeugt. Fig. 21 zeigt, daß die Wirbelstromdichte schnell abnimmt, insbesondere bei Abständen vom Mittelpunkt der Spule weg. Die meiste Kraft wird innerhalb einer Distanz von 1,25 · Radius des Induktorspulen-Radius erzeugt. Bei existierenden Anwendungen, bei denen die Haut des Strukturteils dünn ist, ist ein Metall-Doppler oder Target mit einem Radius, der etwa 25% größer ist als der Induktorspulen-Radius, hinreichend zur Verbesserung der erzeugten Impulskraft.
Bei der in Fig. 6 und 7 gezeigten Enteisungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Target verwendet, das als. Teil der Enteisungsvorrichtung selbst einbezogen ist, ohne daß es erforderlich, ist, die Haut des Strukturteils als Target zu verwen den. Obwohl bei bestimmten der hier beschriebenen Ausführungsformen (insbesondere bei derjenigen gemäß Fig. 4) eine Metall- Haut verwendet wird, um zu der resultierenden, durch die Wirbelströme verursachten Auftreffkraft beizutragen, ist eine derartige Verwendung der Haut für das korrekte Funktionieren der Erfindung nicht erforderlich (mit Ausnahme der Ausführungsform gemäß Fig. 4). Die Erfindung funktioniert in adäquater Weise mit Häuten, die nichtmetallische Materialien, wie z.B. Graphit/Epoxid, aufweisen.
Fig. 22 zeigt ein Schaubild des auf ein Metall-Target ausgeübten Drucks (ausgedrückt als Wirbelstromdichte) gegenüber der Zeit bei verschiedenen Radien. Fast der gesamte Druck wird innerhalb einer Distanz erzeugt, die das 1,25fache des Radius der Induktorspule beträgt. Somit brauchen die mit der Erfindung verwendeten Targets der Größe und Gestalt der Induktorspule nur näherungsweise zu entsprechen, um eine, wirksame Kraft zu erzeugen. Das Target sollte höchstens einen Radius haben, der 25% größer ist als derjenige der Spule.
Die auf das Metall-Target einwirkenden Kräfte bestehen aus einer normalen Kraft, die von der Induktorspule weg nach außen wirkt und die sich mit dem Radius verändert. Diese veränderliche Kraft ist in Fig. 23 gezeigt, die ein Schaubild des Drucks über der Zeit bei verschiedenen Radien von der Mitte des Targets ist. Die Linien auf der rechten Seite von Fig. 23 verlaufen unterhalb der Abszisse, woran ersichtlich ist, daß die auf das Target einwirkende Kraft ihre Richtung beim Kollabieren des Magnetfeldes umkehrt. Wie bereits erwähnt, bedeutet dieses Merkmal der Erfindung, daß das Target nicht nur nach außen hin aktiviert wird, sondern auch nach innen hin aktiviert wird.
Es existiert ferner eine radial wirkende Kraft, die anfangs dazu tendiert, das Target zu komprimieren oder schrumpfen zu lassen, und die dann dazu tendiert, das Target expandieren zu lassen. Die radial wirkenden Kräfte können beim Durchführen von Enteisungsoperationen mit Vorteil verwendet werden, da die schnell wirkenden Kräfte eine Druckverteilungswelle (Kräuselungseffekt) erzeugen, die an der Oberfläche der Enteisungsvorrichtung zur Wirkung gelangt, wenn sich das Target verbiegt. Fig. 24 und 25 zeigen typische radial wirkende Kräfte, die auf das Target einwirken. Fig. 24 zeigt ein Schaubild der radialen Kraft in der Ebene pro Flächeneinheit der Target-Fläche, und Figur. 25 zeigt ein Schaubild der radialen Verteilung der Kraft in der Ebene pro Flächeneinheit des Targets. In Fig. 24 ist der Druck gegenüber der Zeit für verschiedene Radien gezeigt. In Fig. 25 ist der Druck gegenüber dem Radius für verschiedene Zeiten gezeigt. Wie bei Fig. 20-23 ist aus Fig. 24 und 25 ersichtlich, daß die mittels Wirbelströmen erzeugte Kraft schnell ihre Spitze erreicht und schnell abfällt. Ferner zeigen Fig. 24 und 25, daß Radialkräfte mit einer Distanz von mehr als 25% nicht signifikant sind.
Die von der Induktorspule erzeugte Impulskraft hängt von dem Durchmesser des Target, der Dicke des Target und dem Material ab, aus dem das Target hergestellt ist. Die Leitfähigkeit des Materials sowie dessen Dicke bestimmen den Wirbelstrom, der bei einem bestimmten Abstand zwischen der Induktorspule und dem Target erzeugt wird. Die Gestalt der Induktorspule und die Gestalt des Target können auch variiert werden, um für eine bestimmte Konstruktion, z.B. eine gekrümmte Tragfläche, eine maximale Auftreffkraft zu erzielen. Figur. 26 zeigt ein Schaubild der Impulse gegenüber der Target-Dicke für verschiedene Target-Materialien. Obwohl ersichtlich ist, daß Kupfer die beste Impulskurve bewirkt, bieten auch andere Materialien, wie z.B. 1145-Aluminium, eine akzeptable Leistung.
Zu den weiteren Design-Erwägungen zusätzlich zu der Target Größe und -Dicke zählen diejenigen, ob das Target laminiert werden soll (zwei oder mehr Schichten), und ob die Schichten aus dem gleichen Material hergestellt werden sollen. Was die Dicke betrifft, wird es als wünschenswert angesehen, ein Target mit einer Dicke herzustellen, die zwecks bester Impulserzeugung ungefähr der Tiefe einer elektrischen Haut entspricht. Bei Bedarf kann das Target aus zwei Schichten bestehen - eine zwecks Stärke, und eine zweite Schicht aus einem unterschiedlichen Material mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit. Es hat sich erwiesen, daß ein Vergrößern der Target-Dicke den erzeugten Impuls vergrößert. Dennoch sollte das Target generell so dünn wie möglich gehalten werden, um das Gewicht und Unregelmäßigkeiten in der Kontur des Strukturteils zu minimieren. Bei der Arbeit am Design von Dopplern (Targets an der Innenfläche des Strukturteils) hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Doppler-Dicke zu wählen, die bei der Schaltungsfrequenz gleich einer Hälfte der Tiefe der elektrischen Haut ist.
Ferner hat sich erwiesen, daß eine gegenseitige Abstimmung der elektrischen Periode und der mechanischen Periode zu den besten Ergebnissen führt. Insbesondere sollte die elektrische Periode derart gewählt sein, daß sie ein Achtel der natürlichen Periode beträgt. Falls der Spulenstrom eine lange Anstiegszeit hat, ist ein dickeres Target erforderlich. Aus Testergebnissen für herkömmliche mechanische Enteisungsvorrichtungen, bei denen Doppler verwendet werden, ist ersichtlich, daß die optimale elektrische Periode das Doppelte der mechanischen Periode beträgt. Es wird angenommen, daß eine ähnliche Beziehung zwischen der mechanischen und der elektrischen Periode auf die Erfindung zutrifft.
Frühere Testergebnisse basieren auf der Verwendung einer gleichförmigen Dicke der. Tragflächen-Haut und/oder des Dopplers. Es besteht die Möglichkeit, die Dicke und Gestalt des Target sowie die Beabstandung des Target von der Spule derart zu verändern, daß die in dem Target erzeugte. Kraft maßgerecht ausfällt und die Übertragung der Kraft auf die Enteisungsflächen verbessert wird.

Claims

1. Elektrisch leitendes Strukturteil mit einer an seiner Außenfläche befestigten Enteisungsvorrichtung, die eine exponierte Fläche aufweist, an der sich während eines Fluges Eis ansammelt, mit:

- einem elektrisch leitenden Teil mit einer ersten Seite, die nahe der Außenfläche des elektrisch leitenden Strukturteils angeordnet ist, und einer zweiten Seite, die von der Außenfläche des elektrisch leitenden Strukturteils beabstandet ist,

- einer zum Halten des elektrisch leitenden Teils vorgesehenen Halteeinrichtung (46, 48), die nahe der zweiten Seite des elektrisch leitenden Teils angeordnet ist und die exponierte Fläche der Enteisungsvorrichtung bildet, wobei die Halteeinrichtung (46, 48) flexibel ist, um bei Bewegung des elektrisch leitenden Teils relativ zu dem elektrisch leitenden Strukturteil das auf der exponierten Fläche angesammelte Eis abzulösen, und

- einer Einrichtung (60) zum Zuführen eines Hochstromimpulses kurzer Dauer zu dem elektrisch leitenden Teil,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das elektrisch leitende Teil eine einstückige Induktorspule (42) ist, die keine sich relativ zueinander bewegenden Abschnitte aufweist, und

- die Induktorspule (42) und die Halteeinrichtung (46,48-) als einstückige Konstruktion ausgebildet sind, die ohne Modifikation des elektrisch leiten dem Strukturteils an dessen Außenfläche befestigt ist.

2. Elektrisch leitendes Strukturteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein weiteres elektrisch leitendes Teil (112; 122), in dem bei Zuführung eines elektrischen Impulses an die Induktorspule (42) ein Wirbelstrom induziert wird, wobei die Induktorspule (42), die Halteeinrichtung (46, 48) und das weitere Teil (112; 122) als einstückige Konstruktion ausgebildet sind, die ohne Modifikation des Strukturteils an der Außenfläche des Strukturteils befestigbar ist.

3. Enteisungsvorrichtung, insbesondere zur Befestigung an der Außenfläche eines elektrisch nichtleitenden Strukturteil, wobei die Enteisungsvorrichtung eine exponierte Fläche aufweist, an der sich während eines Fluges Eis ansammelt, mit:

- einem elektrisch leitenden Teil mit einer ersten Seite, die nahe der Außenfläche des Strukturteils angeordnet ist, und einer zweiten Seite, die von der Außenfläche des Strukturteils beabstandet ist,

- einer zum Halten des leitenden Teils vorgesehenen Halteeinrichtung (46, 48), die nahe der zweiten Seite des leitenden. Teils angeordnet ist und die exponierte Fläche der Enteisungsvorrichtung bildet, wobei die Halteeinrichtung (46, 48) flexibel ist, um bei Bewegung des leitenden Teils relativ zu dem Strukturteil das auf der exponierten Fläche angesammelte Eis abzulösen, und

- einer Einrichtung (60) zum Zuführen eines. Hochstromimpulses kurzer Dauer zu dem leitenden Teil,

dadurch gekennzeichnet, daß

- ein weiteres elektrisch leitendes Teil (112; 122) vorgesehen ist, in dem bei Zuführung eines elektrischen Impulses an die Induktorspule (42) ein Wirbelstrom induziert wird, und

- die Induktorspule (42), die Halteeinrichtung (46, 48) und das weitere Teil (112; 122) als einstückige Konstruktion ausgebildet sind, die ohne Modifikation des Strukturteils an der Außenfläche des Strukturteils befestigbar ist.

4. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (46, 48) eine mit dem Strukturteil verbondete nichtmetallische Schicht (102) aufweist und die Induktorspule (42) relativ zu der nichtmetallischen Schicht bewegbar ist.

5. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorspule (42) planar ist.

6. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorspule (42) mehrere Schichten aufweist.

7. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (46, 48) eine flexible nichtmetallische Schicht (48), die mit der Außenfläche des Strukturteils verbondet ist, und eine Oberflächenlage (46) aufweist, die mindestens einem Teil der flexible nichtmetallische Schicht (48) überliegt.

8. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenlage (46) Metall aufweist.

9. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenlage (46) einen thermoplastischen Film aufweist.

10. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Verlagerungs-Hohlraum (128)-, der zwischen der ersten Seite der Induktorspule (42) und der Außenfläche des Strukturteils angeordnet ist.

11. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach Anspruch 10 und 2 oder 10 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere leitende Teil (112; 122) zwischen er Induktorspule (42) und der Außenfläche des Strukturteils angeordnet ist.

12. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Verlagerungs-Hohlraum (128), der zwischen der zweiten Seite der Induktorspule (42) und der Halteeinrichtung (46) angeordnet ist.

13. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach Anspruch 12 und 2 oder 12 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere leitende Teil (112; 122) zwischen der Induktorspule (42) und dem Verlagerungs-Hohlraum (128) angeordnet ist.

14. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere leitende Teil (112; 122) zwischen der ersten Seite der Induktorspule (42) und der Außenfläche des Strukturteils angeordnet ist.

15. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere leitende Teil (122) zwischen der ersten Seite der Induktorspule (42) und der Halteeinrichtung (46, 48) angeordnet ist.

16. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (46, 48) ein Metallteil aufweist, das nahe der zweiten Seite der Induktorspule (42) angeordnet ist.

17. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis. 16, gekennzeichnet durch ein Metallteil (104), das an der Innenfläche des Strukturteils gegenüber der Induktorspule (42) angeordnet ist.

18. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der bzw. dem die Halteeinrichtung (46, 48) eine Oberflächenlage (46) aus Metall aufweist, die nahe der zweiten Seite der Induktorspule (42) angeordnet ist.

19. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturteil eine Vorderkante (44) mit einer Mittellinie (182) aufweist, und eine erste Wicklung (42) über der Mittellinie (182) angeordnet ist und eine zweite Wicklung (42) unter der Mittellinie (182) angeordnet ist.

20. Enteisungsvorrichtung oder elektrisch leitendes Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturteil eine Vorderkante (44) mit einer Mittellinie (182) aufweist, und entlang der Vorderkante in der Nähe der Mittellinie (182) mehrere Induktorspulen (42) in Erstreckung der Vorderkante beabstandet angeordnet sind.