JP2020082735A - 受動的な防氷及び／または除氷デバイス、航空機の防氷及び／または除氷システム、およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受動的な防氷及び／または除氷システムを提供する。【解決手段】 受動的な防氷及び／または除氷デバイスは、疎氷性外側層であって、外側層への着氷を防止することにより、外側層上で氷が形成及び／または構築されることを防止するように構成されている、疎氷性外側層を含むことができる。本デバイスは、疎氷性外側層の下側に取り付けられた支持フィルムと、疎氷性外側層に対し、支持フィルムの反対側において、支持フィルムに取り付けられた接着剤とを含むことができる。【選択図】図１

Description

本開示は、たとえば航空機のための、除氷及び／または防氷システムに関する。

外部の航空機表面上の氷は、安全ではない空力学的な操縦翼面を含む、危険な飛行条件に繋がり得る。航空宇宙産業における除氷の要請が、現在、外部のブラダ（bladders）または加熱によって対処されている。それらの航空機全体の出力と重量との性能の不利益を低減するために、現在の除氷技術の性能を向上させることが望ましい。たとえば、現在の除氷技術によっては容易にアクセス可能ではない航空機の位置における除氷のための技術的要請も存在する。

慣習的な方法及びシステムは、概して、その意図される目的には十分であると見なされてきた。しかし、依然として、この技術において、向上された防氷及び除氷システムが必要とされている。本開示は、この必要性に関する解決策を提供する。

本開示の少なくとも１つの態様によれば、受動的な防氷及び／または除氷デバイスは、疎氷性（icephobic）外側層であって、外側層への着氷を防止することにより、外側層上で氷が形成及び／または構築されることを防止するように構成されている、疎氷性外側層を含むことができる。デバイスは、疎氷性外側層の下側に取り付けられた支持フィルムと、疎氷性外側層に対し、支持フィルムの反対側において、支持フィルムに取り付けられた接着剤とを含むことができる。

疎氷性外側層は、少なくとも部分的に、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバとすることができるか、含むことができる。特定の実施形態では、支持フィルムは、エラストマリザーバに化学的に接着することができる。たとえば、支持フィルムと疎氷性外側層とは、共有結合的に、ともに接着される。任意の他の適切な接着及び／または取付けが、本明細書で考慮される。

支持フィルムは、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、またはウレタンで形成することができる。支持フィルムは、エラストマリザーバとの共有結合、及び、向上された粘着作用を形成するために、反応性末端基を有する、シランまたは他の低分子量の分子で機能化することができる。反応性末端基には、ビニル基、水酸化物、シラノール、アミン、エポキシド、カルビノール、メタクリル酸、またはアクリル酸塩の部分（moieties）を含むことができる。エラストマリザーバは、シリコーンで形成することができる。たとえば、エラストマリザーバと接着剤との両方と化学的に接着することを可能にするように構成された、任意の他の適切な材料（複数可）が、本明細書で考慮される。

接着剤は、支持フィルムに化学的に接着する材料で形成することができる。特定の実施形態では、接着剤は、感圧式接着剤（ＰＳＡ）とすることができる。任意の他の適切な接着剤、及び／または、接着もしくは取付けのタイプが、本明細書で考慮される。

接着剤は、アルミニウム、グラスファイバ、またはコンポジット材料（たとえば、航空機の構造物）の少なくとも１つに接着するように構成することができる。接着するために使用されることになる接着剤のための任意の他の適切な材料が、本明細書で考慮される。

本開示の少なくとも１つの態様によれば、航空機の防氷及び／または除氷システムは、表面を有する航空機の構造物と、疎氷性外側層であって、航空機の構造物の表面に接着されるとともに、外側層への着氷を防止することにより、外側層上で氷が形成及び／または構築されることを防止するように構成されている、疎氷性外側層と、を含むことができる。疎氷性外側層は、少なくとも部分的に、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバを含むことができる。

構造は、航空機のウイングを含むことができる。疎氷性外側層は、ウイングの上側表面の大部分に配置することができる。特定の実施形態では、疎氷性外側層は、空気圧式除氷器または電気的に加熱される除氷器の下流に配置することができる。

特定の実施形態では、本構造は、空気圧式除氷ブラダ、及び／または、電気的に加熱される除氷器を含むことができる。そのような実施形態では、たとえば、エラストマリザーバは、構造の表面に直接、化学的に接着させることができる。構造の表面は、エラストマリザーバに接着されるようにシラン処理することができる。

本開示の少なくとも１つの態様によれば、方法は、支持フィルムを、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバに化学的に接着することを含むことができる。本方法は、接着剤を、支持フィルムの反対側に化学的に接着することをも含むことができる。

本主題の開示のシステム及び方法のこれら及び他の特徴は、図面と合わせて、以下の詳細な説明から、当業者にはより容易に明らかとなるであろう。

開示の主題が属する技術分野の当業者が、過度な実験を行うことなく、どのように開示の主題のデバイス及び方法を形成及び使用するかを容易に理解するように、開示の主題の実施形態は、特定の図面を参照して、本明細書において以下に詳細に記載される。

構造に取り付けられて示されている、本開示に係るデバイスの実施形態の断面立面図である。 本開示に係るシステムの実施形態の斜視図である。 本開示に係るシステムの実施形態の斜視図である。 本開示に係るシステムの実施形態の斜視図である。 本開示に係るシステムの実施形態の断面立面図である。 本開示に係るシステムの実施形態の断面立面図である。

ここで、同様の参照符号が開示の主題の同様の構造的特徴または態様を識別する、図面を参照する。説明及び図示の目的のため、限定ではなく、本開示に係るデバイスの実施形態の説明的な図が、図１に示されており、全体として、参照符号１００によって示されている。本開示の他の実施形態及び／または態様が、図２から図６に示されている。本明細書に記載のシステム及び方法は、着氷を防止するか、除氷を補助するために使用することができる。

図１を参照すると、受動的な防氷及び／または除氷デバイス１００は、疎氷性外側層１０１を含むことができる。この疎氷性外側層１０１は、外側層１０１への着氷を防止することにより、外側層１０１上で氷が形成及び／または構築されることを防止するように構成されている。デバイス１００は、疎氷性外側層１０１の下側に取り付けられた支持フィルム１０３と、支持フィルム１０３の、疎氷性外側層１０１に対する反対側において、支持フィルム１０３に取り付けられた接着剤１０５とを含むことができる。

疎氷性外側層１０１は、エラストマリザーバ１０１ａ（たとえば、ポリジメチルシロキサンまたは任意の他の適切な材料、たとえば、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、フッ化ポリウレタン、及びポリウレタンで形成される）とすることができるか、含むことができる。リザーバは、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤１０１ｂ（たとえば、パーフルオロポリエーテルまたは任意の他の適切な材料などの、オリゴマまたは低分子量のポリマフルオロカーボン）で、少なくとも部分的に飽和（saturated）させることができる。特定の実施形態では、支持フィルム１０３は、エラストマリザーバ１０１に化学的に接着することができる。たとえば、支持フィルム１０３と疎氷性外側層１０１とは、共有結合的に、ともに接着される。任意の他の適切な接着及び／または取付けが、本明細書で考慮される。

特定の実施形態では、支持フィルム１０３は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、またはウレタンで形成することができる。支持フィルム１０３は、エラストマリザーバ１０１ａに接着するように、エラストマリザーバ１０１ａとの共有結合、及び、向上された粘着作用を形成するために、反応性末端基を有する、シランまたは他の低分子量の分子で機能化することができる。反応性末端基には、たとえば、ビニル基、水酸化物、シラノール、アミン、エポキシド、カルビノール、メタクリル酸、またはアクリル酸塩の１つまたは複数を含むことができる。エラストマリザーバ１０１ａは、たとえば、シリコーンで形成することができる。たとえば、エラストマリザーバ１０１ａと接着剤１０５との両方と化学的に接着することを可能にするように構成された、任意の他の適切な材料（複数可）が、本明細書で考慮される。

接着剤１０５は、支持フィルム１０３と化学的に接着する材料で形成することができる。特定の実施形態では、接着剤１０５は、感圧式接着剤（ＰＳＡ）とすることができる。任意の他の適切な接着剤、及び／または、接着もしくは取付けのタイプが、本明細書で考慮される。

接着剤１０５は、アルミニウム、グラスファイバ、または複合材料（たとえば、航空機の構造物）の少なくとも１つに接着するように構成することができる。接着するために使用されることになる接着剤１０５のための任意の他の適切な材料が、本明細書で考慮される。

図１に示すように、デバイス１００は、接着剤を構造１０７上につけ、たとえば、押圧することにより、構造１０７に取り付けることができる。たとえば、構造１０７は、航空機の表皮、または、氷が形成され得る、任意の他の適切な構造とすることができる。たとえば、図２から図４に示すように、構造１０７は、航空機のウイングを含むことができる。疎氷性外側層１０１を有するデバイス１００は、たとえば図２に示すように、ウイングの上側表面の大部分に配置することができる。図３及び図４に示すように、特定の実施形態では、疎氷性外側層１０１を有するデバイス１００は、空気圧式除氷器３０１または電気的に加熱される除氷器４０１の下流に配置することができる。任意の適切なサイズのデバイス１００、または、構造１０７上のカバーエリアが、本明細書で考慮される（たとえば、図示のような、１つまたは複数のパネルが、ウイングのテーパに一致するように構成されている）。

図５及び図６を参照すると、本開示の少なくとも１つの態様によれば、航空機の防氷及び／または除氷システム（たとえば、システム５００、６００）が、表面（たとえば、３０１ａ、４０１ａ）を有する航空機の構造物（たとえば、空気圧式除氷器３０１、電気的に加熱される除氷器４０１）を含むことができる。疎氷性外側層１０１は、航空機の構造物３０１、４０１の表面上に接着させることができ、かつ、外側層１０１への着氷を防止することにより、外側層１０１上で氷が形成及び／または構築されることを防止するように構成することができる。疎氷性外側層１０１は、たとえば上述のように、任意の適切な疎氷性外側層１０１を含むことができる。

特定の実施形態では、図５に示すように、本構造は、空気圧式除氷ブラダ３０１（たとえば、高分子材料で形成されている）を含むことができる。特定の実施形態では、本構造は、電気的に加熱される除氷器３０１（たとえば、接着可能な材料の外側表面、たとえば、クロロプレンもしくはエポキシ、または、グラスファイバもしくは金属表面を有する）を含むことができる。そのような実施形態では、たとえば、エラストマリザーバ１０１ａは、構造の表面に直接、化学的に接着させることができる。構造の表面は、たとえばエラストマリザーバ１０１ａに接着される反応性末端基を有するシランで機能化することができる。任意の他の適切な構造、及び／または、接着の化学作用／技術が、所望の構造に外側層１０１を直接接着するために、本明細書で考慮される。特定の実施形態では、除氷器３０１、４０１は、疎氷性外側層１０１を有するように作成することができる。

本開示の少なくとも１つの態様によれば、方法は、支持フィルムを、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバに化学的に接着することを含むことができる。本方法は、接着剤を、支持フィルムの反対側に化学的に接着することをも含むことができる。

上で開示したように、特定の実施形態は、支持フィルム上のヒドロキシル基（または、たとえばエネルギ／熱で形成された、任意の他の適切な官能基）を含んでいる。シランは、次いで、ヒドロキシル基または他の適切な官能基に適用することができる。シランは、エラストマリザーバ１０１ａ（たとえば、シリコーンで形成されている）に対して融和性であるか、共有結合的に接着され得る。エラストマリザーバ１０１ａは、潤滑剤１０１ｂを保持するように、濡れたスポンジのように機能することができる。支持フィルム１０３は、潤滑剤１０１ｂに対して類似の可溶性を有する、交差結合したポリマとすることができる。ＰＳＡは、支持フィルム１０３の他方側につけることができ、また、所望のアプリケーションにつけることもできる。そのようなデバイスは、疎氷性表面を、ステッカなどの、任意の適切な構造に添付することを可能にすることができる。特定の実施形態は、疎氷性構造を、所望の構造（たとえば、構造材料の少なくとも外側層が、接着されることが可能である場所）に直接接着することを可能にする。

特定の実施形態によれば、エラストマポリマ、たとえば、ポリジメチルシロキサンは、フィルムへと形成され、潤滑剤でいっぱいにされる（たとえば、パーフルオロポリエーテルなどの、オリゴマ、または低分子量のポリマフルオロカーボン）。液体フルオロカーボンは、氷の形成を抑制し、形成される氷の付着を防止する、スムーズな、移動する、疎氷性フリーの表面を提供することができる。実施形態は、着氷の時間を増大させる方法をも提供する。膨潤したベースポリマは、支持フィルム、及び、感圧式接着剤に結合させることができる。感圧式接着剤は、構造的な塗布基板に強固に接着する、システムのための方法を提供することができる。基板は、金属、もしくは、コンポジット式の航空宇宙における構造、または、慣習的な空気圧式の除氷ブラダもしくは電気的に加熱される除氷器の表面、または、任意の他の適切な基板で構成することができる。

実施形態は、氷の形成を受動的に遅らせる、及び／または、氷の結晶を航空宇宙の外側表面上で流すことができる、疎氷性表面を提供する。受動的なコーティングベースの除氷システム及びデバイスは、現在の除氷技術に比べ、外部の出力と重量との不利益を低減する。実施形態は、ナセル構造、リフティング表面、エンジン構成要素、及び／または、任意の他の適切な航空機もしくは航空機ではない構造の露出部分に適用することができる。実施形態は、移動、表面処理、及び、新しいコーティングシステムの再適用によって、容易に修復可能である。

当業者には、本明細書に開示の任意の数値を、明確な値とすることができるか、あるレンジ内の値とすることができることを理解されたい。さらに、本開示で使用される、推定の任意の用語（たとえば、「約（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｒｏｕｎｄ）」）は、あるレンジ内の、述べられている値を意味することができる。たとえば、特定の実施形態では、レンジは、（プラスまたはマイナス）２０％内、または１０％内、または５％内、または２％内、または、任意の他の適切なパーセンテージもしくは、当業者によって理解されるような数（たとえば、既知の許容限度または誤差のレンジに関する）の内にあるものとすることができる。

任意の開示された実施形態、及び／または、実施形態の任意の適切な部分（複数可）の、任意の適切な組合せ（複数可）は、当業者によって理解されるように、本明細書で考慮される。

上述し、図面に示した本開示の実施形態は、これら実施形態が関連する技術における向上を提供する。開示の主題が、特定の実施形態の参照を含むが、当業者は、変更及び／または変化が、開示の主題の精神及び範囲を逸脱することなく、これら装置及び方法に対して行われ得ることを容易に理解するであろう。

Claims (20)

1. 疎氷性外側層であって、前記外側層への着氷を防止することにより、前記外側層上で氷が形成及び／または増強されることを防止するように構成されている、前記疎氷性外側層と、
   前記疎氷性外側層の下側に取り付けられた支持フィルムと、
   前記支持フィルムの、前記疎氷性外側層に対する反対側において、前記支持フィルムに取り付けられた接着剤と、
   を備える、受動的な防氷及び／または除氷デバイス。
2. 前記疎氷性外側層が、少なくとも部分的に、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバを含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記支持フィルムが、前記エラストマリザーバに化学的に接着されている、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記支持フィルムと前記疎氷性外側層とが、互いに共有結合的に接着されている、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記支持フィルムが、ＰＥＴまたはウレタンで形成される、請求項３に記載のデバイス。
6. 前記接着剤が、前記支持フィルムと化学的に接着される材料で形成されている、請求項３に記載のデバイス。
7. 前記接着剤が、感圧式接着剤（ＰＳＡ）である、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記接着剤が、アルミニウム、グラスファイバ、または複合材料の少なくとも１つに接着するように構成されている、請求項６に記載のデバイス。
9. 前記支持フィルムが、前記エラストマリザーバに接着されるようにシラン処理されている、請求項３に記載のデバイス。
10. 前記エラストマリザーバが、シリコーンで形成されている、請求項３に記載のデバイス。
11. 航空機の防氷及び／または除氷システムであって、
    表面を有する航空機の構造物と、
    疎氷性外側層であって、前記航空機の構造物の前記表面に接着されるとともに、前記外側層への着氷を防止することにより、前記外側層上で氷が形成及び／または増強されることを防止するように構成されている、前記疎氷性外側層と、
    を備えた、航空機の防氷及び／または除氷システム。
12. 前記構造物が、空気圧式除氷ブラダである、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記構造物が、電気的に加熱される除氷器である、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記疎氷性外側層が、少なくとも部分的に、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバを含む、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記エラストマリザーバが、前記構造物の前記表面に直接、化学的に接着されている、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記構造物の前記表面が、前記エラストマリザーバに接着されるようにシラン処理されている、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記構造物が、航空機のウイングである、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記疎氷性外側層が、前記ウイングの上側表面の大部分に配置されている、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記構造物が、空気圧式除氷器、または、電気的に加熱される除氷器の下流に配置されている、請求項１７に記載のシステム。
20. 支持フィルムを、疎氷性、及び／または、疎水性の潤滑剤で飽和したエラストマリザーバに化学的に接着することと、
    接着剤を、前記支持フィルムの反対側に化学的に接着することと、
    を備えた、方法。

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