JP2661905B2 - 前縁の除氷装置および除氷方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は前縁を除氷するための方法および装置に関す
る。特に、翼、支柱、安定板およびプロペラのような航
空機の前縁面を除氷することに関する。詳しくは、本発
明は前縁に使用するための空気圧により作動される除氷
装置に関する。 ［発明が解決しようとする課題］ 動力航空技術の初期の段階から、ある飛行条件の下で
の翼および支柱のような航空機の構成部分の表面上への
氷の堆積は、時折、航空機の支障となっていた。そのよ
うな堆積はそのまま放置すれば、最終的には航空機の重
量増加を引き起こし、また翼の外形を飛行不可能な状態
となるほどに変えてしまう可能性がある。飛行条件下の
氷の堆積に対抗するための手段を見い出だすことは絶え
ず続けられ、そして堆積した氷を除去するための、総称
としては除氷として知られる工程である３つの一般的な
方案に至った。 １つの除氷方式においては、前縁、すなわち氷が付着
し且つ航空機の周囲を流れる空気と衝突しそしてこの気
流が停滞する地点を有する航空機の構成部分の縁部は、
堆積した氷と航空機構成部分との間の接着力を緩和させ
るために加熱される。ひとたび接着力が緩和されると、
この氷は、通常、航空機の周囲を通過する気流により航
空機構成部分から吹き飛ばされる。２つの前縁加熱方法
が非常に通俗的である。 その一方の方案によれば、発熱体は前縁の周囲に取り
付けられるゴム製ブーツに内臓されるかまたは航空機構
成部分の外板構造に組み入れることにより航空機構成部
分の前縁ゾーンに配置される。この発熱体は、一般に１
台またはそれ以上の航空機エンジンにより駆動される発
生源から得られる電気的エネルギーを動力とし、堆積し
た氷を緩和するのに十分な熱を供給するためにオン／オ
フ切り替えされる。一般に１台または２台のエンジンを
動力とする非常に小形の航空機においては、電気的除氷
の使用のために十分な量の電力は得られないだろう。 他方の加熱方案によれば、タービンエンジンの１段目
またはそれ以上の圧縮段階からの高温の気体が加熱除氷
または着氷防止を達成するするために翼および支柱のよ
うな構成部分の前縁に流布される。タービンエンジンを
動力とする航空機に採用した場合、航空機のタービンエ
ンジンからのこれらのいわゆるコンプレッサ抽気または
バイパス流の使用が燃費の悪化、タービン出力の低下に
至る可能性がある。 制限はあるが、状況によっては、氷の航空機への接着
力を低下させるため、または航空機の方面に堆積する氷
の凝固点を低下させるために、航空機の全面または一部
に化学薬品が塗布される。 残りの一般に採用されている除氷のための方法は、一
般に、機械的除氷と呼ばれる。主な商業用機械的除氷手
段である空気圧除氷においては、航空機の翼または支柱
構成部分の前縁ゾーンは加圧流体、一般に、空気を使用
して膨張させることができる複数の膨張自在の一般に管
状の構造で被覆される。管状構造は膨張すると翼または
支柱の前縁の外形を押し広げる傾向があり、そして航空
機構成部分の周囲を通過する気流の中に分散させるため
にその上に堆積している氷を割る。一般に、このような
管状構造は航空機構成部分の前縁とほぼ平行に広がるよ
うに構成される。 翼および安定板のような翼構造の場合、これらの構造
は翼の幅一杯に延在することができる。複数の管状構造
は、しばしば翼または支柱上に配置され、そして一般
に、前縁から離間して弦方向に連続配列されることによ
り翼または支柱の前縁と平行になるように構成される。
複数の管は翼または支柱の前縁外形全体に対して氷除去
機能を提供することができる。 通常、空気圧式除氷装置はゴム状の、すなわち相当な
弾性特性を有する化合物から形成される。一般に、この
ような除氷装置構造の管を形成する材料は、除氷装置
（並びに前縁）の外形を相当に変化させ、それにより前
縁に堆積する氷を割る膨張サイクルの間に、40％以上膨
張または伸張することができる。少なくとも、そのよう
な高い膨張性の管のために大量の空気が必要とされるた
めに、このような管を膨張させるための時間は、一般
に、従来は平均で２秒〜約６秒となっている。 このような従来の空気圧式除氷装置を形成するゴムま
たはゴム状材料は、一般に、約6,900kPaの弾性係数を有
する。周知のように、氷は一般の堆積氷がそのような堆
積氷を支持する表面の輪郭形状のわずかな変化には適応
することができるほどの弾性係数を有する。氷の弾性係
数としては、約275,000kPa〜約3,450,000kPaまで様々に
報告されている。 従来の除氷装置に使用されるゴムの弾性係数は、しか
し、一般に堆積氷に関係する弾性係数とは相当に異な
り、膨張中に除氷装置から受ける大きな膨張はその上の
堆積氷の構造をひび割らせるかまたは破裂させるように
機能するので、そのような堆積を翼に衝突する気流によ
り吹き飛ばすことができる。 堆積氷はそれを支持する表面の輪郭形状のわずかな変
化に従って、少しだけゆっくり変化する。堆積氷が支持
表面の輪郭形状の変化に何とか順応して変化する現象は
熱可塑性材料におけるコールドフローの現象に似てい
る。堆積氷が極めて急速ではあるが、小さい変形を受け
た場合、被覆氷層はこのような輪郭形状の変化に十分に
速く対応することができず、ハンマーで打たれたかのよ
うに粉砕する。 さらに最近になって、米国特許第3,549,964号に示さ
れるように、翼または安定板の前縁に電気機械的打撃を
与えると前縁上の堆積氷の除去の助けになることが発見
された。目下のところ、このような前縁が長時間にわた
り打撃を受けることにより応力疲労を生じ易いという点
を考慮して、この電気機械的打撃方式は実質的には業務
用としては開発が防げられている。 電熱除氷装置の適用を必要とせず且つ膨張状態にある
間に長時間にわたり前縁の外形を相当にゆがませ、それ
により前縁の有効な性能を損なうような空気圧式除氷装
置の適用を必要としない前縁除氷のための手段は当業界
でかなりの適用を見い出すであろう。さらに、そのよう
な前縁を除氷するための手段が電気機械的打撃に関係す
るような応力による長時間の構造損傷の可能性を示さな
い場合は、そのような除氷手段は相当な商業的な実用性
を見い出すであろう。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、表面、特に前縁面の除氷のための装置と方
法を提供する。 すなわち、本発明によれば、第１に、 ａ）氷が堆積する、非常に高い弾性係数を有する材料で
形成されている前縁の外表面と； ｂ）上記前縁の前記外表面の下に位置し、作動したとき
に前記外表面の除氷を達成することのみに必要な程度に
外表面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみを生
じさせるような大きさ、位置および物理的形状を有する
少なくとも１つのゆがめ手段を有し、その外表面のゆが
みと外表面上の弦方向のひずみの発生がゆがめ手段の作
動開始から0.250秒以内に達成されるものであり； ｃ）除氷を達成することのみに必要な程度に外表面をゆ
がませそして外表面上に弦方向のひずみを生じさせるた
めにゆがめ手段を作動させる作動手段を有し、そのゆが
め手段を作動させる作動手段はゆがめ手段の作動開始か
ら0.250秒以内に外表面をゆがませそして外表面上に弦
方向のひずみを生じさせるようにゆがめ手段を作動させ
るものである； からなる氷の着氷する前縁の除氷装置が提供される。 また、本発明によれば、第２に、 ａ）氷が堆積する、非常に高い弾性係数を有する材料で
形成される前縁の外表面を設ける過程と； ｂ）上記前縁の前記外表面の下に位置し、作動したとき
にその前記外表面の除氷を達成することのみに必要な程
度に外表面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみ
を生じさせるような大きさ、位置および物理的形状を有
する少なくとも１つのゆがめ手段を設ける過程と、ここ
で前記ゆがめ手段の作動開始から0.250秒以内に外表面
のゆがみと外表面上の弦方向のひずみの発生が達成され
るものであり； ｃ）除氷を達成することのみに必要な程度に外表面をゆ
がませそして外表面上に弦方向のひずみを生じさせるた
めに該ゆがめ手段を作動させるための作動手段を設ける
過程と、ここで該ゆがみ手段を作動させるための前記作
動手段はゆがめ手段の作動開始から0.250秒以内に外表
面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみを生じさ
せるように該ゆがめ手段を作動させるものであり； ｄ）上記ゆがめ手段の上記作動を開始するように上記作
動手段を作動させる過程と； ｅ）上記ゆがめ手段の作動の0.250秒以内に、外表面の
除氷を達成することのみに必要な程度に外表面をゆがま
せそして外表面上に弦方向のひずみを生じさせる過程
と； からなる氷が着氷する前縁の除氷方法が提供される。 本発明の除氷装置および装置によれば、ゆがめ手段に
よって、極めて短い間（0.250秒以内）で、しかも僅か
な変形しか伴わずに、弦方向のひずみを発生させること
によって、除氷を効果的に達成することができる。 この本発明方法においては、相当に高い弾性係数を有
する材料の表面に氷が堆積する。この本発明の方法によ
れば、この外表面の下方に、作動したときに外表面をゆ
がませ、外表面に相当の部分に弦方向にひずみを発生さ
せるのに適する大きさ、位置および物理的形状のゆがめ
手段が設けられる。ゆがめ手段は、外表面に堆積または
付着した氷を解離するのに十分な所望の周期的なゆがみ
および弦方向ひずみを発生させるのに十分な程度に周期
的に作動され、この作動は約0.25秒以内、さらに好まし
くは約0.10秒以内、そして最も好ましくは0.05秒以内に
十分な程度になされる。 ゆがめ手段は膨張自在の手段であるのが好ましく、加
圧流体、好ましくは空気などの圧縮気体を使用して作動
することができる膨張自在に手段であるのが好ましい。 しかしながら、本発明の方法を実施する場合、外表面
をその休止時の外形から押圧するかまたは反らせること
により外表面をゆがませるように構成される機械的リフ
ターなどの他のゆがめ手段を採用することができる。 ゆがみは外表面に極めて短い時間で、一般に100ミリ
秒以内、最も好ましくは50ミリ秒未満引き起こされるの
が好ましい。引き起こされるゆがみは約0.5cmを超えな
いことが好ましく、そして好ましくは約0.25cm以下であ
る。 本発明によれば、前縁表面などの着氷面を除氷するた
めの本発明の装置は、一般に、氷が堆積する相当に高い
弾性係数を有する材料から形成される外表面を含む。こ
の弾性係数は少なくとも275,000kPaであるのが好まし
く、除氷装置の表面上に堆積する氷の特性である弾性係
数と少なくとも同じ位大きいのが最も好ましい。 装置は作動したときに除氷装置の外表面をゆがませ
て、外表面の相当の部分に弦方向ひずみを発生させるよ
うな大きさ、位置および物理的形状の少なくとも１つの
ゆがめ手段を含む。このゆがめ手段は、外表面の下方に
配置され且つ加圧流体を使用することによって作動され
る膨張自在の管状部材であるのが好ましい。この流体は
圧縮された気体状物質であるのが好ましい。 装置は外表面のゆがみを発生させるためにゆがめ手段
の作動を引き起こす作動手段を含む。この作動手段は、
膨張手段と共に使用するように構成される場合、膨張自
在の部分を約0.25秒以内、好ましくは約100ミリ秒以
内、そして最も好ましくは約50ミリ秒以内に膨張させる
ための手段を含む。このようなゆがめ手段が膨張自在の
部材である場合、一般に、装置は膨張に続いてゆがめ手
段を収縮させるための手段を含む。 好ましい具体例においては、ゆがめ手段が膨張自在で
ある場合、本発明による装置は、膨張自在の管状部材が
外表面の所望の変形および弦方向ひずみを与えるために
必要な程度を越えて膨張することのないように保証する
手段を含む。このような気体状流体のための過剰膨張防
護手段は、一般に、加圧気体状流体源との流体連通中に
アキュムレータを含み、アキュムレータはアキュムレー
タから気体状蓄積物が管状部材の中に放出されたときの
管状部材が所望の程度まで膨張するような特定の大きさ
を有する。一般に、膨張自在の部材を膨張させる膨張部
材はソレノイド作動パイロット弁であり、アキュムレー
タはそのような膨張手段の構造に組み込まれるのが好ま
しい。 本発明の好ましい具体例の実施に使用するための圧縮
気体は航空機のエンジンタービンのコンプレッサ手段の
ような低圧気体源から増圧器の使用を介して得ることが
できる。そのような増圧器は、一般に、２つのピストン
面を含み、その一方のピストン面の面積は他方のピスト
ン面より小さい。ピストンの移動によって、広いピスト
ン面と関連する空洞が排気されるように、小さいピスト
ン面を低圧気体源に当てる方法が提供される。大きいピ
ストンの空気チャンバが排気されたときに、低圧気体源
が大きいピストンチャンバに与えられ、ピストンが逆転
して小さいピストン面と関連するチャンバ内にある気体
を圧縮するように、位置合わせ手段を有するポペットが
設けられる。所望の程度の圧縮が達成されると、大きい
ピストンチャンバを再び排気することができ、低圧気体
が再び小さいピストンチャンバに加えられるようにポペ
ットは再び移動される。 本発明の上述およびその他の特徴と利点は、ともに本
明細書の一部を構成する以下の本発明の最良の実施態様
の説明および図面を参照することによりさらに明白にな
るであろう。 ［実施態様］ 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。 本発明は前縁を除氷するための方法および装置を提供
する。除氷とは、前縁上への着水の形成に続いて氷を除
去することである。前縁とは、構造に衝突する気流を受
け且つその大部分を突切るように機能するその構造の表
面の部分である。前縁の例としては、飛行中の航空機の
周囲を流れる気流が最初に衝突する翼、安定板、支柱、
ナセル並びにその他のハウジングおよび突出部の前方の
縁部分であろう。 図面に言及すると、第１図は本発明による前縁除氷装
置10を示す。 除氷装置10は弾性係数、すなわちいわゆるヤング係数
が相当に高いプラスチックまたは金属のような剛性材料
から形成される外表面層12、すなわち外板を含む。この
弾性係数は少なくとも40,000kPaとすべきである。弾性
係数は前縁上に堆積する氷に関連する弾性係数と少なく
とも同じ位大きいのが好ましく、この弾性係数は少なく
とも275,000kPaであるのが好ましい。大部分の好ましい
具体例においては、この弾性係数は約7,500,000kPaまで
か、またはそれ以上になってもよいと考えられている。 上方中間プライ14および下方中間プライ16が外板12の
下方に配置されている。これらのプライ14、16は、一般
に、片面にゴム引用配合ゴムがコーティングされた布材
料である。上方中間プライ14では、ゴムコーティング面
は外板12に向かって外側に向いており、外板12に接着さ
れる。下方中間プライ16では、ゴム引用配合ゴムは外板
12とは反対側の内方に向いており、そのため、中間プラ
イ14、16の布材料は共動して中間プライ14、16の間に間
隙空間18を規定する。 中間プライ14、16に採用される布は何らかの適切なま
たは従来どおりの性質を持つものであればよい。レーヨ
ン、ポリエステル、ナイロンまたはアクリル繊維をベー
スとする織布が好ましく採用される。ゴム引用配合ゴム
は除氷装置10の外板12またはその他の構成要素に接着す
るのに適する天然ゴム、スチレンブタジエンゴムまたは
クロロプレンゴムのような外側の外板12または除氷装置
10の他の構造部分に接着するのに適した、何らかの適切
なまたは従来どおりの性質を持つものであればよい。適
切な配合ゴムはゴム配合の分野においてはよく知られて
いる。 プライ14、16はヒートシーリング、化学接合、接着剤
のような機械的接合、または図示されるように除氷装置
の少なくとも一方の後縁部20におけるステッチ部19によ
り接合される。 膨張自在の部材24および接着プライ26は下方中間プラ
イ16に接着剤、下方中間プライ16のゴム引用配合ゴム面
への加硫接合またはその他の適切なまたは従来どおりの
手段により取り付けられる。接着プライ26は、一般に、
航空機の外板に接着するのに適したゴムまたはゴム状材
料から形成される。 そのような配合ゴムは当該技術分野においてよく知ら
れており、特定の配合ゴムの選択は、除氷装置が取り付
けられる航空機の外板の性質、天然ゴムと合成ゴムの相
対的なコストおよび有用性を含むであろう多くの要因に
よって決まるだろう。 接着プライの材料の選択を左右するパラメータはゴム
加工技術ではよく知られている。ネオプレン（登録商
標）（デュポン社）のようなクロロプレンゴムおよびニ
トリルゴムは接着プライの材料として好ましい。 膨張自在の部材24は、一般に、除氷装置の長さに沿っ
て延び、中間プライ14、16と同様に片面がゴム引用配合
ゴムでコーティングされた織布材料から形成される管状
構造である。管状部材24は、ゴム引用配合ゴムでコーテ
ィングされた面がこの膨張自在の部材24の中心から外側
に向き、それによって管状部材24の内部に膨張空洞28を
規定するように構成される。膨張用導管30は適切なまた
は従来どおりの周知の方法により膨張空洞28と流体連通
する状態で設けられる。間隙用導管31は、真空源を使用
して間隙空間18を排気できるように空隙空間18と流体連
通する状態で設けられる。 第１図には、１つの膨張自在の部材24だけ示されてい
るが、外側の外板12の下方に複数の膨張部材を配置し、
膨張時に外側の外板のゆがみを発生させるように構成し
てもよいことが理解されるであろう。膨張自在の部材24
は、所望の圧力、一般に、約69kPa〜約276kPaに膨張し
たときに外側の外板が管状部材の上方で約0.5cmを越え
ない程度、好ましくは約0.25cmを越えない程度に変形さ
れるような大きさと形状を有する。必要とされる実際の
ゆがみは、前縁10の物理的形状と、その上に堆積する氷
の性質との関数である。一般に、そのようなゆがみは0.
1cm〜0.35cmの範囲であることが好ましい。管状部材24
の膨張に従って外側の外板がゆがむことにより、外側の
外板12に第１図の線35により示される弦方向のひずみが
発生し、そしてこのゆがみと、それに伴う弦方向のひず
みは、氷と外板との境界面に氷の外板への接着を破断す
るように作用する応力を発生し且つ氷が付着している外
板におけるひずみの程度までひずむことが不可能である
という理由によると考えられる接着性のひびを氷自体に
発生させる点までゆがませる。 除氷装置全体10は航空機の外板に適切なまたは従来ど
おりの周知の方法により接合されるが、一般には、3Mパ
ートナンバー1300Lのような接着剤を使用して接合を行
なう。 段なしフィレット37、38は除氷装置10について一様で
なめらかな外形を保証するために設けられる。 線35により示される弦方向ひずみは除氷装置10の外側
の外板12におけるある一定の非常に制限された延伸運動
を引き起こす。外板12の延伸が制限されるのは、従来の
空気圧式除氷装置とは異なり、外板が高い弾性係数を有
しているためである。実質的に低い係数を有するべきゴ
ム中間プライ14、16および接着プライ26に関しては高い
係数の考慮は重要ではない。実質的に高い係数を有する
べき外側の外板12のみ、係数の考慮は重要になる。従っ
て、外側の外板は約３％を越える、最も好ましくは約5.
0％を越える極限伸長を有する相当に係数の高い材料か
ら形成される。弾性であるとは、大きさまたは形状の永
久的な損失なしに変形を持続させることができることを
いう。弦方向のひずみの結果として、ゆがみの間に外側
の外板12が受ける動作伸びは、除氷装置の外表面を形成
する外側の外板12の材料の固有の極限伸長より小さいべ
きであり、そうでなければ、外側の外板12の早期破損が
起こってしまうだろう。動作伸びは、また材料の疲労ひ
ずみより低いべきである。疲労ひずみは頻繁なゆがみが
材料の疲労破損を生じさせるような伸びである。 外板12は金属またはプラスチックのような適切なまた
は従来どおりの材料から形成されればよい。焼きなまし
ステンレス鋼の薄板および焼きなましチタンの薄板は本
発明を実施する上で外側の外板12として有用である。薄
いとは、金属の場合で0.00254cm〜0.0254cm、非金属の
場合は0.008cm〜0.0508cmであることをいう。同様に、
高い弾性係数および適切な極限伸長の特性を有するプラ
スチックも外側の外板の形成には有用である。本発明を
実施する上で特に有用なプラスチック材料の１つはICI
より入手可能なポリエーテルエーテルケトン（ピーク）
である。 ポリカーボネート、アセタール、ナイロン、ポリエス
テル、ポリフッ化ビニル、ポリエチレンおよびその同質
のもののような他の適切なまたは他の従来どおりのプラ
スチック材料を本発明の実施に際して使用することがで
きる。そのような材料は約3.0％を越える、好ましくは
約5.0％を越える極限伸長と、少なくとも約40,000kPa、
好ましくは少なくとも約275,000kPa、しかし約7,500,00
0kPa以上までの弾性係数、すなわちヤング係数とを有す
る。金属ではなく、ポリマー材料の使用はそのようなポ
リマー材料に氷が接着する傾向が低いことによる利点が
あるだろう。 第１図に言及すると、表面層12を変形させるための膨
張自在の管状部材24以外の代わりの手段を使用できるこ
とは明白であるべきである。膨張自在の部材24は、表面
層12を変形させるために機械的リフターを使用して作動
されるバーに代えることができる。そのよう機械的リフ
ターはカム状装置または従来の油圧リフター機構のよう
な流体作動システムを使用して作動させることができ
る。 第５図に言及すると、第５図には、相当に高い弾性係
数によって特徴づけられる外側の外板12を有する除氷装
置10の本発明の代わりの好ましい実施例が示されてい
る。外側の外板12は、内部に複数の通路122が形成され
た剛性翼構造120により支持される。剛性翼構造120は、
翼構造120の前縁として外側の外板12が機能する間に遭
遇する空気圧の結果としての座屈に抗して外側の外板12
を支持するために構成された複数の接触点123を含む。 通路122はアルコールのような凍結し難い低密度の液
体で充たされる。通路122内の液体は、外板12を外側の
方向へわずかに変形させることにより通路122を有効に
膨張させる圧縮力を周期的に受ける。低密度の液体が受
けた圧力はその後取り除かれ、外側の外板12の変形は元
に戻る。 剛性翼構造は金属のような何らかの適切なまたは慣用
の材料、あるいは適切なまたは慣用の強化複合材から形
成することができる。外板は焼きなましステンレス鋼ま
たは焼きなましチタンの薄板から形成することができ、
またピーク（PeeK）のようなプラスチック材料から形成
してもよい。 接触点123は最終的には第５図に示されるように設け
られればよい（点接点または線接点）。または、外板12
が支持のために置かれてもよい、より広い平台を形成し
ていてもよい。通路および接触点の特定の形状は、１つ
には、剛性翼構造120および外側の外板12の構成のため
に選択される材料によって決まる。 別の実施態様においては、通路122の内部に入れられ
た液体の急激な加圧を導入する代わりに、代わりの具体
例として、流体圧力のパルスを液体中を通路122に沿っ
て長手方向に進むように導入してもよい。このパルス
は、パルスが通過するときに外側の外板12に瞬間的ゆが
みを発生させる効果を有するだろう。この瞬間的パルス
は、電動偏心装置により駆動される通路122と接続する
簡単なプランジャピストンにより発生させることができ
るであろう。あるいは、容積の大きな機械的に駆動され
るポンプにより発生されるパルスを受け取るタイマー駆
動ソレノイドをパルスを発生させるために使用できるで
あろう。 パルスは、第５図に示されるように、相当に高い弾性
係数または比較的剛性の外側の板12を使用して所望の除
氷効果を発生させるために、0.5秒未満の、好ましくは1
00ミリ秒未満の、最も好ましくは約50ミリ秒未満の機械
的に同じ時間間隔の中で作動しなければならない。 そのような全ての外側の外板12の変形手段は急速に機
能することが重要である。0.6cm以下の厚さの、そして
0.05cm位小さい厚さの氷の有効な除去を確実にするため
には、外側の外板12は約0.250秒以内に変形されること
が好ましい。希にしか遭遇しないが、0.6cmを越える厚
さの氷も本発明の除氷装置を採用して容易に除去され
る。変形は約100ミリ秒以内に起こるのが好ましく、変
形は約50ミリ秒以内にほぼ完了するのが最も好ましい。
この急速な変形は、堆積した氷に外側の外板12の表面輪
郭形状の変化に実質的に適応する機会を与えずに氷を外
側の外板12から吹き飛ばすように有効に機能する。作動
時間約1.0秒を著しく越えると、外側の外板12からの氷
の除去は全く不完全になってしまう。不完全な除氷は除
氷される構成部分の性能に悪影響を及ぼすことがある。 ゆがめ手段が機械的装置である場合、外側の外板12を
外側へ押圧するためにカム装置または工程の短い油圧ア
クチュエータを使用するように、急速な変形は相対的に
たやすく達成される。除氷装置10が第１図に示されるよ
うに管状部材24を含む場合、膨張は加圧された流体を利
用することにより達成することができる。流体の液体で
ある場合は、所望の時間制限以内に確実に膨張させるた
めに、比較的大量の加圧流体を比較的短い時間周期で移
動させるための能力を有する装置が必要である。管状部
材24が空気圧により膨張される場合には、相当な高い圧
力下の空気圧源は実質的に瞬時膨張を引き起こす方法で
除氷装置内に放出することができる。 しかしながら、かなり高められた圧力の空気のような
流体を制御なしに管状部材24の中に導入すると、除氷装
置は過度に膨張し、その結果、前縁構を損傷させる結果
となるだろう。従って、除氷装置は、本発明に従って、
外側の外板がゆがむ程度を制限または制御する手段を含
むのが好ましい。 機械的カムまたは油圧リフターの場合は、進行を制限
するための周知の手段で十分であろう。液体膨張管状部
材24の場合、容積または圧力を制限する装置が所望のと
おりに機能するであろう。気体膨張管状部材24の場合
は、１つの手段は加圧された気体状流体をアキュムレー
タの中に貯蔵することである。アキュムレータは、アキ
ュムレータの放出時に、慎重に決定された量の空気が所
望の膨張を発生させ、それにより、外側の外板12に所望
の程度のゆがみおよび弦方向のひずみを発生させるのに
丁度十分な、膨張自在の部材の中へ放出されるような物
理的大きさを有する。 同様に、そのような何らかの、アキュムレータの除氷
装置内への急速且つ完全な放出を確実に保証する手段ま
たは装置も好ましい。 図面に言及すると、第４図はゆがめ手段を作動させる
ための作動手段の１例を示しており、第１図に示される
のと同様の管状部材24の中に導入するために適切な量の
加圧空気を貯えるために構成された大きさの内部チャン
バ53を有するアキュムレータ52を含むパイロット作動弁
50を示す。アキュムレータには、アキュムレータ内部の
空気圧を比較的ゆっくりと上昇させるように構成される
オリフィス55を含む入口54が設けられる。パイロット弁
座56は内部チャンバ53の中に開くように設けられる。パ
イロット弁座56は、ばね偏向手段58を含むシャフト57上
に取り付けられる。シャフト57は電気的ソレノイド59に
より駆動される。ソレノイドが作動されると、パイロッ
ト弁座56はアキュムレータの空当53に向かう方向に駆動
されることにより、ばね偏向手段58を圧縮する。ソレノ
イド59が開放されると、ばね偏向手段58はパイロット弁
座56を閉鎖位置に戻すように機能する。 主弁座61はパイロット弁座56との関係を包囲するよう
に設けられる。主弁座はピストン62により支持される。
空洞63はピストン62に隣接する位置にあり、ピストン62
は偏向ばね64により偏向駆動される。空気抜き孔66はパ
イロット弁座56を主弁のピストンの空洞63と接続し、こ
れにより空洞53からの高圧空気はパイロット弁座56の開
放により空洞63に加えられる。 主弁座61の表面面積より大きいピストン62の表面面積
の周囲で63に加えられる空気圧は主弁座61を開放させる
ように駆動するように機能し、アキュムレータの空洞53
内に含まれる空気の放出を許容する。空洞53からの放出
は出口ポート67を使用して達成される。アキュムレータ
の空洞53の圧力が降下するにつれて、偏向ばね64は主弁
座を閉鎖位置に戻すように機能する。 弁50は適切なまたは従来どおりの設計のエジェクタ69
と出口ポート67の少なくとも一方と連通する真空通路70
とを含む。真空通路70は空気抜き通路71とエジェクタ69
との間で空気伝送連通状態にあり、これにより出口ポー
ト67に真空が誘起されればよい。パイロット弁座および
主弁座が閉鎖されている期間中に比較的低圧の気体源を
エジェクタ69に当てることにより、第１図に示される膨
張自在の管状部材24のように真空が誘起されればよい。
第１図に示される間隙用導管31および第１図の間隙空間
18の中にある空気を排出できるように、間隙用導管31を
真空通路70と流体連通するように構成することが好まし
いだろう。そのような相互接続のために、適切なまたは
慣用の周知の導管手段を採用してもよい。 第４図のオリフィス55は、貯えられた空洞53が弁座5
6、61の適正な閉鎖機能を防げる程に急速な方法で放出
する間にアキュムレータの空洞53内の圧力が再び上昇す
るのを阻止するように機能する。 次に、第４図の装置と第１図の装置の関係についてさ
らに詳細に説明する。 前記第４図の説明に記載したとおり、アキュムレータ
52は、空気が貯えられる内部チャンバ53を含む。入り口
54を通して、アキュムレータ52の内部チャンバ53には、
空気が導入される。次いで、主弁座61が開くと、出口ポ
ート67を通してアキュムレータ52の内部チャンバ53から
空気が放出される。第１図を参照すると、アキュムレー
タ52から放出される空気は、膨張用導管30を通して膨張
自在な部材24の膨張空洞28内に導入される。 再度第４図について述べると、主弁座61は、第４図に
示すように下方にピストン60を動かす空洞63内の空気圧
によって開かれる。ピストン62の下方への動きは、主弁
座61を開かせる。パイロット弁座56が下方移動によって
開くと、加圧空気は、アキュムレータ52の内部チャンバ
53から空洞63内に入る。パイロット弁座56は、電気的ソ
レノイド59の作動により下方に動かされ、電気的ソレノ
イド59は、パイロット弁座56を開かせるようにシャフト
57を下方に押圧する。電気的ソレノイド59への電気エネ
ルギが切れると、ばね偏向手段58は、パイロット弁座56
を閉じさせるようにシャフト57を上方に動かす。 再々度第４図について述べると、主弁座61が開くと、
内部チャンバ53内の圧力は、出口ポート67を通しての空
気放出により低下する。この時点において、電気的ソレ
ノイド59は、電気的エネルギによって駆動され、パイロ
ット弁座56は、開いたままである。内部チャンバ53内の
圧力が解放されると、空洞63内の空気圧も同様に解放さ
れ、ピストン62は、偏向ばね64によって上下に動かさ
れ、主弁座61が閉じる。 さて、この時点で、電気的ソレノイド59への電気的エ
ネルギの供給がストップすると、パイロット弁座56は閉
じる。加圧空気は、アキュムレータ52の内部チャンバ53
内に蓄積され始め、加圧空気は、高い圧力且つ低い速度
で入口54を通して導入され、この低速コントロールは、
オリフィス55によって行われる。 加圧空気がアキュムレータ52の内部チャンバ53を充填
し、主弁座61が閉じると、膨張自在の部材24の中の圧力
は、膨張導管30（第１図）を通して出口ポート67（第４
図）内に放出・解放される。真空通路70は、出口ポート
67を空気抜き通路71に接続する。空気抜き通路71は、第
４図の装置の外部に開いて、真空通路70及び出口ポート
67を大気に開放する。従って、主弁座61が閉じると、膨
張自在の部材24内の空気圧は、膨張導管30（第１図）を
通し、出口ポート67（第４図）を通し、空気抜き通路71
を通して大気に放出・解放される。 膨張自在の部材24から大気に空気圧が解放されるの
で、低圧の空気は、空気抜き通路71を越えて放出するエ
ゼクタ69に対して外部源から供給される。空気抜き通路
71、真空通路70、出口ポート67、膨張自在の部材24の膨
張導管30及び膨張空洞28は、真空状態になる。膨張自在
の部材24の膨張空洞28内部からの空気の排出は、促進さ
れる。 図に言及すると、第２図は、航空機の翼および水平安
定板を除氷するための本発明によるシステム80の概略図
である。このシステム80はコンプレッサまたはジェット
エンジンタービン段からの抽気のような低圧空気源81を
含む。低圧空気源81は低圧空気源の一定の供給圧力を確
保するための調整器82、83に接続される。調整器83は第
４図に示されるエジェクタ69に低圧空気を供給するよう
に構成される。 調整器82は一定の低圧空気源を増圧器84に供給し、増
圧器84は低圧源81から生じる空気の圧力を所望の高圧ま
で上昇させる。アキュムレータ85は高圧空気を受け入れ
るために設けられる。このアキュムレータ85は適切なま
たは慣用の金属構成から形成することができるが、デュ
ポン社より入手できるケブラー（登録商標）のような強
度の高い織布を使用して形成されてもよい。相対的に低
圧であるとは、空気が約7kPa〜700kPaの供給圧力である
ことを指す。高圧であるとは、圧力が約700kPa〜約12,0
00kPaであることを指す。 主アキュムレータ85内の高圧空気は適切な導管86を介
して、第４図に示されるアキュムレータ52のようなパイ
ロット弁と関連するアキュムレータに送り出される。次
に、第４図に示されるようなパイロット作動弁50を使用
して、アキュムレータからの高圧空気は第１図に示され
るような膨張自在の部材24を有する個々の翼および安定
板の除氷装置87、88、89に供給される。 制御装置90は、除氷装置87、88、89の膨張自在の部材
24への高圧空気のタイミングのより放出が達成されるよ
うにするためにパイロット作動弁50と関連するソレノイ
ド59の作動を制御するように機能する。制御装置90は、
一部分は、真空調整器83からパイロット作動弁50と関連
するエジェクタ69への空気の供給のタイミングおよび量
を決定することができるのが好ましい。そのような制御
は周知の方式により達成することができる。 第２図に示されたシステム80は例示的なものであり、
特定の除氷装置および弁装置の物理的な構成に対応して
このシステムに様々な改造および変更を加えても差し支
えないことが理解されるであろう。特に、低圧空気源は
コンプレッサまたはガス貯蔵ボトル（図示せず）からの
ような高圧空気源で代用することができる。その場合、
増圧器は不要になるであろう。また、真空調整器83およ
び調整器82は、真空発生と増圧のために低圧空気を供給
する単一の装置から構成されてもよい。 第２図に示されるような増圧器84は第３図に示される
ような構成を有することができる。第３図に言及する
と、増圧器84は大きい面93および小さい面94を有し且つ
大きいピストン空洞95と小さいピストン空洞96の内部で
機能するピストン92を含む。小さいピストン空洞96への
入口98は入口逆止め弁99を含む。小さい空洞96からの出
口100は出口逆止め弁101を含む。 通路106を含むシャトルポペット105が設けられる。シ
ャトルポペットがピストンの軸に沿って移動することに
より、通路106は通気通路107および駆動入口108と位置
合わせされる。 偏向ばね109はシャトルポペット105の再位置合わせの
ために設けられる。偏向ばね109はピストン92のシャフ
ト部分110により作動され、このシャフト部分110はピス
トンの圧縮動作中に偏向ばね109を圧縮し、偏向ばね109
はポペット105を通気通路107とのアライメント状態に戻
そうとする力をシャトルポペットに加える。ポペット位
置合わせ装置111は、ピストン92の所望の十分な動作が
達成されるまで偏向ばね109の作用を阻止するために設
けられる。 動作において、小さいピストン空洞96を充満し、大き
いピストン93がシャトルポペット105に当接してポペッ
ト105を通路106が駆動入口108とアライメントするよう
に位置合わせするまでピストンを駆動するために、低圧
空気が入口98に供給される。次に、大きいピストン空洞
95に低圧空気が供給され、小さいピストンチャンバ内に
ある気体を圧縮し且つ圧縮された気体を出口100から排
出させる方向にピストンを駆動する。圧縮動作が大きく
なるにつれて、ピストン部分110は偏向ばね109を位置合
わせ装置111の保持作用に打ち勝つのに十分な程度の圧
縮し、それにより、通路106は次の動作サイクルに備え
るために通気通路107と再びアライメントされる。 増圧器84およびパイロット弁50は、一般に、アルミニ
ウムのような軽量の材料から製造される。増圧器84の密
封表面のような部分およびパイロット弁50は軽量プラス
チックのような他の機械加工可能な材料から形成されて
もよい。 好ましい実施例を図示し、且つ詳細に説明したが、特
許請求の範囲から逸脱せずにそれに様々な変形を実施し
得ることは明白であろう。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に従って構成される除氷装置構造の側
横断面図である。 第２図は、本発明に従って除氷装置の動作を制御する制
御システムの略図である。 第３図は、本発明の実施に使用するのに適する空気圧式
増圧器の側横断面図である。 第４図は、本発明の実施に使用するのに適するエジェク
タ／パイロット作動吐出弁の部分横断側面図である。 第５図は、本発明による除氷装置の別の実施例の断面図
である。 10……前縁除氷装置、12……外板（外表面層）、14……
上方中間プライ、16下方中間プライ、18……間隙空間、
19……ステッチ部、20……後縁部、24……膨張自在の管
状部材、26……接着プライ、28……膨張空洞、30……膨
張用導管、31……間隙用導管、35……線、37……段なし
フィレット、38……段なしフィレット、50……パイロッ
ト作動弁、52……アキュムレータ、53……内部チャンバ
（空洞）、54……内部チャンバ（入口）、55……オリフ
ィス、56……パイロット弁座、57……シャフト、58……
ばね偏向手段、59……電気的ソレノイド、61……主弁
座、62……ピストン、63……空洞、64……偏向ばね、66
……空気抜き孔、67……出口ポート、68……エジェク
タ、70……真空通路、71……空気抜き通路、81……低圧
空気源、82……調整器、83……真空調整器、84……増圧
器、85……アキュムレータ、86……導管、87……安定板
除氷装置、88……安定板除氷装置、89……安定板除氷装
置、90……制御装置、92……ピストン、93……大きいピ
ストン面、94……小さいピストン面、95……大きいピス
トン空洞、96……小さいピストン空洞、97……小さいピ
ストン空洞、98……入口、99……入口逆止め弁、100…
…出口、101……出口逆止め弁、105……シャトルポペッ
ト、106……通路、107……通気通路、108……駆動入
口、109……偏向ばね、110……ピストン92のシャフト部
分、111……ポペット位置合わせ装置、122……複数の通
路、123……複数の接触点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ウェイン フィリップス ザ セカンド アメリカ合衆国，オハイオ 44260，モ ガドール，マニング ロード 585 (56)参考文献 特開 昭57−201799（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−108000（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−28719（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ａ）氷が堆積する、非常に高い弾性係数を有する材
   料で形成されている前縁の外表面と； ｂ）上記前縁の前記外表面の下に位置し、作動したとき
   に前記外表面の除氷を達成することのみに必要な程度に
   外表面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみを生
   じさせるような大きさ、位置および物理的形状を有する
   少なくとも１つのゆがめ手段を有し、その外表面のゆが
   みと外表面上の弦方向のひずみの発生がゆがめ手段の作
   動開始から0.250秒以内に達成されるものであり； ｃ）除氷を達成することのみに必要な程度に外表面をゆ
   がませそして外表面上に弦方向のひずみを生じさせるた
   めにゆがめ手段を作動させる作動手段を有し、そのゆが
   め手段を作動させる作動手段はゆがめ手段の作動開始か
   ら0.250秒以内に外表面をゆがませそして外表面上に弦
   方向のひずみを生じさせるようにゆがめ手段を作動させ
   るものである； からなる氷の着氷する前縁の除氷装置。 ２．除氷を達成することのみに必要な程度に前記外表面
   の前記ゆがみと外表面上の弦方向の前記ひずみの発生が
   100ミリ秒またはそれ以下で完成される特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３．ａ）氷が堆積する、非常に高い弾性係数を有する材
   料で形成される前縁の外表面を設ける過程と； ｂ）上記前縁の前記外表面の下に位置し、作動したとき
   にその前記外表面の除氷を達成することのみに必要な程
   度に外表面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみ
   を生じさせるような大きさ、位置および物理的形状を有
   する少なくとも１つのゆがめ手段を設ける過程と、ここ
   で前記ゆがめ手段の作動開始から0.250秒以内に外表面
   のゆがみと外表面上の弦方向のひずみの発生が達成され
   るものであり； ｃ）除氷を達成することのみに必要な程度に外表面をゆ
   がませそして外表面上に弦方向のひずみを生じさせるた
   めに該ゆがめ手段を作動させるための作動手段を設ける
   過程と、ここで該ゆがめ手段を作動させるための前記作
   動手段はゆがめ手段の作動開始から0.250秒以内に外表
   面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみを生じさ
   せるように該ゆがめ手段を作動させるものであり； ｄ）上記ゆがめ手段の上記作動を開始するように上記作
   動手段を作動させる過程と； ｅ）上記ゆがめ手段の作動の0.250秒以内に、外表面の
   除氷を達成することのみに必要な程度に外表面をゆがま
   せそして外表面上に弦方向のひずみを生じさせる過程
   と； からなる氷が着氷する前縁の除氷方法。 ４．外表面の除氷を達成することのみに必要な程度に外
   表面をゆがませそして外表面上に弦方向のひずみを生じ
   させる過程が100ミリ秒またはそれ以内に完成されるも
   のである特許請求の範囲第３項記載の方法。