JP3558279B2

JP3558279B2 - 航空機用除氷装置

Info

Publication number: JP3558279B2
Application number: JP2000091175A
Authority: JP
Inventors: 朝雄柿沼; 孝儀河村; 克己津田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001278195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機用の除氷装置に関し、特に固定翼航空機の翼およびプロペラならびに回転翼航空機の回転翼の前縁部を除氷するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行中の航空機への着氷は、その飛行中の重量の増加および抗力の増加を招くものであり、航空機の飛行に影響を及ぼすおそれがある。特に、翼前縁部への着氷は、翼の揚力を低下させ、航空機の飛行に極めて大きな影響を及ぼすおそれがある。このような航空機への着氷が生ずる気象条件下においても、航空機が安全に飛行できるようにするために、航空機には除氷装置が設けられている。
【０００３】
この除氷装置には、発熱抵抗体を埋込んだ電熱ヒータを、翼前縁部に外側から設けて、電熱ヒータの外層の表面に付着した氷の氷着力を低下させ、翼の外表面に沿って流れる気流を利用して氷を剥落させる装置がある。また他の除氷装置としては、ゴム状の材料から成る膨張袋を、翼前縁部に外側から取付け、この膨張袋を膨らませることによって、膨張袋の表面に付着した氷を剥落させる装置がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電熱ヒータ方式の除氷装置は、発熱抵抗体からの伝熱によって氷が付着する発熱抵抗体を覆った外層を加熱しており、熱効率が悪く、除氷するための消費電力が大きくなってしまう。したがって大電力を発電可能な発電機を備える大型機には適用可能であるが、大電力を得る発電機を搭載できない小型機には適用が困難である。またこの装置は、電熱ヒータが機体（翼）の外部という環境的に厳しい部位に配置されるので劣化が著しく、寿命が短いという欠点を有している。
【０００５】
また膨張袋方式の装置は、膨張袋自体については構造的に簡単であるが、袋を膨らませるための加圧流体の供給装置が必要となり、装置が大型および複雑になってしまう。またこの装置は、飛行中の翼前縁部には砂塵などが衝突しやすいので、ゴム状材料から成る膨張袋が摩耗しやすく耐久性が低いうえ、膨張袋を膨らませたときに翼形状が変化して翼の空力的な特性に影響を与えるので、適用可能な範囲を限られた領域にせざるを得ない欠点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、構造が簡単で、消費電力が小さく、耐久性に優れ、適用可能な範囲の広い除氷装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、航空機の着氷部の内側に設けられる導電性材料から成る１または複数のコイルと、着氷部に外側から設けられる導電性材料から成る発熱体とを含み、
コイルに交番電流を通電して生ずる交番磁界によって発熱体に渦電流を発生させ、この渦電流によって発熱体を発熱させて着氷した氷を除去することを特徴とする航空機用除氷装置である。
【０００８】
本発明に従えば、コイルに交番電流を通ずることによって交番磁界を発生させ、この交番磁界によって発熱体に交番渦電流を発生させることができる。発熱体に交番渦電流が発生すると、この渦電流と発熱体の電気抵抗とによって、発熱体が発熱する。この発熱体は着氷部に外部に露出して設けられており、氷は発熱体の表面に付着することになるので、コイルに通電して発熱体を発熱させることによって、付着した氷を溶かし、または氷着力を低下させて剥落させ、除氷することができる。
【０００９】
このような除氷装置は、氷が付着する発熱体が電磁誘導加熱によって発熱する構成であって、従来の電熱ヒータ方式の装置に比べて熱効率に優れており、除氷に必要とされる消費電力も小さくて済む。これによって電源としてのたとえば発電機は小型でよく、小型機にも容易に搭載することができる。さらに除氷装置では、電源に電気的に接続されるコイルと発熱体とを設けるだけでよく、電源は、他の機器に電力を供給するための電源を利用することが可能であり、簡単な構成によって実現することができる。しかもコイルは機体内に設ければよく、従来の電熱ヒータでは発電機に接続される発熱抵抗体を機体外部に設けなければならないのに対して、配線上の構成も簡単になり、また配線作業も容易になる。そのうえ、コイルを機体内に設けることによって、コイルの配置環境も機体外部に設ける場合に比べて極めて良好であり、高い耐久性を得ることができる。さらにまた発熱体は、従来の膨張袋方式のように変形させる必要がなく、揚力変化などを考慮する必要がないので、発熱体を、固定翼、回転翼およびプロペラなどに設けることが可能であり、このような翼などを含む広い適用範囲の着氷部に対して、好適に除氷することができる。また発熱体は、導電性を有する材料であればよく、ゴムなどに比べて砂塵などの衝突に対する摩耗の少ない部材とすることが可能であり、これによっても高い耐久性を得ることができる。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、着氷部は航空機の翼であり、コイルは翼の前縁部に巻き軸線が翼の長手方向に沿うように設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、コイルは翼の前縁部に巻き軸線が翼の長手方向に沿うように設けられるので、コイルを設けるための占有領域を小さくすることができる。これによって、コイルは内部の空間が小さい翼の前縁部にも設けることが可能となり、このような内部の空間の小さい翼の前縁部における除氷を可能にすることができる。したがってたとえば回転翼航空機の回転翼および小型の固定翼機の翼の前縁部などにもコイルを設けて、このような翼の前縁部の除氷をすることができる。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、発熱体は磁性材料から成ることを特徴とする。
本発明に従えば、発熱体は磁性材料から成るので、コイルに通電することによって発生される磁界の磁力線は、発熱体内をより集中的に通過する。このように磁力線が発熱体内を通ることによって、発熱体内において効率よく渦電流が発生する。したがって発熱体が効率よく発熱し、効率よく除氷することができる。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、着氷部は回転翼航空機の回転翼であり、コイルの内側に前縁部用のバランスウエイト部材が設けられることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、回転翼の前縁部のコイルの内側に、前縁部用のバランスウエイト部材が設けられるので、コイルの芯材とバランスウエイト部材とを兼ねることができ、別途に設ける場合にくらべて、全体の重量増加を小さく押さえることができる。
【００１５】
請求項５記載の本発明は、翼弦方向に複数のコイルが設けられることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、翼の翼弦方向に複数のコイルが設けられるので、翼の上面と下面とで翼弦方向の着氷範囲が異なる翼において、各コイルを着氷範囲に対応させて設け、着氷していない部位での発熱を無くし、効率よく除氷することができる。
【００１７】
請求項６記載の本発明は、コイルの形状は翼の内表面に沿う形状であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、コイルの形状は翼の外表面に沿う形状であるので、翼の外部に設けられる発熱体を均一的に発熱させることができる。したがって発熱体が効率よく発熱し、効率よく除氷することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態の航空機用の除氷装置１を簡略化して示す斜視図であり、図２は除氷装置１の一部を簡略化して示す斜視図であり、図３は図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見て示す断面図である。図４は、除氷装置１が設けられる飛行機２を示す斜視図である。図１には、図４のセクションＩが示され、図２には、図１のセクションＩＩが示される。従来の技術に関連して述べたように、気象条件によっては、飛行中に、飛行機２の機体の一部に着氷する場合があり、除氷装置１は、このように飛行機２の着氷部である前記機体の一部に付着した氷を除去するために、飛行機２に設けられる。着氷部は、たとえば本実施の形態において、一対の主翼４の前縁部５、一対の水平尾翼６の前縁部７および垂直尾翼８の前縁部であり、図１〜図３には、主翼４の前縁部５に付着した氷を除去する除氷装置１を具体的に示す。
【００２０】
主翼４は、たとえば翼外表面を形成する翼本体表皮１３が、厚みがほぼ一定の中空体によって構成されている。除氷装置１は、基本的に、主翼４の前縁部（翼弦方向の前方側の端部）５の内側に設けられる導電性材料から成る１または複数（本実施の形態では複数）のコイル１０と、主翼４の前縁部５に外部に臨んで設けられる導電性材料から成る発熱体としての金属板１１とを含む。この除氷装置１は、各コイル１０と金属板１１とによって電磁ヒータを構成し、各コイル１０に交番電流を通電して生ずる交番磁界によって金属板１１に渦電流を発生させ、この渦電流によって金属板１１を発熱させて、すなわち電磁誘導加熱によって金属板１１を発熱させて、着氷した氷を除去する。
【００２１】
各コイル１０は、一例として挙げると銅もしくは銅合金またはアルミニウム合金などの電気抵抗の小さい材料から成るコイル線１２を巻回して構成される。飛行機２などの航空機では、軽量化が重要な設計点であるので、アルミニウム合金のような軽量でかつ電気抵抗の低い材料から成るコイル線１２を用いることが好ましい。各コイル１０は、巻き軸線Ｌ１が主翼４の翼弦方向Ａ（図２の左右方向）にほぼ沿うように配置される。具体的には、コイル線１２は、翼本体表皮１３の上面側部分１４に沿って翼長手方向Ｂ（図２の紙面に垂直な方向）一方に延びる部分１６と、翼本体表皮１３の下面側部分１５に沿って翼長手方向Ｂ他方に延びる部分１７とが、所定の位置で翼本体表皮１３に沿って折り返されてつながるように、巻回されている。このような各コイル１０が、主翼４の翼長手方向Ｂに隣接して並べらて、主翼４の翼長手方向Ｂのほぼ全領域にわたってコイル１０が設けられる。図解を容易にするために、図１では、コイル線１２は、厚みを省略して示す。
【００２２】
金属板１１は、長手状であってその長手方向に垂直な断面の形状が大略的にＵ字状であり、内表面形状が、翼本体表皮１３の前縁部５の外表面形状と一致、またはほぼ一致する形状に形成される。この金属板１１は、主翼４の前縁部５に翼本体表皮１３を外側から覆うようにして主翼４の翼長手方向Ｂに沿って配置され、たとえば接着されて翼本体表皮１３に固定され、このように着氷部に外部に露出して設けられる。本実施の形態では、１つの金属板１１が、主翼４の翼長手方向Ｂのほぼ全領域にわたって設けられる。またこの金属板１１は、たとえば磁性材料、特に鉄または鋼などの強磁性材料から成ってもよい。図２には、金属板１１の断面が現れているが、図解を容易にするために、ハッチングを省略して示す。
【００２３】
除氷装置１では、たとえば発電機によって実現される電源から交番電流（交流）を、各コイル１０に選択的に通電することができる。各コイル１０に交番電流が通電されると、コイル内を通過して一端部で外側に折返し、コイル外部を反対向きに通って他端部で内側に折返し、再びコイル内を通過するような、具体的には図２に仮想線で一例を示す磁力線１８を含む磁界およびこの磁界とは逆向きの磁界とが、交番電流の周期に対応した周期で交互に発生する。このように各コイル１０に交番電流が通電されて交番磁界が発生すると、金属板１１がこの交番磁界中に晒されることになり、金属板１１の磁界に晒される部分で局部的に、交番磁界の周期と対応する周期の交番渦電流であって、金属板１１内を通過する磁力線の周りを、まわるような渦電流、具体的には、図２に矢符１９で示すような渦電流およびこれと逆向きの渦電流が、交互に発生する。
【００２４】
このように各コイル１０に交番電流を通ずることによって金属板１１に交番渦電流が発生すると、この渦電流と発熱体の電気抵抗とによって、したがって渦電流損およびヒステリシス損によって、金属板１１が発熱する。この金属板１１は着氷部に外部に露出して設けられており、氷は金属板１１の外表面２０に付着することになるので、各コイル１０に通電して金属板１１を発熱させることによって、付着した氷を溶かし、または氷着力を低下させて剥落させ、除氷することができる。
【００２５】
図４は、本実施の形態の除氷装置１と従来の装置との氷の付着する表面の温度の差異を示すグラフである。横軸は、通電開始からの時間（秒）を示し、縦軸は、氷の付着する表面の温度（℃）を示す。また実線２２は、本実施の形態の除氷装置１の電磁ヒータの表面（金属板１１の外表面）の温度を示し、一点鎖線２３は、従来の電熱ヒータの表面の温度を示す。除氷装置１は、氷が付着する金属板１１が電磁誘導加熱によって発熱する構成であって、このようなコイル１０および金属板１１を含む電磁ヒータは、エネルギー効率が９０％を越える極めて優れたヒータであって、従来の電熱ヒータ方式の装置に比べて熱効率に優れており、除氷に必要とされる消費電力も小さい。図４のグラフからも明らかなように、同一出力３．３３Ｗ／ｃｍ^２（＝２０Ｗ／ｉｎｃｈ^２）で比較した場合、本実施の形態の装置１１は、従来の技術の装置に比べて約２倍の温度（℃）にすることができる。このように除氷装置１は、極めて高いエネルギ効率を有している。
【００２６】
これによって電源である発電機は小型でよく、除氷装置１は、小型機にも容易に搭載することができる。さらに除氷装置１では、発電機に電気的に接続した各コイル１０と金属板１１とを設けるだけでよく、発電機は、他の機器に電力を供給するための発電機を利用することが可能であり、簡単な構成によって実現することができる。しかも各コイルは機体内（翼本体表皮１３内）に設ければよく、翼本体表皮１３を内外に挿通するような配線は不要であり、配線上の構成も簡単になり、また配線作業も容易になる。
【００２７】
そのうえ、機能部分である各コイル１０を機体内に設けることによって、従来のように風雨などの過酷な自然環境にさらされることがなく、各コイル１０の配置環境も機体外部に設ける場合に比べて極めて良好であり、高い耐久性を得ることができる。さらにまた金属板１１は、従来の膨張袋方式のように変形させる必要がなく、揚力変化などを考慮する必要がないので、金属板１１を、固定翼である主翼４に設けることが可能であり、このような翼において、好適に除氷することができる。また金属板１１は、ゴムなどに比べて砂塵などの衝突に対する摩耗の少ない部材であり、これによっても高い耐久性を得ることができる。
【００２８】
また金属板１１を、磁性材料により製作することによって、各コイル１０に通電することによって発生される磁界の磁力線は、金属板１１内をより集中的に通過する。このように磁力線が金属板１１内を集中的に通ることによって、金属板１１内において効率よく渦電流が発生する。したがって金属板１１が効率よく発熱し、効率よく除氷することができる。特に金属板１１が鉄または鋼のような強磁性材料であれば、金属板１１をさらにより多くの磁力線が集中して通過するので、金属板１１における渦電流の発生効率がさらに向上される。
【００２９】
また飛行機２などの航空機では、その構造部材である翼本体表皮１３に、重量的な観点からアルミニウム合金または複合材が利用される場合がある。このように翼本体表皮１３が非磁性材料である場合には、上記発生した磁界の磁力線がより金属板１１内を通過するようにでき、渦電流の発生効率がさらに向上される。またアルミニウム合金または複合材から成る翼本体表皮１３に対して鉄または鋼（ステンレス鋼など）から成る金属板１１を設けるなどして、金属板１１を翼本体表皮１３とは異なる材料によって形成する場合、各コイル１０に通電する交番電流の変動周期を適宜選択することによって、構造部材である翼本体表皮１３を発熱させることなく、金属板１１だけを発熱させることが可能であり、これによって金属板１１を効率良く発熱させることができる。また金属板１１だけを発熱させる構造とすることによって、たとえば強度低下などの翼本体表皮１３が発熱することによる不具合の発生を防ぐこともできる。もちろん温度上昇による強度低下が許容範囲内であれば、翼の構造部材である翼本体表皮１３を直接発熱体として用いることができることは言うまでもない。
【００３０】
また複数のコイル１０を並べて設け、選択的に通電することできるようにしているので、主翼４全体を一時に除氷するのではなく、主翼４を翼長手方向Ｂの複数領域に分割して、時間差を設けて除氷するようにしてもよい。つまり除氷は、氷が付着することを防ぐのではなく、氷が付着してしまった場合に、その氷を除去するので、各コイル１０に常時通電しておく必要はなく、間欠的に各コイル１０に通電すればよく、上述のように各コイル１０で時間差を設けて除氷することによって、一時に大きな電力を必要としてしまうことが防がれる。したがって飛行機２が大型固定翼機である場合のように、除氷すべき主翼４の前縁部の翼長手方向Ｂ長さが数十ｍに達する場合でも、一時の消費電力をできるだけ小さくして、電源への負荷を小さくして、広い範囲を好適に除氷することができる。
【００３１】
また各コイル１０の形状は主翼４の翼本体表皮１３の外表面に沿う形状である。これによって翼本体表皮１３の外部に設けられる金属板１１を均一的に発熱させることができる。したがって金属板１１が効率よく発熱し、効率よく除氷することができる。これによって消費電力を小さくすることができる。
【００３２】
図１および図２には、主翼４の前縁部５を除氷するための除氷装置１を示したが、各尾翼６，８の前縁部７，９を除氷するための除氷装置も同様に構成され、同様の効果が達成される。またこのように飛行機２に複数の着氷部が存在する場合に、各着氷部毎に設けられる各除氷装置を、時間的にずらして可動させることによって、一時の消費電力を小さくすることができる。
【００３３】
図５は、本発明の実施の他の形態の除氷装置３０の一部を示す斜視図であり、図６は、除氷装置３０が設けられる回転翼航空機であるヘリコプタ３１を示す斜視図である。本実施の形態の除氷装置３０は、図１〜図４に示す上述の除氷装置１と類似している。除氷装置３０は、ヘリコプタ３１の着氷部である機体の一部に付着した氷を除去するために、ヘリコプタ３１に設けられる。このヘリコプタ３１における着氷部は、たとえば本実施の形態において、回転翼であるメインロータ３２の各羽根３３の前縁部３４およびテールロータ３５の各羽根３６の前縁部３７であり、図５には、メインロータ３２の羽根３３の前縁部３４に付着した氷を除去する除氷装置３０を具体的に示す。ここで各羽根３３，３６の前縁部３４，３７は、各羽根の回転方向Ｃ，Ｄに関して前方側の縁部であり、回転方向下流側の縁部である。
【００３４】
各羽根３３は、たとえば翼外表面を形成する翼本体表皮３８が、厚みがほぼ一定の中空体によって構成され、したがって翼本体表皮３８は、上下に間隔をあけた上面側部分３９と下面側部分４０とが前方側の部分で折り返されるようにして連なっている。この翼本体表皮３８は、上述の翼本体表皮１３と同様の材料から成る。翼本体表皮３８の内側には、たとえば複合材料から成る内側構造部材６０が設けられる。除氷装置３０は、基本的に、羽根３３の前縁部３４の内側で、内側構造部材６０に埋込まれて設けられる１または複数（本実施の形態では複数）のコイル４１と、羽根３３の前縁部３４に外部に臨んで設けられる金属板４２とを含む。この除氷装置３０もまた、上述の除氷装置１と同様に、各コイル４１と金属板４２とによって電磁ヒータを構成し、各コイル４１に交番電流を通電して生ずる交番磁界によって金属板４２に渦電流を発生させ、この渦電流によって金属板４２を発熱させて、すなわち電磁誘導加熱によって金属板４２を発熱させて、着氷した氷を除去する。
【００３５】
各コイル４１は、たとえば上述の実施の形態と同様の材料から成るコイル線を円筒状に巻回して構成される。このコイル４１においても、アルミニウム合金または銅合金のような電気抵抗の低い材料から成るコイル線を用いることが好ましい。各コイル４１は、巻き軸線Ｌ２が羽根３３の翼長手方向Ｃに沿うように配置される。具体的には、コイル線は、羽根３３の前縁部（翼弦方向Ｄの前方側の端部）３４において、翼長手方向Ｃと平行な軸線Ｌ２を中心として、螺旋状に巻回される。このような各コイル４１が、羽根３３の翼長手方向Ｃに隣接して並べられて、翼長手方向Ｃのほぼ全領域にわたってコイル４１が設けられる。図解を容易にするために、図５では、コイル線は、厚みを省略して示す。
【００３６】
金属板４２は、長手状であってその長手方向に垂直な断面の形状が大略的にＵ字状であり、内表面形状が、翼本体表皮３８の前縁部３４の外表面形状と一致、またはほぼ一致する形状に形成される。この金属板４２は、羽根３３の前縁部３４に翼本体表皮３８を外側から覆うようにして羽根３３の翼長手方向Ｃに沿って配置され、たとえば接着されて翼本体表皮３８に固定され、このように着氷部に外部に露出して設けられる。本実施の形態では、１つの金属板４２が、羽根３３の翼長手方向Ｃのほぼ全領域にわたって設けられる。またこの金属板４１は、たとえば上述の実施の形態の金属板１１と同様の材料から成る。
【００３７】
除氷装置３０では、たとえば発電機によって実現される電源から交番電流を、各コイル４１に選択的に通電することができる。具体的には、非回転部分から回転部分に電力供給をするためのスリップリング４５、および各羽根に電力を分配するための分配器４６を介して、各羽根３３の各コイル４１に電力を供給することができ、これによって各コイル４１に通電することができる。各コイル４１に交番電流が通電されると、コイル４１内を通過して一端部で外側に折返し、コイル４１外部を反対向きに通って他端部で内側に折返し、再びコイル４１内を通過するような、交互に向きが変わる交番磁界が、交番電流の周期に対応した周期で発生する。このように交番磁界が発生すると、金属板４２がこの交番磁界中に晒されることになり、金属板４２の磁界に晒される部分で局部的に、交番磁界の周期と対応する周期の交番渦電流であって、金属板４２内を通過する磁力線の周りをまわるような、交互に向きの変わる渦電流が発生する。
【００３８】
このように各コイル４１に交番電流を通ずることによって、上述の実施の形態と同様に、金属板４２が発熱する。この金属板４２もまた、上述の実施の形態と同様に、着氷部に外部に露出して設けられており、氷は金属板４２の外表面４５に付着することになるので、各コイル４１に通電して金属板４２を発熱させることによって、付着した氷を溶かし、または氷着力を低下させて剥落させ、除氷することができる。このような本実施の形態の除氷装置３０は、着氷部が異なり、したがって各コイル４１および金属板４２の設置位置は、異なるけれども、各コイル４１および各金属板４２が同様に作用し、コイルの形状が翼の内表面形状に沿う形状であることによる効果を除いて、除氷装置１と同様の効果を達成することができる。
【００３９】
またヘリコプタ３１の回転翼であるロータ３２では、翼前縁部の内部の空間が小さく、上述の除氷装置１のコイル１０のような配置をすることができない場合がある。これに対して除氷装置３０では、コイル４２は翼の前縁部である羽根３３の前縁部３４に巻き軸線Ｌ２が翼長手方向Ｃに沿うように設けられるので、コイル自体を小型にすることができ、コイル４２を設けるための占有領域を小さくすることができ、羽根３３の前縁部３４という限られた領域にも、コイル４２を好適に配置することができる。したがってこのような内部の空間の小さい翼の前縁部における除氷を可能にすることができる。この実施の形態では、回転翼の羽根に設ける例について説明しているけれども、このような翼長手方向に巻き軸線が沿うコイルとすることによって、他の小型飛行機などにおいて、設置領域が限られる場合にも、好適に実施できることは言うまでもない。さらに回転翼であるロータ３２では、各羽根３３の翼長手方向に関して着氷の仕方が異なり、氷の付着量が異なることが知られている。このような羽根３３において、複数のコイル４２を設けて選択的に通電できるようにすることによって、金属板４２において部分的に発熱量を変えて、除氷に必要十分な発熱をさせ、消費電力を小さくすることができる。このとき、氷の付着量に対応して、各コイル４２に通電される時間間隔、電流値などが適宜選択されることは、言うまでもない。
【００４０】
また除氷装置３０では、コイル４１の内側に前縁部用のバランスウエイト部材４７が設けられる。ヘリコプタ３１のメインロータ３２では、このメインロータ３２の重量バランスをとるために、前縁部にバランスウエイト部材（重錘）４７を設けることが一般的である。このようなウエイト部材４７を設けるとき、コイル４１の内部に配置することが好ましい。このようにコイル４１の内側に、バランスウエイト部材４７が設けることによって、コイル４１の芯材とバランスウエイト部材４７とを兼ねることができ、別途に設ける場合にくらべて、全体の重量増加を小さく押さえることができ、かつ、製造が容易となる。
【００４１】
またメインロータ３２などの回転翼は、厳しい繰返し荷重を受けるので、このような繰返し荷重に対する疲労強度に関して十分な耐久性が得られるように設計を考慮しなければ成らないが、強度的に脆弱なコイル４１を、本発明のように羽根の外周部に比べて発生応力の小さい羽根内部に設けることによって、応力レベルの高い、すなわち発生応力の大きな羽根外周部に設けざるを得ない従来の電熱ヒータを用いた装置に比べて、耐久性および信頼性を向上することができる。またコイル４２を、巻き軸線Ｌ２が翼長手方向に沿うように配置することによって、羽根３３が回転することによる遠心力は、コイル４２軸線方向に延びるように作用する。このような配置にすることによって、前記遠心力に対するコイル４２の強度的な負荷を軽減することができる。
【００４２】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の除氷装置３０Ａの一部を示す断面図である。この除氷装置３０Ａは、図５および図６に示す上述の実施の形態の除氷装置３０と類似しており、同様の構成を有する部分は、同一の符号を付して説明を省略し、対応する部分には、同一数字に「Ａ」を添えた符号を付す。除氷装置３０Ａでは、翼弦方向Ｄに複数のコイル４１Ａ，４１Ｂが設けられる。ブレード３３の翼本体３８Ａは、たとえば複合材料によって形成され、前縁部３４において肉厚に形成され、各コイル４１Ａ，４１Ｂは、この翼本体３８Ａに埋没されて設けられる。
【００４３】
コイル４２Ａは、巻き軸線Ｌ２Ａが翼長手方向（図７の紙面に垂直な方向）Ｃに沿うようにして、前縁部３４の回転方向の最も前方（下流：図８において右方）寄りの端部に設けられている。このコイル４１Ａの巻き軸線Ｌ２Ａに垂直な断面の形状は、回転方向の前方側の部分が、翼本体表皮３８の外周面形状に沿う形状に形成される。コイル４１Ｂは、巻き軸線Ｌ２Ｂが翼長手方向Ｃに沿うようにして、ブレード３３の下面側において、コイル４１Ａよりも回転方向の後方側（上流側：図８において左方側）に設けられている。このコイル４１Ｂの巻き軸線Ｌ２Ｂに垂直な断面の形状は、下面側の部分が、翼本体表皮３８の外周面に沿う形状に形成される。これらの各コイル４１Ａ，４１Ｂ内には、各コイル４１Ａ，４１Ｂに対応した形状のバランスウエイト部材４７Ａ，４７Ｂが設けられる。また翼本体３８Ａの金属板４２が設けられる部分は、残余の部分よりも段差を有して凹んでおり、金属板４２は、この凹所に嵌まり込んで設けられ、金属板４２の外周面と翼本体３８Ａの外周面とを面一とし、優れた空力特性を達成することができる。その他の構成は、除氷装置３０と同様に構成される。図解を容易にするために、図７では、各コイル４２Ａ，４２Ｂのコイル線の厚みを省略して示す。
【００４４】
この除氷装置３０Ａは、翼本体３８Ａが異なることによって、後述の効果の違いを除いて、除氷装置３０と同様の効果を達成することができる。つまり翼本体３８Ａが複合材料などの非導電性材料から成る場合には、金属板４２として、磁性材料を用いなくても、金属板４２内だけで渦電流が発生して、金属板４２だけが発熱するようにできるので、金属板４２の材料は、翼本体表皮３８の材料を考慮して選択する必要がなく、たとえば重量および他の環境などを考慮して選択することが可能であり、選択範囲が広くなる。もちろん磁性材料から成る金属板４２を用いるようにしてもよく、この場合磁力線が集中的に通ることによる効率向上の効果が達成されることは言うまでもない。翼本体が導電性材料から成る場合に、上述したような交番電流の周期の選択によって金属板だけが発熱するようにするための工夫が不要になる。
【００４５】
さらに除氷装置３０Ａでは、上述の除氷装置３０の効果にさらに加えて、翼弦方向Ｄに複数のコイル４２Ａ，４２Ｂが設けられるので、羽根３３の上面と下面とで翼弦方向Ｄの着氷範囲が異なる翼において、効率よく除氷することができる。具体的には、羽根３３の上面は、下面にたいして、前縁端４９からの着氷範囲が小さく、たとえば羽根３３の上面には、前縁端４９から翼弦長（翼弦方向Ｄの長さ）の１０％程度の寸法の領域で着氷し、羽根３３の下面には、前縁端４９から翼弦長の２０％程度の寸法の領域で着氷することが知られている。このような羽根３３に対して、各コイル４２Ａ，４２Ｂを着氷範囲に対応させて、具体的には、最も着氷しやすい前縁端付近で金属板４２を発熱させるための主コイル４２Ａと、前縁端付近の領域に後縁側に連なる領域で金属板４２を発熱させる副コイル４２Ｂとを設けている。これによって着氷範囲に対応して金属板４２を発熱させ、着氷していない部位での発熱を無くし、効率よく除氷することができる。もちろんこのとき、氷の付着量に対応して、各コイル４２Ａ，４２Ｂに通電される時間間隔、電流値などが適宜選択されることは、言うまでもない。
【００４６】
またヘリコプタ３１に適用した場合にも、各コイル４２Ａ，４２Ｂの形状を、翼の外表面に沿う形状にすることによって、金属板４２を均一的に発熱させることができる。したがって金属板４２が効率よく発熱し、効率よく除氷することができ、消費電力を小さくすることができる。
【００４７】
上述の実施の各形態は、本発明の例に過ぎず、本発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば図１の除氷装置１および図５の除氷装置３０を、翼本体表皮１３，３８が複合材料などの非導電性材料から成る飛行機２およびヘリコプタ３１にそれぞれ設けるようにしてもよい。このような場合には、図７の除氷装置３０Ａと同様に、金属板１１，４２として、磁性材料を用いなくても、金属板１１，４２内だけで渦電流が発生して、金属板１１，４２だけが発熱するように確実にできるので、金属板４２の材料は、翼本体表皮３８の材料を考慮して選択する必要がなく、たとえば重量および他の環境などを考慮して選択することが可能であり、選択範囲が広くなる。もちろん磁性材料から成る金属板１１，４２を用いるようにしてもよい。
【００４８】
また本実施のさらに他の形態として、翼長手方向に複数のコイルを設ける構成に代えて、翼長手方向全領域に延びる１つのコイルを用いるようにしてもよい。この場合には、複数のコイルを用いることによる効果を除いて、上述と同様の効果を達成することができる。また１つの金属板を設ける構成に代えて、複数の金属板、すなわち翼長手方向および翼弦方向に分割された金属板を用いてもよく、このような分割は、各コイルに対応した分割であってもよいし、また各コイルとは対応していなくてもよい。このように分割された金属板を用いても、一体の金属板を用いる場合と同様の効果を達成することができる。また上述の各形態では、翼本体表皮１３，３８，３８Ａとは別途に発熱体としての金属板１１，４２，４２Ａを設けているが、翼本体が導電性材料である場合に、翼本体表皮１３，３８，３８Ａに発熱に伴う強度低下の防止対策など加熱対策を施して、この翼本体表皮１３，３８，３８Ａを発熱体とするようにしてもよい。この場合には、上述ような効果に加えて、重量増加をさらに小さくすることができるうえ、発熱体を別途に設ける場合に比べて、空力特性に優れた翼形状の設計が容易であるという効果も達成することができる。
【００４９】
またさらに各除氷装置１，３０においても、各金属板１１，４２を、翼本体表皮１３，３８と面一になるように設けて、空力特性を向上するようにしてもよい。またその他、飛行機２において、各除氷装置３０，３０Ａの各コイル４２，４２Ａ，４２Ｂのような構成のコイルを用いるようにしてもよい。また除氷装置は、大型の飛行機２の各翼４，６，８およびテールロータ式のヘリコプタ３１のロータ３２，３５の羽根３３，３６の他、小型の飛行機の主翼および尾翼、滑空機の主翼および尾翼、テールロータ式以外の他の方式のヘリコプタのロータの羽根、ならびに飛行機の推力を得るためのプロペラなどの除氷をするために設けてもよい。また除氷装置は、胴体などの翼およびプロペラ以外の機体における除氷をするために設けてもよい。さらに除氷装置は、誘導加熱に代えて、発熱体に誘電体を用いて高周波電界をかけて発熱させる誘電加熱を利用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、氷が付着する発熱体が電磁誘導加熱によって発熱し、効率よく除氷することができ、除氷に必要とされる消費電力を小さくすることができる。したがってたとえば発電機で実現される電源は小型でよく、小型機にも容易に搭載することができる。さらに除氷装置は、簡単な構成によって実現することができるうえ、コイルは機体内に設ければよく、配線上の構成も簡単になり、また配線作業も容易になる。またコイルの配置環境も機体外部に設ける場合に比べて極めて良好であり、高い耐久性を得ることができ、かつ発熱体を砂塵などによる摩耗の少ない部材とすることが可能であり、これによって高い耐久性が得られる。さらにまた発熱体は、たとえば固定翼、回転翼およびプロペラなどに設けることが可能であり、除氷装置を広い範囲に適用することができる。
【００５１】
請求項２記載の本発明によれば、コイルを設けるための占有領域を小さくすることができ、たとえば回転翼航空機の回転翼および小型の固定翼機の翼の前縁部などの内部の空間の小さい着氷部あっても、除氷をすることができる。
【００５２】
請求項３記載の本発明によれば、発生磁界の磁力線が発熱体内を通ることによって、発熱体内において効率よく渦電流が発生し、発熱体が効率よく発熱し、効率よく除氷することができる。したがって発熱体における必要な発熱量を得るためにコイルに通電すべき電流値をさらに小さくすることができ、消費電力をさらに小さくすることができる。
【００５３】
請求項４記載の本発明によれば、コイルの芯材とバランスウエイト部材とを兼ねることができ、別途に設ける場合にくらべて、全体の重量増加を小さく押さえることができる。したがって航空機の飛行性能を向上することができる。
【００５４】
請求項５記載の本発明によれば、翼の上面と下面とで翼弦方向の着氷範囲が異なる翼において、各コイルを着氷範囲に対応させて設け、着氷していない部位での発熱を無くし、効率よく除氷することができる。このように着氷範囲に応じた発熱が可能であり、消費電力をさらに小さくすることができる。
【００５５】
請求項６記載の本発明によれば、翼の外部に設けられる発熱体を均一的に発熱させることができ、発熱体が効率よく発熱し、効率よく除氷することができる。したがってコイルに通電すべき電流値を可及的に小さくすることができ、消費電力を可及的に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の除氷装置１を示す斜視図である。
【図２】除氷装置１の一部を示す斜視図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】飛行機２を示す斜視図である。
【図５】除氷装置１の電磁ヒータと従来の電熱ヒータとの表面温度を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の他の形態の除氷装置３０の一部を示す断面図である。
【図７】ヘリコプタ３１を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態の除氷装置３０Ａの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３０，３０Ａ除氷装置
２飛行機
４，６，８翼
５，７，９翼の前縁部
１０，４１，４１Ａ，４１Ｂコイル
１１，４２金属板
１２コイル線
１３，３８翼本体
３１ヘリコプタ
３２，３５ロータ（回転翼）
３３，３６羽根
３４，３７羽根の前縁部
３８Ａ翼本体

Claims

航空機の着氷部の内側に設けられる導電性材料から成る１または複数のコイルと、着氷部に外部に露出して設けられる導電性材料から成る発熱体とを含み、
コイルに交番電流を通電して生ずる交番磁界によって発熱体に渦電流を発生させ、この渦電流によって発熱体を発熱させて着氷した氷を除去することを特徴とする航空機用除氷装置。
着氷部は航空機の翼であり、コイルは翼の前縁部に巻き軸線が翼の長手方向に沿うように設けられることを特徴とする請求項１記載の航空機用除氷装置。
発熱体は磁性材料から成ることを特徴とする請求項１記載の航空機用除氷装置。
着氷部は回転翼航空機の回転翼であり、コイルの内側に前縁部用のバランスウエイト部材が設けられることを特徴とする請求項２記載の航空機用除氷装置。
翼弦方向に複数のコイルが設けられることを特徴とする請求項２記載の航空機用除氷装置。
コイルの形状は翼の外表面に沿う形状であることを特徴とする請求項２記載の航空機用除氷装置。