RU211268U1

RU211268U1 - ANTI-ICE DEVICE FOR AIRCRAFT PROPELLER WITH IMPROVED HEAT STABILIZATION

Info

Publication number: RU211268U1
Application number: RU2022102610U
Authority: RU
Inventors: Андрей Ярославович Дерех; Валерий Николаевич Захаренков
Original assignee: Акционерное общество "Аэроэлектромаш"
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2022-05-27

Abstract

Полезная модель относится к области авиации, в частности к устройствам для удаления или предотвращения образования льда на поверхностях лопастей воздушных винтов летательных аппаратов. Технический результат полезной модели состоит в более точной и быстрой регулировке напряжения в электрической цепи возбуждения, осуществляемой при меньшем выделении тепла. Противообледенительное устройство для авиационного воздушного винта содержит генератор, нагревательные элементы, распределенные по всем лопастям воздушного винта, транзисторный ключ и блок стабилизации нагрева. Индуктор генератора установлен неподвижно относительно корпуса вертолета, причем обмотка индуктора подключена к источнику постоянного напряжения с образованием электрической цепи возбуждения. Якорь генератора прикреплен к валу винта, а каждый из нагревательных элементов соединен со своей фазой обмотки якоря. Транзисторный ключ включен в электрическую цепь возбуждения последовательно с обмоткой индуктора. Блок стабилизации нагрева при этом способен через управление транзисторным ключом выполнять такую широтно-импульсную модуляцию напряжения в электрической цепи возбуждения, которая позволяет увеличивать силу тока в электрической цепи возбуждения, когда скорость вращения вала винта понижается, и уменьшать силу тока в электрической цепи возбуждения, когда скорость вращения вала винта повышается.

The utility model relates to the field of aviation, in particular to devices for removing or preventing the formation of ice on the surfaces of aircraft propeller blades. The technical result of the utility model consists in more accurate and faster voltage regulation in the electric excitation circuit, carried out with less heat generation. Anti-icing device for aircraft propeller contains a generator, heating elements distributed over all propeller blades, a transistor switch and a heating stabilization unit. The generator inductor is mounted motionless relative to the helicopter body, and the inductor winding is connected to a constant voltage source to form an electrical excitation circuit. The generator armature is attached to the propeller shaft, and each of the heating elements is connected to its own phase of the armature winding. The transistor key is connected to the excitation circuit in series with the inductor winding. At the same time, the heating stabilization unit is able, through the control of a transistor key, to perform such pulse-width modulation of the voltage in the electrical excitation circuit, which allows you to increase the current strength in the electrical excitation circuit when the speed of rotation of the screw shaft decreases, and reduce the current strength in the electrical excitation circuit when the speed rotation of the screw shaft is increased.

Description

Область техникиTechnical field

[1] Полезная модель относится к области авиации, в частности, к устройствам для удаления или предотвращения образования льда на поверхностях лопастей воздушных винтов летательных аппаратов. По мнению авторов полезной модели, основной областью ее использования являются противообледенительные устройства для хвостовых вертолетных винтов.[1] The utility model relates to the field of aviation, in particular, to devices for removing or preventing the formation of ice on the surfaces of aircraft propeller blades. According to the authors of the utility model, the main area of its use is anti-icing devices for helicopter tail propellers.

Предпосылки к созданию полезной моделиPrerequisites for creating a utility model

[2] Обледенение воздушного винта летательного аппарата несет существенные риски для безопасности полета. Ледяная корка, образованная на лопастях, значительно снижает КПД воздушного винта, что отрицательно сказывается на эксплуатационных качествах летательного аппарата. Кроме того, неравномерное скалывание льда с лопастей воздушного винта вызывает дисбаланс, способный разрушить воздушный винт или вывести из строя двигатель. Куски отколовшегося льда при этом могут повредить фюзеляж летательного аппарата или закрепленное на нем оборудование.[2] Aircraft propeller icing poses significant risks to flight safety. The ice crust formed on the blades significantly reduces the efficiency of the propeller, which adversely affects the performance of the aircraft. In addition, uneven chipping of ice from the propeller blades causes an imbalance that can destroy the propeller or damage the engine. Pieces of broken ice can damage the fuselage of the aircraft or equipment attached to it.

[3] Уровень техники содержит сведения о противообледенительных устройствах для воздушного винта (далее – противообледенительные устройства), которые включают в себя нагревательные элементы, прикрепленные к лопастям воздушного винта. При пропускании через нагревательные элементы электрического тока они способны нагревать лопасти и тем самым препятствовать обледенению лопастей. Однако в зависимости от режима полета скорость вращения воздушного винта может изменяться, при этом на процесс образования льда на лопастях данное обстоятельство заметного влияния не оказывает. Соответственно, представляется весьма желательным, чтобы сила тока, протекающего в нагревательных элементах, всегда имела заданную величину и не имела какой-либо взаимосвязи со скоростью вращения воздушного винта.[3] The prior art contains propeller de-icing devices (hereinafter referred to as anti-icing devices), which include heating elements attached to the propeller blades. When electric current is passed through the heating elements, they are able to heat the blades and thereby prevent the blades from icing. However, depending on the flight mode, the rotation speed of the propeller can change, while this circumstance does not have a noticeable effect on the process of ice formation on the blades. Accordingly, it seems highly desirable that the current flowing in the heating elements always has a predetermined value and does not have any relationship with the speed of rotation of the propeller.

[4] Прототипом полезной модели является противообледенительное устройство для воздушного винта, раскрытое в патентной публикации RU2093426C1, 20.10.1997. Прототип содержит генератор, индуктор которого прикреплен к корпусу летательного аппарата и соединен с источником постоянного напряжения, а якорь установлен на валу воздушного винта. Данная конфигурация позволяет бесконтактным способом создать ЭДС в фазах обмотки якоря и обеспечить протекание электрического тока в подключенных к ним нагревательных элементах, закрепленных на каждой лопасти воздушного винта.[4] The prototype of the utility model is an anti-icing device for a propeller, disclosed in patent publication RU2093426C1, 10/20/1997. The prototype contains a generator, the inductor of which is attached to the body of the aircraft and connected to a constant voltage source, and the armature is mounted on the propeller shaft. This configuration makes it possible to create an EMF in the phases of the armature winding in a non-contact way and to ensure the flow of electric current in the heating elements connected to them, fixed on each blade of the propeller.

[5] Если в прототипе полезной модели напряжение, подаваемое на обмотку индуктора от источника постоянного напряжения, будет оставаться неизменным, то при увеличении скорости вращения воздушного винта ток, протекающий в нагревательных элементах, будет также увеличиваться, а при уменьшении – соответственно уменьшаться. В результате этого в первом указанном случае возможен перегрев нагревательных элементов и выход их из строя, а во втором – недостаточный нагрев с соответствующим снижением эффективности по предотвращению обледенения лопастей.[5] If in the prototype of the utility model the voltage supplied to the inductor winding from a constant voltage source remains unchanged, then with an increase in the speed of rotation of the propeller, the current flowing in the heating elements will also increase, and if it decreases, it will decrease accordingly. As a result, in the first case, the heating elements can overheat and fail, and in the second case, insufficient heating with a corresponding decrease in the efficiency of preventing icing of the blades.

[6] Для исключения этих нежелательных явлений прототип полезной модели содержит стабилизатор, способный увеличивать напряжение в электрической цепи возбуждения индуктора, когда скорость вращения вала винта понижается, и уменьшать напряжение в электрической цепи возбуждения, когда скорость вращения вала винта повышается, с тем, чтобы ЭДС в фазах обмотки якоря и нагревательных элементах всегда оставалась неизменной.[6] To eliminate these undesirable phenomena, the prototype of the utility model contains a stabilizer capable of increasing the voltage in the electric circuit of the excitation of the inductor when the speed of rotation of the screw shaft decreases, and reducing the voltage in the electric circuit of the excitation when the speed of rotation of the screw shaft increases, so that the EMF in the phases of the armature winding and heating elements has always remained unchanged.

[7] Однако принцип действия и устройство стабилизатора в прототипе не раскрыты. В то же время является критически важным, чтобы такой стабилизатор был способен обеспечивать высокую точность и быстроту регулировки напряжения в электрической цепи возбуждения индуктора, а также иметь компактные размеры, небольшой вес и не требовать дополнительного вспомогательного оборудования, например, охлаждающих вентиляторов и т.п. Соответственно, техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании противообледенительного устройства, обладающего указанными свойствами. [7] However, the principle of operation and device of the stabilizer in the prototype are not disclosed. At the same time, it is critical that such a stabilizer be able to provide high accuracy and speed of voltage regulation in the electric circuit of the excitation of the inductor, as well as be compact in size, light in weight and not require additional auxiliary equipment, such as cooling fans, etc. Accordingly, the technical problem to be solved by the utility model is to create an anti-icing device with the specified properties.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

[8] Для решения указанной технической проблемы в качестве полезной модели предложено противообледенительное устройство для авиационного воздушного винта, содержащее генератор, нагревательные элементы, распределенные по всем лопастям воздушного винта, транзисторный ключ и блок стабилизации нагрева. Индуктор генератора установлен неподвижно относительно корпуса вертолета, причем обмотка индуктора подключена к источнику постоянного напряжения с образованием электрической цепи возбуждения. Якорь генератора прикреплен к валу винта, а каждый из нагревательных элементов соединен со своей фазой обмотки якоря. Транзисторный ключ включен в электрическую цепь возбуждения последовательно с обмоткой индуктора. Блок стабилизации нагрева при этом способен через управление транзисторным ключом выполнять такую широтно-импульсную модуляцию напряжения в электрической цепи возбуждения, которая позволяет увеличивать силу тока в электрической цепи возбуждения, когда скорость вращения вала винта понижается, и уменьшать силу тока в электрической цепи возбуждения, когда скорость вращения вала винта повышается.[8] To solve this technical problem, an anti-icing device for an aircraft propeller is proposed as a useful model, containing a generator, heating elements distributed over all propeller blades, a transistor switch and a heating stabilization unit. The generator inductor is mounted motionless relative to the helicopter body, and the inductor winding is connected to a constant voltage source to form an electrical excitation circuit. The generator armature is attached to the propeller shaft, and each of the heating elements is connected to its own phase of the armature winding. The transistor key is connected to the excitation circuit in series with the inductor winding. At the same time, the heating stabilization unit is able, through the control of a transistor key, to perform such a pulse-width modulation of the voltage in the electrical excitation circuit, which allows you to increase the current strength in the electrical excitation circuit when the speed of rotation of the screw shaft decreases, and reduce the current strength in the electrical excitation circuit when the speed rotation of the screw shaft is increased.

[9] Технический результат полезной модели состоит в том, что благодаря широтно-импульсной модуляции напряжения, реализуемой с помощью транзисторного ключа, электрическая цепь возбуждения предложенного противообледенительного устройства выделяет меньше тепла по сравнению, например, с электрической цепью возбуждения, в которой напряжение регулируется посредством резистора с изменяемым сопротивлением. В результате этого предложенное противообледенительной устройство может быть реализовано без громоздких радиаторов и иных охлаждающих устройств, например, вентиляторов и т.п., при этом его электрическая цепь возбуждения является более энергоэффективной. Одновременно с этим широтно-импульсная модуляция напряжения, реализуемая с помощью транзисторного ключа, позволяет обеспечить более точную и быструю регулировку напряжения в электрической цепи возбуждения. [9] The technical result of the utility model is that, due to the pulse-width modulation of the voltage, implemented using a transistor switch, the electric circuit of the excitation of the proposed anti-icing device generates less heat compared, for example, with the electric circuit of the excitation, in which the voltage is regulated by means of a resistor with variable resistance. As a result, the proposed anti-icing device can be implemented without bulky radiators and other cooling devices, such as fans, etc., while its excitation circuit is more energy efficient. At the same time, pulse-width modulation of the voltage, implemented using a transistor switch, allows for more accurate and faster voltage regulation in the electrical excitation circuit.

[10] В частном случае полезной модели в электрическую цепь возбуждения последовательно с обмоткой индуктора включен измерительный резистор. Блок стабилизации нагрева при этом подключен к электрической цепи возбуждения параллельно с измерительным резистором и способен выполнять такую широтно-импульсную модуляцию напряжения в электрической цепи возбуждения, которая для каждой скорости вращения вала винта обеспечивает на концах измерительного резистора напряжение заданной величины, соответствующей этой скорости.[10] In a particular case of the utility model, a measuring resistor is connected in series with the inductor winding in the electric excitation circuit. In this case, the heating stabilization unit is connected to the electric excitation circuit in parallel with the measuring resistor and is capable of performing such pulse-width modulation of the voltage in the electric excitation circuit, which, for each speed of rotation of the screw shaft, provides a voltage of a given value corresponding to this speed at the ends of the measuring resistor.

[11] Данное исполнение обеспечивает блоку стабилизации нагрева обратную связь с электрической цепью возбуждения, позволяющую повысить быстроту и точность регулирования силы тока в электрической цепи возбуждения. Следует также отметить, что данная обратная связь реализована простым и надежным способом.[11] This design provides the heating stabilization unit with feedback from the electric excitation circuit, which makes it possible to increase the speed and accuracy of current regulation in the electric excitation circuit. It should also be noted that this feedback is implemented in a simple and reliable way.

[12] В другом частном случае полезной модели число фаз обмотки якоря равно числу лопастей воздушного винта, при этом все нагревательные элементы, расположенные на одной и той же лопасти, соединены с одной и той же фазой обмотки якоря. В этом исполнении обеспечивается наиболее простая схема соединения нагревательных элементов с фазами обмотки якоря.[12] In another particular case of the utility model, the number of phases of the armature winding is equal to the number of propeller blades, while all the heating elements located on the same blade are connected to the same phase of the armature winding. In this design, the simplest scheme for connecting the heating elements to the phases of the armature winding is provided.

[13] В еще одном частном случае полезной модели число фаз обмотки якоря равно трем, а число лопастей отличается от трех. Данное исполнение позволяет упростить конструкцию якоря и снизить его вес.[13] In another particular case of the utility model, the number of phases of the armature winding is three, and the number of blades differs from three. This design allows to simplify the design of the anchor and reduce its weight.

[14] В предпочтительном случае полезной модели противообледенительное устройство предназначено для хвостового вертолетного винта, что обусловлено сравнительно малым диапазоном скоростей вращения и сравнительно малой предельной скоростью вращения вала хвостового вертолетного винта. В данной предпочтительной области использования полезной модели широтно-импульсная модуляция напряжения может обеспечить наиболее высокую точность и быстроту регулировки напряжения. [14] In the preferred case of the utility model, the anti-icing device is intended for a helicopter tail rotor, which is due to a relatively small range of rotation speeds and a relatively low maximum speed of rotation of the tail rotor shaft. In this preferred field of application of the utility model, pulse-width modulation of the voltage can provide the highest accuracy and speed of voltage regulation.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[15] Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуру с принципиальной схемой противообледенительного устройства, выполненного согласно полезной модели.[15] The implementation of the utility model will be explained by reference to the schematic figure of an anti-icing device made according to the utility model.

Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов противообледенительного устройства, отображенных на фигуре, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов противообледенительного устройства и их причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом. It should be noted that the shape and dimensions of the individual elements of the anti-icing device shown in the figure may be conditional and can be shown in such a way as to most clearly illustrate the relative position of the elements of the anti-icing device and their causal relationship with the claimed technical result.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

[16] Осуществление полезной модели будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации полезной модели, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.[16] The implementation of the utility model will be shown on the best examples of the implementation of the utility model known to the authors, which are not restrictions on the scope of protected rights.

[17] Противообледенительное устройство для авиационного воздушного винта, выполненное согласно полезной модели, показано на фигуре. В контексте настоящего изложения понятие «авиационный воздушный винт» следует понимать как воздушный винт, установленный на летательном аппарате.[17] An anti-icing device for an aircraft propeller made according to the utility model is shown in the figure. In the context of the present presentation, the term "aircraft propeller" should be understood as a propeller mounted on an aircraft.

[18] Противообледенительное устройство 1 включает в себя генератор 2, нагревательные элементы 21, 22, 23 и блок 60 стабилизации нагрева. Генератор 2 содержит индуктор 30 и якорь 40. В отношении нагревательных элементов 21, 22, 23 заметим, что в данном случае их число равно числу лопастей воздушного винта (три), т.е. на каждой из трех лопастей (не показаны) закреплен один из нагревательных элементов 21, 22 или 23. Тем не менее, число нагревательных элементов может отличаться от числа лопастей, и на каждой лопасти может быть закреплено несколько нагревательных элементов.[18] The anti-icing device 1 includes a generator 2, heating elements 21, 22, 23, and a heat stabilization unit 60. The generator 2 contains an inductor 30 and an armature 40. With regard to the heating elements 21, 22, 23, we note that in this case their number is equal to the number of propeller blades (three), i.e. one of the heating elements 21, 22 or 23 is attached to each of the three blades (not shown). However, the number of heating elements may differ from the number of blades, and several heating elements can be attached to each blade.

[19] Индуктор 30 образован магнитопроводом 31 и обмоткой 32. Магнитопровод 31 жестко прикреплен к фюзеляжу летательного аппарата (не показан). Обмотка 32 выполнена в виде четырех катушек, последовательно соединенных друг с другом и закрепленных на магнитопроводе 31 так, что они образуют две пары полюсов 33, 34, 35, 36, при этом полюса, соседние друг с другом, имеют разную полярность N и S. Концы обмотки 32 соединены с источником 5 постоянного напряжения, в результате чего обмотка 32 вместе с источником 5 образуют электрическую цепь 51 возбуждения. [19] The inductor 30 is formed by a magnetic circuit 31 and a winding 32. The magnetic circuit 31 is rigidly attached to the fuselage of an aircraft (not shown). The winding 32 is made in the form of four coils connected in series with each other and fixed on the magnetic circuit 31 so that they form two pairs of poles 33, 34, 35, 36, while the poles adjacent to each other have different polarity N and S. The ends of the winding 32 are connected to a DC voltage source 5, whereby the winding 32 together with the source 5 form an excitation circuit 51 .

[20] Согласно полезной модели обмотка 32 образует по меньшей мере две пары полюсов, что позволяет обеспечить эффективную передачу электроэнергии на якорь 40. Тем не менее, являются предпочтительными исполнения, в которых число пар полюсов в обмотке 32 составляет существенно больше двух, например, 6, 7 или 8 пар полюсов. [20] According to the utility model, the winding 32 forms at least two pairs of poles, which allows for efficient transmission of electricity to the armature 40. However, embodiments are preferred in which the number of pole pairs in the winding 32 is significantly more than two, for example, 6 , 7 or 8 pairs of poles.

[21] Якорь 40 образован магнитопроводом 41 и обмоткой 42. Магнитопровод 41 жестко прикреплен к валу 4 воздушного винта (сам воздушный винт не показан). Вал 4 приводится во вращение электродвигателем (не показан), выполненным с возможностью изменения скорости вращения вала 4. Обмотка 42 выполнена в виде трех фаз 43, 44, 45, каждая из которых представляет собой катушку, закрепленную на магнитопроводе 41.[21] The armature 40 is formed by a magnetic circuit 41 and a winding 42. The magnetic circuit 41 is rigidly attached to the propeller shaft 4 (the propeller itself is not shown). Shaft 4 is driven by an electric motor (not shown), configured to change the speed of rotation of shaft 4. Winding 42 is made in the form of three phases 43, 44, 45, each of which is a coil attached to the magnetic circuit 41.

[22] Каждый из нагревательных элементов 21, 22, 23 соединен своим первым концом с первым концом своей фазы 43, 44, 45 соответственно, а своим вторым концом – со вторыми концами всех других нагревательных элементов. В свою очередь, фазы 43, 44, 45 соединены между собой своими вторыми концами. Таким образом, в противообледенительном устройстве 1 соединение фаз 43, 44, 45 обмотки 42 с нагревательными элементами 21, 22, 23 выполнено по типу «звезда».[22] Each of the heating elements 21, 22, 23 is connected at its first end to the first end of its phase 43, 44, 45, respectively, and at its second end to the second ends of all other heating elements. In turn, the phases 43, 44, 45 are interconnected by their second ends. Thus, in the anti-icing device 1, the connection of the phases 43, 44, 45 of the winding 42 with the heating elements 21, 22, 23 is made according to the "star" type.

[23] Обратим внимание, что в рассматриваемом случае число фаз обмотки 42 совпадает с числом лопастей, которое не обязательно должно быть равно трем. В других возможных случаях число лопастей и число фаз обмотки 42, оставаясь равными друг другу, могут быть равны четырем, пяти, шести, семи или иметь любое иное значение. Равенство числа лопастей и числа фаз обмотки 42 позволяет упростить соединение нагревательных элементов с фазами обмотки 42, исключив разветвление цепи, что требуется в случае, когда число лопастей отличается от числа фаз обмотки 42.[23] Note that in this case, the number of phases of the winding 42 coincides with the number of blades, which does not have to be equal to three. In other possible cases, the number of blades and the number of phases of winding 42, while remaining equal to each other, may be equal to four, five, six, seven, or any other value. The equality of the number of blades and the number of phases of the winding 42 makes it possible to simplify the connection of the heating elements with the phases of the winding 42, eliminating the branching of the circuit, which is required when the number of blades differs from the number of phases of the winding 42.

[24] Тем не менее, возможна конфигурация, когда число фаз обмотки 42 по-прежнему равно трем, а число лопастей отличается от числа фаз обмотки 42, и равно, например, семи. Однако в целях равномерного распределения нагрузки между фазами, число нагревательных элементом всегда остается кратным числу фаз обмотки 42. На одной лопасти при этом может быть установлено больше одного нагревательного элемента, а нагревательные элементы, установленные на одной лопасти, могут быть подключены к разным фазам обмотки 42.[24] However, a configuration is possible where the number of phases of the winding 42 is still three, and the number of blades is different from the number of phases of the winding 42, such as seven. However, in order to evenly distribute the load between the phases, the number of heating elements always remains a multiple of the number of phases of the winding 42. In this case, more than one heating element can be installed on the same blade, and the heating elements installed on the same blade can be connected to different phases of the winding 42 .

[25] Заметим, что выполнение обмотки 42 с тремя фазами даже в тех случаях, когда число лопастей отличается от трех, существенно упрощает конструкцию якоря 40 и лишь незначительно усложняет схему соединения нагревательных элементов с фазами обмотки 42. Кроме того, якорь 40 с тремя фазами обмотки 42 имеет существенно меньший вес по сравнению с якорем, обмотка которого содержит большее число фаз.[25] Note that the implementation of the winding 42 with three phases, even in cases where the number of blades differs from three, greatly simplifies the design of the armature 40 and only slightly complicates the connection of the heating elements with the phases of the winding 42. In addition, the armature 40 with three phases winding 42 has a significantly lower weight compared to the armature, the winding of which contains a greater number of phases.

[26] Следует отметить, что количество тепла, выделяемого нагревательными элементами 21, 22, 23, определяется силой тока, протекающего в них, которая в свою очередь зависит от силы тока в обмотке 32 и скорости вращения вала 4. Сила тока в обмотке 32 может колебаться из-за изменяющегося сопротивления обмотки 32 даже при неизменной скорости вращения вала 4, что вызвано, например, изменяющейся температурой внешней среды. Скорость вращения вала 4 устанавливается в зависимости от режима полета и может изменяться в определенных пределах. Соответственно, в устройстве 1 обеспечено такое управление напряжением в электрической цепи 51 возбуждения, которое обеспечивает низменную силу тока в обмотке 32, когда скорость вращения вала 4 остается неизменной, и соответствующее изменение силы тока в обмотке 32, когда скорость вращения вала 4 изменяется.[26] It should be noted that the amount of heat generated by the heating elements 21, 22, 23 is determined by the strength of the current flowing in them, which in turn depends on the strength of the current in the winding 32 and the speed of rotation of the shaft 4. The strength of the current in the winding 32 can fluctuate due to the changing resistance of the winding 32 even at a constant speed of rotation of the shaft 4, which is caused, for example, by a changing ambient temperature. The speed of rotation of the shaft 4 is set depending on the flight mode and can vary within certain limits. Accordingly, the device 1 is provided with voltage control in the drive circuit 51, which provides a low current in the winding 32 when the speed of rotation of the shaft 4 remains unchanged, and a corresponding change in the current in the winding 32 when the speed of rotation of the shaft 4 changes.

[27] Последовательно с обмоткой 32 индуктора 30 в электрическую цепь 51 возбуждения включен транзисторный ключ 70, который управляется блоком 60 стабилизации нагрева. Транзисторный ключ 70 может находиться во включенном состоянии, в котором электрическая цепь 51 возбуждения замкнута, и в выключенном состоянии, в котором электрическая цепь 51 возбуждения разомкнута. Блок 60 стабилизации нагрева способен выдавать на транзисторный ключ 70 управляющие сигналы, переводящие транзисторный ключ 70 во включенное или выключенное состояние. Блок 60 стабилизации нагрева может получать питание от источника 5 постоянного напряжения, как это показано на фигуре, или от внешнего источника.[27] In series with the winding 32 of the inductor 30, a transistor switch 70 is included in the electric circuit 51 of the excitation, which is controlled by the heating stabilization unit 60. The transistor switch 70 may be in an on state, in which the drive circuit 51 is closed, and in an off state, in which the drive circuit 51 is open. The heat stabilization unit 60 is capable of supplying control signals to the transistor switch 70 to turn the transistor switch 70 on or off. The heat stabilization unit 60 can be powered by a DC voltage source 5, as shown in the figure, or from an external source.

[28] Последовательно с обмоткой 32 индуктора 30 в электрическую цепь 51 возбуждения включен измерительный резистор 61. Блок 60 стабилизации нагрева подключен к электрической цепи 51 возбуждения параллельно с измерительным резистором 61 и способен определять напряжение на концах измерительного резистора 61. [28] In series with the winding 32 of the inductor 30, a measuring resistor 61 is included in the excitation electrical circuit 51. The heating stabilization unit 60 is connected to the excitation electrical circuit 51 in parallel with the measuring resistor 61 and is able to determine the voltage at the ends of the measuring resistor 61.

[29] Напряжение в электрической цепи 51 возбуждения, под которым понимается напряжение на клеммах источника 5, равно сумме напряжения на концах обмотки 32 и напряжения на концах измерительного резистора 61. В свою очередь, сила тока, протекающего в электрической цепи 51 возбуждения, является одной и той же, как в обмотке 32, так и в измерительном резисторе 61. Соответственно, поддерживая на концах измерительного резистора 61 напряжение заданной величины, можно обеспечить требуемую силу тока в электрической цепи 51 возбуждения, и в частности, в обмотке 32.[29] The voltage in the drive circuit 51, which refers to the voltage at the terminals of the source 5, is equal to the sum of the voltage at the ends of the winding 32 and the voltage at the ends of the measuring resistor 61. In turn, the current flowing in the drive circuit 51 is one and the same, both in the winding 32 and in the measuring resistor 61. Accordingly, maintaining the voltage of a given value at the ends of the measuring resistor 61, it is possible to provide the required current strength in the electric circuit 51 of the excitation, and in particular, in the winding 32.

[30] Через включение и выключение транзисторного ключа 70 блок 60 стабилизации нагрева способен выполнять такую широтно-импульсную модуляцию (далее также – ШИМ) напряжения в электрической цепи 51 возбуждения, которая для каждой скорости вращения вала 4 обеспечивает на концах измерительного резистора 61 напряжение заданной величины, соответствующей этой скорости. Заданные величины напряжения на концах измерительного резистора 61 определены для каждой скорости вращения вала 4 заранее и сохранены в памяти блока 60 стабилизации нагрева, при этом чем выше скорость вращения вала 4, тем ниже заданная величина напряжения на концах измерительного резистора 61 и наоборот. Информацию о скорости вращения вала 4 блок 60 стабилизации нагрева получает по шине 52 от внешнего устройства (не показано), которое управляет упомянутым электродвигателем, приводящим вал 4 во вращение.[30] By turning on and off the transistor switch 70, the heating stabilization unit 60 is capable of performing such pulse-width modulation (hereinafter also referred to as PWM) of the voltage in the electric circuit 51 of excitation, which for each speed of rotation of the shaft 4 provides a voltage of a given value at the ends of the measuring resistor 61 corresponding to this speed. The specified voltage values at the ends of the measuring resistor 61 are determined for each speed of rotation of the shaft 4 in advance and stored in the memory of the heating stabilization unit 60, while the higher the speed of rotation of the shaft 4, the lower the specified voltage value at the ends of the measuring resistor 61 and vice versa. Information about the speed of rotation of the shaft 4 block 60 of the stabilization of heating receives on the bus 52 from an external device (not shown), which controls the above-mentioned electric motor that drives the shaft 4 into rotation.

[31] С увеличением скорости вращения вала 4 блок 60 стабилизации нагрева выполняет ШИМ напряжения в электрической цепи 51 возбуждения так, чтобы уменьшить напряжение на концах измерительного резистора 61 до заданной величины, соответствующей новой скорости вращения вала 4. Сила тока в электрической цепи 51 возбуждения также уменьшается соответствующим образом. Поскольку сила тока одинакова для всех элементов электрической цепи 51 возбуждения, то сила тока уменьшится и в обмотке 32.[31] As the rotation speed of the shaft 4 increases, the heat stabilization unit 60 performs PWM of the voltage in the drive circuit 51 so as to reduce the voltage at the ends of the measuring resistor 61 to a predetermined value corresponding to the new rotation speed of the shaft 4. The current in the drive circuit 51 also decreases accordingly. Since the current strength is the same for all elements of the electric circuit 51 of excitation, the current strength will also decrease in the winding 32.

[32] Соответственно, фактор, повышающий ЭДС в фазах 43, 44, 45 и нагревательных элементах 21, 22, 23, в качестве которого выступает увеличение скорости вращения вала 4, компенсируется фактором, понижающим ЭДС в фазах 43, 44, 45 и нагревательных элементах 21, 22, 23, в качестве которого выступает уменьшение силы тока в обмотке 32. Таким образом, сила тока в нагревательных элементах 21, 22, 23 не увеличивается при увеличении скорости вращения вала 4, а значит, риск их повреждения в результате перегрева исключен.[32] Accordingly, the factor that increases the EMF in phases 43, 44, 45 and the heating elements 21, 22, 23, which is the increase in the speed of rotation of the shaft 4, is compensated by the factor that reduces the EMF in phases 43, 44, 45 and the heating elements 21, 22, 23, which is a decrease in the current strength in the winding 32. Thus, the current strength in the heating elements 21, 22, 23 does not increase with an increase in the speed of rotation of the shaft 4, which means that the risk of their damage due to overheating is excluded.

[33] С уменьшением скорости вращения вала 4 блок 60 стабилизации нагрева выполняет ШИМ напряжения в электрической цепи 51 возбуждения так, чтобы увеличить напряжение на концах измерительного резистора 61 до заданной величины, соответствующей новой скорости вращения вала 4. Сила тока в электрической цепи 51 возбуждения также увеличивается соответствующим образом. Поскольку сила тока одинакова для всех элементов электрической цепи 51 возбуждения, то сила тока увеличится и в обмотке 32.[33] As the rotation speed of the shaft 4 decreases, the heat stabilization unit 60 performs voltage PWM in the drive circuit 51 so as to increase the voltage at the ends of the measuring resistor 61 to a predetermined value corresponding to the new rotation speed of the shaft 4. The current in the drive circuit 51 also increases accordingly. Since the current strength is the same for all elements of the electric circuit 51 of excitation, the current strength will also increase in the winding 32.

[34] Соответственно, фактор, понижающий ЭДС в фазах 43, 44, 45 и нагревательных элементах 21, 22, 23, в качестве которого выступает уменьшение скорости вращения вала 4, компенсируется фактором, повышающим ЭДС в фазах 43, 44, 45 и нагревательных элементах 21, 22, 23, в качестве которого выступает увеличение силы тока в обмотке 32. Таким образом, сила тока в нагревательных элементах 21, 22, 23 не уменьшается при уменьшении скорости вращения вала 4, а значит риск их недостаточного нагрева, не способного предотвратить обледенение лопастей, исключен.[34] Accordingly, the factor that reduces the EMF in phases 43, 44, 45 and the heating elements 21, 22, 23, which is a decrease in the speed of rotation of the shaft 4, is compensated by the factor that increases the EMF in phases 43, 44, 45 and the heating elements 21, 22, 23, which is an increase in the current strength in the winding 32. Thus, the current strength in the heating elements 21, 22, 23 does not decrease with a decrease in the speed of rotation of the shaft 4, which means the risk of their insufficient heating, which is not able to prevent icing blades, excluded.

[35] При неизменной скорости вращения вала 4, блок 60 стабилизации нагрева выполняет ШИМ напряжения в электрической цепи 51 возбуждения так, чтобы поддерживать напряжение на концах измерительного резистора 61 на заданной величине, соответствующей текущей скорости вращения вала 4. Поскольку сила тока одинакова для всех элементов электрической цепи 51 возбуждения, то при неизменной силе тока в измерительном резисторе 61 сила тока в обмотке 32 также останется неизменной.[35] At a constant rotation speed of the shaft 4, the heat stabilization unit 60 performs voltage PWM in the drive circuit 51 so as to maintain the voltage at the ends of the measuring resistor 61 at a predetermined value corresponding to the current rotation speed of the shaft 4. Since the current is the same for all elements electric excitation circuit 51, then with a constant current strength in the measuring resistor 61, the current strength in the winding 32 will also remain unchanged.

[36] Следовательно, фактор, изменяющий ЭДС в фазах 43, 44, 45 и нагревательных элементах 21, 22, 23 в одну сторону, в качестве которого выступает увеличение или уменьшение сопротивления обмотки 32, компенсируется фактором, изменяющим ЭДС в фазах 43, 44, 45 и нагревательных элементах 21, 22, 23 в обратную сторону, в качестве которого выступает соответственно увеличение или уменьшение напряжения на концах обмотки 32. Таким образом, сила тока в нагревательных элементах 21, 22, 23 не изменяется при изменении сопротивления обмотки 32, а значит риск их перегрева или недостаточного нагрева исключен.[36] Therefore, the factor that changes the EMF in phases 43, 44, 45 and the heating elements 21, 22, 23 in one direction, which is an increase or decrease in the resistance of the winding 32, is compensated by a factor that changes the EMF in phases 43, 44, 45 and heating elements 21, 22, 23 in the opposite direction, which is, respectively, an increase or decrease in voltage at the ends of the winding 32. Thus, the current strength in the heating elements 21, 22, 23 does not change when the resistance of the winding 32 there is no risk of overheating or insufficient heating.

[37] Управление напряжением синхронного генератора посредством ШИМ является общеизвестным. В контексте полезной модели ШИМ напряжения заключается в импульсном подключении источника 5 постоянного напряжения к обмотке 32, которое осуществляется с высокой частотой, позволяющей принимать усредненное напряжение на концах обмотки 32 в качестве постоянного напряжения. В зависимости от соотношения периодов нахождения транзисторного ключа 70 во включенном и выключенном состояниях, напряжение на концах обмотки 32 может быть изменено в сторону увеличения или уменьшения. Предельным величинами такого изменения являются напряжение, фиксируемое на клеммах источника 5, и нулевое напряжение.[37] PWM voltage control of a synchronous generator is well known. In the context of the utility model, voltage PWM consists in pulsed connection of a DC voltage source 5 to the winding 32, which is carried out at a high frequency, allowing the average voltage at the ends of the winding 32 to be received as a DC voltage. Depending on the ratio of the periods of the transistor switch 70 being in the on and off states, the voltage at the ends of the winding 32 can be changed upwards or downwards. The limiting values of such a change are the voltage fixed at the terminals of the source 5 and zero voltage.

[38] Использование ШИМ в паре с транзисторным ключом 70 для регулирования напряжения на концах обмотки 32 обеспечивает противообледенительному устройству 1 ряд преимуществ. Транзисторный ключ 70 выделяет тепло только в моменты своего включения и выключения, при этом, когда транзисторный ключ 70 находится во включенном и выключенном состояниях, он тепла не выделяет. В результате этого противообледенительное устройство 1 может быть реализовано без громоздких радиаторов и иных охлаждающих устройств, таких как вентиляторы, по сравнению, например, с аналогичным устройством, в электрической цепи возбуждения которого напряжение регулируется посредством резистора с изменяемым сопротивлением, выделяющим тепло непрерывно. Кроме того, в сравнении с данным аналогом противообледенительное устройство 1 является и более энергоэффективным. Данные преимущества имеют особую важность для устройств, предназначенных для использования в авиационной технике.[38] The use of PWM in conjunction with the transistor switch 70 to regulate the voltage at the ends of the winding 32 provides the anti-icing device 1 with a number of advantages. Transistor switch 70 generates heat only when it is turned on and off, while when transistor switch 70 is in the on and off states, it does not generate heat. As a result, the anti-icing device 1 can be implemented without bulky heatsinks and other cooling devices such as fans, as compared, for example, with a similar device in whose excitation circuit the voltage is regulated by a variable resistance resistor that generates heat continuously. In addition, in comparison with this analog anti-icing device 1 is more energy efficient. These advantages are of particular importance for devices intended for use in aeronautical applications.

[39] Одновременно с этим в сравнении с указанным аналогом широтно-импульсная модуляция напряжения, реализуемая с помощью транзисторного ключа 70, обеспечивает более точную и быструю регулировку напряжения в электрической цепи 51 возбуждения.[39] At the same time, in comparison with the specified counterpart, pulse-width modulation of the voltage, implemented using a transistor switch 70, provides more accurate and faster voltage regulation in the electric circuit 51 excitation.

[40] Следует отметить, что в контексте настоящего изложения понятие «блок 60 стабилизации нагрева» означает прежде всего описанное выше функциональное содержание данного элемента. Техническая реализация блока 60 стабилизации нагрева является очевидной для специалиста в данной области техники, и может иметь различную конфигурацию.[40] It should be noted that in the context of the present presentation, the term "heat stabilization unit 60" means primarily the above-described functional content of this element. The technical implementation of the heat stabilization unit 60 is obvious to a person skilled in the art, and may have a different configuration.

[41] Блок 60 стабилизации нагрева может быть выполнен в виде отдельного физически обособленного устройства или может быть выполнен без физического обособления в составе более сложного управляющего устройства. Помимо блока 60 стабилизации нагрева такое управляющее устройство может содержать блок аварийной защиты, способный определять прерывание соединения в электрических цепях на стороне якоря 40 и размыкать электрическую цепь 51 возбуждения путем выдачи на транзисторный ключ 70 управляющего сигнала, переводящего транзисторный ключ 70 в выключенное состояние. Одновременно с этим, возможно исполнение, когда компоненты блока 60 стабилизации нагрева могут быть распределены по разным устройствам.[41] The heat stabilization unit 60 may be implemented as a separate, physically separate device, or may be implemented without physical isolation as part of a more complex control device. In addition to the heat stabilization unit 60, such a control device may include an emergency protection unit capable of detecting an interruption in the connection in the electrical circuits on the armature 40 side and opening the excitation electrical circuit 51 by issuing a control signal to the transistor switch 70, turning the transistor switch 70 off. At the same time, it is possible to design when the components of the heat stabilization unit 60 can be distributed to different devices.

[42] Противообледенительное устройство 1 работает следующим образом. Вал 4 вращает воздушный винт, а вместе с ним и якорь 40 генератора 2. При нахождении транзисторного ключа 70 во включенном состоянии обмотка 32 индуктора 30 находится под постоянным напряжением, создаваемым источником 5. В результате этого в фазах 43, 44, 45 обмотки 42 индуцируется переменный ток, который протекая по нагревательным элементам 21, 22, 23, вызывает их разогрев. От нагревательных элементов 21, 22, 23 тепло передается на лопасти воздушного винта, к которым прикреплены нагревательные элементы 21, 22, 23, благодаря чему имеющийся на поверхностях лопастей лед тает и удаляется, а образование нового льда становится невозможным. Таким образом, противообледенительное устройство 1 обеспечивает бесконтактную передачу электроэнергии от источника 5, неподвижного относительно корпуса летательного аппарата, к нагревательным элементам 21, 22, 23, вращающимся вместе с валом 4 воздушного винта.[42] The anti-icing device 1 operates as follows. Shaft 4 rotates the propeller, and with it the armature 40 of the generator 2. When the transistor switch 70 is in the on state, the winding 32 of the inductor 30 is under constant voltage generated by the source 5. As a result, in the phases 43, 44, 45 of the winding 42 is induced alternating current, which, flowing through the heating elements 21, 22, 23, causes them to heat up. From the heating elements 21, 22, 23, heat is transferred to the propeller blades, to which the heating elements 21, 22, 23 are attached, due to which the ice existing on the surfaces of the blades melts and is removed, and the formation of new ice becomes impossible. Thus, the anti-icing device 1 provides contactless transmission of electricity from the source 5, which is stationary relative to the body of the aircraft, to the heating elements 21, 22, 23, rotating together with the shaft 4 of the propeller.

[43] При увеличении или уменьшении скорости вращения вала 4 блок 60 стабилизации нагрева управляет транзисторным ключом 70 так, чтобы посредством ШИМ соответственно уменьшить или увеличить напряжение на концах измерительного резистора 61 до заданной величины, которая соответствует вновь установившейся скорости вращения вала 4. Тем не менее, данное исполнение является лишь предпочтительным вариантом устройства 1, и любое другое уменьшение или увеличение напряжения на концах измерительного резистора 61 также соответственно уменьшает или увеличивает степень нагрева нагревательных элементов 21, 22, 23, а значит, способствует снижению риска их повреждения в результате перегрева или риска обледенения лопастей.[43] When the rotational speed of the shaft 4 is increased or decreased, the heating stabilization unit 60 controls the transistor switch 70 so that, by means of PWM, the voltage at the ends of the measuring resistor 61 is respectively decreased or increased to a predetermined value, which corresponds to the newly established rotational speed of the shaft 4. However, , this version is only a preferred version of device 1, and any other decrease or increase in voltage at the ends of the measuring resistor 61 also respectively reduces or increases the degree of heating of the heating elements 21, 22, 23, and therefore helps to reduce the risk of damage due to overheating or risk blade icing.

[44] Одновременно с этим, даже если скорость вращения вала 4 остается неизменной, то под влиянием изменяющейся температуры окружающей среды сопротивление обмотки 32 может изменяться. В частности, при повышении температуры сопротивление обмотки 32 увеличивается, а при снижении – уменьшается. Это вызывает обратно направленное изменение силы тока в обмотке 32 и соответствующее ему изменение количества тепла, выделяемого нагревательными элементами 21, 22, 23. Однако блок 60 стабилизации нагрева управляет транзисторным ключом 70 так, чтобы посредством ШИМ поддерживать на концах измерительного резистора 61 напряжение заданной величины, соответствующей текущей скорости вращения вала 4. Благодаря этому сила тока в обмотке 32 остается неизменной, а влияние изменяющегося сопротивления обмотки 32 на степень нагрева нагревательных элементов 21, 22, 23 исключается.[44] At the same time, even if the speed of rotation of the shaft 4 remains unchanged, under the influence of changing ambient temperature, the resistance of the winding 32 may change. In particular, when the temperature rises, the resistance of the winding 32 increases, and when it decreases, it decreases. This causes a reverse change in the current strength in the winding 32 and a corresponding change in the amount of heat generated by the heating elements 21, 22, 23. However, the heating stabilization unit 60 controls the transistor switch 70 so that, by means of PWM, the voltage of the specified value is maintained at the ends of the measuring resistor 61, corresponding to the current speed of rotation of the shaft 4. Due to this, the current strength in the winding 32 remains unchanged, and the influence of the changing resistance of the winding 32 on the degree of heating of the heating elements 21, 22, 23 is excluded.

[45] Следует также отметить, что для обеспечения точности и быстроты регулировки ЭДС в фазах 43, 44, 45 обмотки 42, частота переключения транзисторного ключа 70 при осуществлении ШИМ должна определенным образом соотноситься со скоростью вращения якоря 40. При значительных скоростях вращения якоря 40 частота переключения транзисторного ключа 70 также должна быть высока, что отрицательно сказывается на его ресурсе. Хвостовой вертолетный винт характеризуется тем, что имеет сравнительно малый диапазон скоростей вращения и сравнительно малую максимальную скорость вращения вала 4, что не требует чрезвычайно высокой частоты переключения транзисторного ключа 70. Именно поэтому предпочтительной областью использования полезной модели являются хвостовые вертолетные винты.[45] It should also be noted that in order to ensure the accuracy and speed of adjustment of the EMF in the phases 43, 44, 45 of the winding 42, the switching frequency of the transistor key 70 when performing PWM must be correlated in a certain way with the rotation speed of the armature 40. At significant rotation speeds of the armature 40, the frequency switching transistor switch 70 should also be high, which adversely affects its resource. The helicopter tail rotor is characterized in that it has a relatively small range of rotation speeds and a relatively low maximum rotation speed of the shaft 4, which does not require an extremely high switching frequency of the transistor switch 70. That is why the tail rotors are the preferred field of application of the utility model.

Claims

1. An anti-icing device for an aircraft propeller, containing a generator, heating elements distributed over all propeller blades, a transistor switch and a heating stabilization unit, while the generator inductor is installed motionless relative to the helicopter body, and the inductor winding is connected to a DC voltage source with the formation of an electric excitation circuit, the generator armature is attached to the screw shaft, and each of the heating elements is connected to its own phase of the armature winding, the transistor switch is connected to the excitation electric circuit in series with the inductor winding, and the heating stabilization unit is capable of performing such pulse-width modulation of the voltage through the control of the transistor switch in the excitation electric circuit, which allows you to increase the current in the excitation electric circuit when the rotation speed of the screw shaft decreases, and reduce the current in the excitation electric circuit when the rotation speed propeller shaft rises.

2. Anti-icing device according to claim 1, in the electrical excitation circuit of which a measuring resistor is connected in series with the inductor winding, while

the heating stabilization unit is connected to the electric excitation circuit in parallel with the measuring resistor and is capable of performing such pulse-width modulation of the voltage in the electric excitation circuit, which for each speed of rotation of the screw shaft provides a voltage of a given value corresponding to this speed at the ends of the measuring resistor.

3. Anti-icing device according to claim 1, in which the number of phases of the armature winding is equal to the number of blades of the propeller, while all the heating elements located on the same blade are connected to the same phase of the armature winding.

4. Anti-icing device according to claim. 1, in which the number of phases of the armature winding is three, and the number of blades is different from three.

5. Anti-icing device according to claim 1, which is designed for a helicopter tail rotor.