RU2233232C2 - Method of anti-icing protection of structural members of flying vehicles - Google Patents

Method of anti-icing protection of structural members of flying vehicles Download PDF

Info

Publication number
RU2233232C2
RU2233232C2 RU2002118254/11A RU2002118254A RU2233232C2 RU 2233232 C2 RU2233232 C2 RU 2233232C2 RU 2002118254/11 A RU2002118254/11 A RU 2002118254/11A RU 2002118254 A RU2002118254 A RU 2002118254A RU 2233232 C2 RU2233232 C2 RU 2233232C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
icing
structural elements
heating
heat
Prior art date
Application number
RU2002118254/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002118254A (en
Inventor
Виктор Валентинович Кулалаев (UA)
Виктор Валентинович Кулалаев
Павел Олегович Науменко (UA)
Павел Олегович Науменко
Тать на Игоревна Крахмалева (UA)
Татьяна Игоревна Крахмалева
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Интернациональная техническая экономическая компания "ИнтерТЕК"
Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерАМИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Интернациональная техническая экономическая компания "ИнтерТЕК", Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерАМИ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Интернациональная техническая экономическая компания "ИнтерТЕК"
Publication of RU2002118254A publication Critical patent/RU2002118254A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2233232C2 publication Critical patent/RU2233232C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; anti-icing systems for flying vehicles by use of velocity head of surrounding air.
SUBSTANCE: proposed method consists in heating the structural members to ice thawing temperature. Thermal energy required for heating the structural members is obtained by conversion of kinematic energy of velocity head of incoming air and is transmitted to area subject to icing due to accumulation of heat. Acoustic resonators manufacture from highly heat conducting material may be mounted on structural members of flying vehicle.
EFFECT: increased flying range; avoidance of additional load on power system of flying vehicle; reduced mass of flying vehicle.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к противообледенительным системам летательного аппарата (ЛА), и может быть использовано для предотвращения образования льда на внешних поверхностях крыльев самолета, входных устройств газотурбинных двигателей ЛА, лопастях винтов вертолетов, лопастях воздушных винтов (движителей), ветряных электрогенераторов и т.д. То есть в любых областях энергомашиностроения, где можно использовать скоростной напор окружающего воздуха.The invention relates to aircraft, in particular to anti-icing systems of an aircraft (LA), and can be used to prevent the formation of ice on the outer surfaces of the wings of the aircraft, the input devices of gas turbine engines of the aircraft, helicopter rotor blades, propeller blades (propellers), wind power generators etc. That is, in any areas of power engineering, where you can use the high-pressure head of the surrounding air.

Известен способ механического разрушения льда на конструкциях летательного аппарата [Патент РФ №93053570, кл. B 64 D 15/16, опубл. 27.06.1996], заключающийся в создании в защищаемой обшивке и слое льда, находящемся на ней, повторяющихся импульсных деформаций, разделенных паузами. На внешней поверхности защищаемой обшивки в подверженных опасности обледенения зонах закрепляют упругий материал с запрессованными внутри последнего ферромагнитными пластинками и формируют электроимпульсным методом колебания упругого материала, при образовании на нем льда, посредством воздействия на ферромагнитные пластинки электромагнитным полем переменного знака, сконцентрированным в области последних.A known method of mechanical destruction of ice on the structures of the aircraft [RF Patent No. 93053570, class. B 64 D 15/16, publ. 06/27/1996], which consists in the creation of a protected skin and a layer of ice located on it, repeated impulse strains separated by pauses. An elastic material with ferromagnetic plates pressed inside the latter is fixed on the outer surface of the protected sheathing in areas subject to icing, and the elastic material is formed by the electric pulse method of oscillation of the elastic material when ice forms on it, by exposing the ferromagnetic plates to an electromagnetic field of alternating sign concentrated in the region of the latter.

К недостаткам этого изобретения относятся:The disadvantages of this invention include:

- высокая энергоемкость способа, ввиду того, что для формирования электромагнитного импульса используют бортовые источники электроэнергии;- high energy intensity of the method, due to the fact that on-board sources of electricity are used to form an electromagnetic pulse;

- увеличение веса ЛА за счет необходимости установки дополнительного оборудования для создания импульсных деформаций в обшивке;- increasing the weight of the aircraft due to the need to install additional equipment to create pulsed deformations in the skin;

- уменьшение дальности полета ЛА и уменьшение расстояния до "точки возврата" при аварийных ситуациях вследствие дополнительного расхода топлива на формирование колебаний упругого материала обшивки;- reducing the flight range of the aircraft and reducing the distance to the "return point" in emergency situations due to additional fuel consumption for the formation of vibrations of the elastic skin material;

- уменьшение эксплуатационного ресурса основных двигателей ЛА, что связано с дополнительными затратами электроэнергии на устранение льда;- reduction of the operational life of the main aircraft engines, which is associated with additional energy costs for ice removal;

- сложность конструкции из-за большого количества конструктивных элементов, используемых в способе, а именно упругих элементов обшивки, ферромагнитных вставок, распределительного устройства и проводов для подвода электроэнергии и т.д.;- the complexity of the design due to the large number of structural elements used in the method, namely, elastic sheathing elements, ferromagnetic inserts, switchgear and wires for supplying electricity, etc .;

- снижение ресурса обшивки вследствие повреждений от деформаций при создании электромагнитных импульсов;- reducing the lining life due to damage from deformation when creating electromagnetic pulses;

- сложность осуществления способа, связанная с тем, что в аналоге происходит разрушение уже образовавшегося слоя льда, а не предотвращение его образования. Следовательно, необходимо осуществить дополнительные операции по активизации работы устройств, генерирующих колебания.- the complexity of the method, due to the fact that the analogue is the destruction of the already formed layer of ice, and not the prevention of its formation. Therefore, it is necessary to carry out additional operations to enhance the operation of devices that generate oscillations.

Известно изобретение “Элементы сопротивления для нагрева аэродинамической поверхности и устройства, включающие такие элементы” [Патент США №5971323, кл. B 64 D 15/00, B 64 L 01/02, опубл. 26.11.1999], заключающееся в том, что для удаления обледенения аэродинамическую поверхность нагревают, используя несколько элементов сопротивления, каждый из которых состоит из электропроводящих стекловолокон и расположен в аэродинамической поверхности в непосредственной близости к ее переднему фронту параллельно ему. На элементы сопротивления подают электрический ток, что вызывает их нагрев, связанный с эффектом Джоуля.The invention is known “Resistance Elements for heating an aerodynamic surface and devices including such elements” [US Patent No. 5971323, class. B 64 D 15/00, B 64 L 01/02, publ. November 26, 1999], which consists in the fact that to remove icing, the aerodynamic surface is heated using several resistance elements, each of which consists of electrically conductive glass fibers and is located in the aerodynamic surface in close proximity to its leading front parallel to it. An electric current is supplied to the resistance elements, which causes their heating, associated with the Joule effect.

Недостатками этого известного изобретения являются:The disadvantages of this known invention are:

- уменьшение дальности полета ЛА из-за необходимости расхода топлива на обогрев аэродинамических поверхностей;- reducing the flight range of the aircraft due to the need for fuel consumption for heating aerodynamic surfaces;

- сложность конструкции ввиду необходимости наличия большого количества элементов сопротивления и входящих в их состав электропроводящих стекловолокон;- the complexity of the design due to the need for a large number of resistance elements and their constituent electrically conductive glass fibers;

- увеличение веса ЛА в целом за счет увеличения массы топлива на борту для выработки электроэнергии, необходимой для обогрева;- increasing the weight of the aircraft as a whole by increasing the mass of fuel on board to generate electricity needed for heating;

- дополнительная нагрузка на энергоустановку ЛА вследствие отбора электроэнергии от основных двигателей на обогрев подверженных опасности обледенения поверхностей.- additional load on the aircraft power plant due to the selection of electricity from the main engines for heating surfaces exposed to the risk of icing.

Известен метод и аппарат для использования нагретых топлив для удаления обледенения с самолета [Патент США №5558303, кл. B 64 D 15/02, опубл. 24.09.1996]. Метод заключается в том, что для удаления обледенения с аэродинамической поверхности ее нагревают до температур таяния льда, используя тепло от топлива, предварительно нагретого до температур, достаточно высоких для того, чтобы передать тепловую энергию через топливные баки, находящиеся в крыльях, к внешней области крыльев.A known method and apparatus for using heated fuels to remove icing from an airplane [US Patent No. 5558303, class. B 64 D 15/02, publ. September 24, 1996]. The method consists in the fact that to remove icing from the aerodynamic surface it is heated to ice melting temperatures, using heat from the fuel preheated to temperatures high enough to transfer thermal energy through the fuel tanks located in the wings to the outer region of the wings .

Недостатками этого изобретения являются:The disadvantages of this invention are:

- ограниченность в использовании на самолетах различных марок, связанная с необходимостью обязательного расположения топливного бака в крыле ЛА;- limited use in aircraft of various brands, associated with the need for a mandatory location of the fuel tank in the aircraft wing;

- большие эксплуатационные затраты вследствие необходимости наличия на аэродромах специального оборудования для предварительного нагрева топлива.- high operating costs due to the need for the availability of special equipment at the aerodromes for pre-heating the fuel.

Известно изобретение “Предкрылок самолета с воздушным обогревом” [Патент РФ №2083441, кл. B 64 D 15/04, опубл. 10.07.1997], заключающееся в том, что для нагрева подверженных обледенению конструктивных элементов используют трубу воздушного обогрева, устанавливаемую в предкрылке аэродинамической поверхности на опорный элемент, выполненный в виде колодки. Колодка закреплена на диафрагме и подпружинена относительно нее плоской гофрированной пружиной. Труба воздушного обогрева расположена в носке предкрылка и прикреплена с помощью хомута к продольной диафрагме, а хомут закреплен со стороны от носка предкрылка с возможностью фиксированного ослабления натяжения.The invention is known “Slat of an airplane with air heating” [RF Patent No. 2083441, cl. B 64 D 15/04, publ. July 10, 1997], which consists in the fact that for heating structural elements subject to icing, an air heating pipe is used, which is installed in the slat of the aerodynamic surface on a support element made in the form of a block. The block is mounted on the diaphragm and spring loaded relative to it with a flat corrugated spring. The air heating pipe is located in the slat toe and is attached with a clamp to the longitudinal diaphragm, and the clamp is fixed on the side of the slat toe with the possibility of a fixed strain relief.

Недостатками данного изобретения являются:The disadvantages of this invention are:

- увеличение веса ЛА;- weight gain;

- увеличение нагрузки на бортовую энергетическую систему ЛА;- increase the load on the aircraft's onboard energy system;

- сложность конструкции, дороговизна изготовления и монтажа противообледенительного устройства на борту ЛА;- the complexity of the design, the high cost of manufacturing and installation of the anti-icing device on board the aircraft;

- большие габаритные размеры конструктивных элементов, входящих в состав антиобледенительного устройства, в частности трубы воздушного обогрева.- large overall dimensions of the structural elements that make up the anti-icing device, in particular air heating pipes.

Из известных способов наиболее близким к изобретению по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа, является способ противообледенения и микроволновая антиобледенительная система самолета [Патент США №5615849, кл. В 64 D 15/00, опубл. 01.04.1997], в которой конструктивные элементы ЛА в подверженных опасности обледенения зонах поверхности нагревают до температур таяния льда t>0°С. Микроволновая энергия, получаемая от микроволнового генератора, поглощается специальной тепловой поглощающей трубкой, находящейся в предкрылке аэродинамической поверхности. Затем полученную микроволновую энергию преобразуют в тепловую посредством той же поглощающей трубки. Для наиболее эффективного преобразования микроволновой энергии в тепловую на внутреннюю поверхность трубки наносят специальное покрытие, обладающее высокими абсорбционными свойствами, и устанавливают зеркало-изолятор. Затем тепловыми трансферными рулями тепловую энергию передают к конструктивным элементам ЛА, например к обшивке переднего фронта крыла, или к другой аэродинамической поверхности, ротору ЛА и т.д. Температуру этих элементов поддерживают на постоянном уровне так, чтобы она была существенно выше температуры замерзания. Таким образом, осуществляют нагрев конструктивных элементов ЛА, позволяя предотвратить их обледенение.Of the known methods closest to the invention in terms of technical nature, the achieved result and selected as a prototype is the anti-icing method and the microwave anti-icing system of the aircraft [US Patent No. 5615849, class. B 64 D 15/00, publ. 04/01/1997], in which the structural elements of the aircraft in areas of risk of icing, the surface is heated to ice melting temperatures t> 0 ° C. Microwave energy received from a microwave generator is absorbed by a special heat-absorbing tube located in the slat of the aerodynamic surface. Then the received microwave energy is converted into heat through the same absorption tube. For the most efficient conversion of microwave energy into heat, a special coating with high absorption properties is applied to the inner surface of the tube, and an insulator mirror is installed. Then, thermal transfer rudders transfer thermal energy to the structural elements of the aircraft, for example, to the skin of the leading edge of the wing, or to another aerodynamic surface, the rotor of the aircraft, etc. The temperature of these elements is kept constant so that it is significantly higher than the freezing temperature. Thus, the structural elements of the aircraft are heated, thereby preventing icing.

Недостатками данного изобретения являются:The disadvantages of this invention are:

- уменьшение дальности полета ЛА и уменьшение расстояния до "точки возврата" вследствие необходимости дополнительного расхода топлива на обогрев подверженных опасности обледенения поверхностей;- reducing the flight range of the aircraft and reducing the distance to the "return point" due to the need for additional fuel consumption for heating exposed to icing surfaces;

- большая нагрузка на бортовую энергетическую систему, связанная с тем, что поток микроволновой энергии получают посредством микроволнового генератора, использующего электроэнергию от бортовой сети ЛА для создания этого потока;- a large load on the onboard power system, due to the fact that the microwave energy stream is obtained through a microwave generator that uses electricity from the onboard network of the aircraft to create this stream;

- увеличение веса ЛА вследствие того, что в состав системы предотвращения обледенения входит большое количество конструктивных элементов, а именно микроволновый генератор, радиальные трансферные рули, тепловая поглощающая трубка. Поэтому в совокупности с установочными элементами антиобледенительная система представляет собой весьма сложную конструкцию и занимает значительную часть объема внутреннего пространства аэродинамической поверхности ЛА.- increasing the weight of the aircraft due to the fact that the composition of the icing prevention system includes a large number of structural elements, namely a microwave generator, radial transfer rudders, a heat absorbing tube. Therefore, in conjunction with the installation elements, the de-icing system is a very complex structure and occupies a significant part of the internal space of the aerodynamic surface of the aircraft.

К недостаткам применения данного изобретения также относится высокая стоимость изготовления конструктивных элементов системы антиобледенения в связи с тем, что для изготовления микроволнового генератора и поглощающей трубки используют дорогостоящее оборудование и материалы.The disadvantages of the application of this invention also include the high cost of manufacturing structural elements of the anti-icing system due to the fact that expensive equipment and materials are used to manufacture the microwave generator and the absorption tube.

Таким образом, в настоящее время используется три основных метода для удаления или предотвращения образования льда на внешних поверхностях ЛА, а именно:Thus, three main methods are currently used to remove or prevent the formation of ice on the outer surfaces of aircraft, namely:

- путем подачи нагретых газов или жидкостей по трубопроводу;- by supplying heated gases or liquids through a pipeline;

- путем электронагрева;- by electric heating;

- механическими средствами, например вибрационными сетками или колодками, прикрепляемыми к поверхности ЛА или встроенными в нее.- by mechanical means, for example, vibration nets or blocks attached to or integrated into the surface of the aircraft.

Очевидно, что использование всех этих известных методов приводит к усложнению конструкции ЛА в целом, требует дополнительного расхода электроэнергии на обогрев, а следовательно, к уменьшению дальности полета и к увеличению веса ЛА.Obviously, the use of all these known methods leads to the complexity of the design of the aircraft as a whole, requires additional energy consumption for heating, and therefore, to reduce the flight range and increase the weight of the aircraft.

Также нужно отметить тот факт, что все рассмотренные выше способы и устройства для их осуществления не задействованы в течение всего времени полета ЛА, то есть направлены на разрушение уже образовавшегося слоя льда, а не на предотвращение его образования. В случае же, если осуществлять эти способы или использовать такие устройства непрерывно, затраты электроэнергии, а следовательно, расход топлива на получение этой энергии будут недопустимыми с точки зрения условий эксплуатации ЛА.It should also be noted that all the methods and devices discussed above for their implementation are not involved during the entire flight of the aircraft, that is, they are aimed at destroying the already formed layer of ice, and not at preventing its formation. In the case, if you implement these methods or use such devices continuously, the cost of electricity, and therefore the fuel consumption for obtaining this energy, will be unacceptable from the point of view of the operating conditions of the aircraft.

В основу изобретения поставлена задача увеличения дальности полета ЛА, снижения нагрузки на бортовую энергетическую систему и, как следствие, исключения дополнительного расхода топлива на обогрев подверженных опасности обледенения поверхностей, а также снижение веса ЛА.The basis of the invention is the task of increasing the flight range of the aircraft, reducing the load on the on-board energy system and, as a result, eliminating the additional fuel consumption for heating surfaces at risk of icing, as well as reducing the weight of the aircraft.

Поставленная задача решается тем, что способ предотвращения обледенения конструктивных элементов летательных аппаратов заключается в том, что конструктивные элементы летательного аппарата в подверженных опасности обледенения зонах поверхности нагревают до температур таяния льда t>0С°. Согласно изобретению необходимую для нагрева тепловую энергию получают путем преобразования кинетической энергии скоростного напора набегающего со скоростью М≥0,4 воздуха. Затем полученную тепловую энергию передают в подверженные опасности обледенения зоны поверхности за счет аккумуляции тепла.The problem is solved in that the way to prevent icing of structural elements of aircraft is that structural elements of the aircraft in areas of the surface at risk of icing are heated to ice melting temperatures t> 0C °. According to the invention, the thermal energy necessary for heating is obtained by converting the kinetic energy of the high-speed pressure of air coming in at a speed of M≥0.4. Then, the received thermal energy is transferred to surface areas subject to icing hazard due to heat accumulation.

Для преобразования кинетической энергии скоростного напора набегающего воздуха в тепловую в лобовых частях конструктивных элементов ЛА, например в лобовой части крыла, устанавливают акустические резонаторы. Затем в них генерируют высокочастотные ударные волны, после чего нагревают глухие концы резонаторов для аккумуляции тепла.To convert the kinetic energy of the velocity head of the incident air into heat in the frontal parts of the structural elements of the aircraft, for example in the frontal part of the wing, acoustic resonators are installed. Then, high-frequency shock waves are generated in them, after which the blind ends of the resonators are heated to accumulate heat.

В отдельных случаях, для наиболее эффективного использования энергии скоростного напора набегающего воздуха, акустические резонаторы устанавливают по фронту лобовых частей конструктивных элементов летательного аппарата.In some cases, for the most efficient use of the energy of the high-speed pressure of the oncoming air, acoustic resonators are installed along the front of the frontal parts of the structural elements of the aircraft.

Чтобы обеспечить аккумуляцию тепла для нагрева поверхностей конструктивных элементов летательного аппарата акустические резонаторы изготавливают из высокотеплопроводного материала, после чего отделяют друг от друга разделительными элементами.To ensure the accumulation of heat for heating the surfaces of structural elements of the aircraft, acoustic resonators are made of highly heat-conducting material, after which they are separated from each other by separation elements.

В заявляемом изобретении обеспечивается увеличение дальности полета ЛА и увеличение расстояния до "точки возврата" благодаря исключению необходимости дополнительного расхода топлива на обогрев подверженных опасности обледенения поверхностей. Это достигается благодаря тому, что нагрев поверхностей конструктивных элементов ЛА происходит за счет аккумуляции тепла. То есть в акустических резонаторах генерируют высокочастотные ударные волны и нагревают глухие концы, а полученная тепловая энергия постепенно распространяется от глухого конца резонатора по всему конструктивному элементу. То есть после выхода устройства на режим температура по всей длине резонатора будет постоянной. В том числе, в обшивке конструктивного элемента ЛА она повысится от температуры окружающей среды до температуры таяния льда. Таким образом, в изобретении достигается предотвращение образования льда в подверженных опасности обледенения зонах поверхности конструктивных элементов ЛА.In the claimed invention provides an increase in the flight range of the aircraft and an increase in the distance to the "return point" due to the elimination of the need for additional fuel consumption for heating exposed to icing surfaces. This is achieved due to the fact that the heating of the surfaces of the structural elements of the aircraft occurs due to the accumulation of heat. That is, high-frequency shock waves are generated in acoustic resonators and the blind ends are heated, and the received thermal energy gradually propagates from the blind end of the resonator throughout the entire structural element. That is, after the device enters the mode, the temperature along the entire length of the resonator will be constant. In particular, in the casing of an aircraft structural element, it will increase from ambient temperature to ice melting temperature. Thus, the invention achieves the prevention of ice formation in areas of the surface of aircraft structural components that are at risk of icing.

В изобретении достигается исключение дополнительной нагрузки на бортовую энергетическую систему благодаря тому, что для борьбы с обледенением кромок конструктивных элементов ЛА используют акустические резонаторы. Работа акустического резонатора, в данном случае, основана на преобразовании энергии окружающей среды, следовательно, не требуется затрат электроэнергии от бортового источника.The invention eliminates the additional load on the onboard power system due to the fact that to combat icing of the edges of the structural elements of the aircraft using acoustic resonators. The operation of the acoustic resonator, in this case, is based on the conversion of environmental energy, therefore, it does not require electricity from an onboard source.

В заявляемом изобретении достигается снижение веса ЛА благодаря тому, что в лобовых частях конструктивных элементов ЛА устанавливают акустические резонаторы. Вся система предотвращения обледенения состоит из небольшого количества деталей, а именно совокупности акустических резонаторов, которые сами по себе имеют достаточно простую конструкцию. Известно, что акустический резонатор представляет собой корпус с глухим концом и имеет небольшие габариты и вес.In the claimed invention, a reduction in the weight of the aircraft is achieved due to the fact that acoustic resonators are installed in the frontal parts of the structural elements of the aircraft. The entire icing prevention system consists of a small number of parts, namely, a set of acoustic resonators, which themselves have a fairly simple design. It is known that an acoustic resonator is a body with a blind end and has small dimensions and weight.

Положительной особенностью применения изобретения является снижение затрат на изготовление конструктивных элементов антиобледенительного устройства, так как акустический резонатор имеет достаточно простую конструкцию и не требует наличия специального дорогостоящего оборудования для его изготовления. Все элементы конструкции изготовлены из доступных материалов, стоимость которых существенно ниже стоимости материалов элементов системы наиболее близкого аналога.A positive feature of the application of the invention is to reduce the cost of manufacturing structural elements of the de-icing device, since the acoustic resonator has a fairly simple design and does not require special expensive equipment for its manufacture. All structural elements are made of accessible materials, the cost of which is significantly lower than the cost of the materials of the elements of the system of the closest analogue.

На Фиг. 1 показан график изменения температуры глухого конца резонатора с изменением числа Маха М; на Фиг. 2 - схема распространения тепловой энергии от глухого конца резонатора к обшивке конструктивного элемента в подверженной опасности обледенения зоне.In FIG. 1 shows a graph of the temperature of the blind end of the resonator with a change in the Mach number M; in FIG. 2 is a diagram of the propagation of thermal energy from the blind end of the resonator to the skin of a structural element in an area prone to icing.

Предлагаемый способ предотвращения обледенения конструктивных элементов летательного аппарата заключается в том, что:The proposed method for preventing icing of structural elements of the aircraft is that:

- получают необходимую для нагрева тепловую энергию путем преобразования кинетической энергии скоростного напора, набегающего со скоростью М≥0,4 воздуха (см. Фиг. 1);- get the thermal energy necessary for heating by converting the kinetic energy of the high-pressure head, which rushes in at a speed M≥0.4 of air (see Fig. 1);

- передают полученную тепловую энергию в подверженные опасности обледенения зоны поверхности за счет аккумуляции тепла;- transfer the received thermal energy to the surface areas at risk of icing due to heat accumulation;

- нагревают конструктивные элементы летательного аппарата в подверженных опасности обледенения зонах поверхности до температур таяния льда t>0С°.- heat the structural elements of the aircraft in areas of the surface exposed to icing risk to ice melting temperatures t> 0C °.

Преобразование кинетической энергии скоростного напора набегающего воздуха в тепловую осуществляют следующим образом:The conversion of the kinetic energy of the velocity head of the incoming air into heat is carried out as follows:

- устанавливают акустические резонаторы в лобовых частях конструктивных элементов летательного аппарата, например в лобовой части крыла;- install acoustic resonators in the frontal parts of the structural elements of the aircraft, for example in the frontal part of the wing;

- генерируют в акустических резонаторах высокочастотные ударные волны;- generate high-frequency shock waves in acoustic resonators;

- нагревают глухие концы резонаторов для аккумуляции тепла.- heat the blind ends of the resonators to accumulate heat.

Нагрев поверхностей конструктивных элементов ЛА происходит за счет аккумуляции тепла. Тепловая энергия постепенно распространяется от глухого конца резонатора по всему конструктивному элементу (см. Фиг. 1).The heating of the surfaces of the structural elements of the aircraft occurs due to the accumulation of heat. Thermal energy gradually propagates from the blind end of the resonator throughout the structural element (see Fig. 1).

При набегании потока окружающей среды на лобовую часть конструктивного элемента ЛА со скоростью М≥0,4 отношение Θr температуры глухого конца резонатора к температуре на входе в резонатор постепенно возрастает.When the environmental flow runs onto the frontal part of the aircraft structural element with a speed M≥0.4, the ratio Θ r of the temperature of the blind end of the resonator to the temperature at the inlet of the resonator gradually increases.

Figure 00000002
Figure 00000002

где Θr - отношение температуры глухого конца резонатора к температуре на входе в резонатор;where Θ r is the ratio of the temperature of the blind end of the resonator to the temperature at the entrance to the resonator;

Тгк - температура глухого конца резонатора;T gk is the temperature of the blind end of the resonator;

Твх - температура на входе в резонатор.T I - the temperature at the entrance to the resonator.

При М=0, то есть, при отсутствии набегания потока окружающей среды: Θr=1.At M = 0, that is, in the absence of a run-in of the environmental flow: Θ r = 1.

Во время полета поток окружающего воздуха набегает с определенной скоростью на лобовые части (передние кромки) конструктивных элементов ЛА с установленными в них акустическими резонаторами. При этом в резонаторах генерируются высокочастотные ударные волны, что приводит к необратимому преобразованию кинетической энергии в тепловую, то есть к нагреву глухого конца резонатора.During the flight, the ambient air flow runs at a certain speed onto the frontal parts (leading edges) of the aircraft structural elements with acoustic resonators installed in them. In this case, high-frequency shock waves are generated in the resonators, which leads to the irreversible conversion of kinetic energy into thermal energy, that is, to heating the blind end of the resonator.

Проведенные эксперименты показали, что при 0<М<0,4 применение акустического резонатора неэффективно, так как возрастание температуры глухой стенки резонатора недостаточно для нагрева подверженной опасности обледенения поверхности. То есть Тгк незначительно отличается от температуры окружающей среды.The experiments showed that at 0 <M <0.4 the use of an acoustic resonator is inefficient, since an increase in the temperature of the blind cavity wall is not enough to heat the surface exposed to the risk of icing. That is, T gk is slightly different from the ambient temperature.

При скорости набегающего потока воздуха М=0,4 возрастание отношения Θr будет достаточным для предотвращения обледенения конструктивных элементов ЛА (см. Фиг. 1).When the speed of the incoming air flow M = 0.4, an increase in the ratio Θ r will be sufficient to prevent icing of the structural elements of the aircraft (see Fig. 1).

В начальный момент времени τо температура на входе в резонатор Твх равна температуре окружающей среды Тн (см. Фиг. 2). Постепенно за счет аккумуляции тепла в течение времени выхода устройства на режим (τ1, τ2,...) тепловая энергия от глухого конца резонатора распространяется по всей его длине, а также по всей лобовой части обшивки конструктивного элемента ЛА.At the initial time τ о, the temperature at the inlet to the resonator T in is equal to the ambient temperature T n (see Fig. 2). Gradually, due to the accumulation of heat during the time the device reaches the regime (τ 1 , τ 2 , ...), thermal energy from the blind end of the resonator propagates along its entire length, as well as throughout the frontal part of the skin of the aircraft structural element.

После выхода устройства на режим в течение всего времени полета ЛА τ∞ температура по всей длине резонатора будет постоянной. В том числе, в обшивке конструктивного элемента температура повысится от температуры окружающей среды Тн до температуры таяния льда Тобщ.∞:After the device enters the mode during the entire flight time of the aircraft τ∞, the temperature along the entire length of the resonator will be constant. Including, in the casing of the structural element, the temperature will increase from the ambient temperature T n to the ice melting temperature T total.∞ :

Tобщ.∞>Tобщ.2>Tобщ.1>Tн.T total .∞ > T total. 2 > T total. 1 > T n .

Таким образом, в изобретении достигается предотвращение образования льда в подверженных опасности обледенения зонах конструктивных элементов ЛА.Thus, the invention achieves the prevention of ice formation in areas at risk of icing of aircraft structural elements.

В отдельных случаях для наиболее эффективного использования энергии скоростного напора набегающего воздуха, акустические резонаторы устанавливают по фронту лобовых частей конструктивных элементов ЛА.In some cases, for the most efficient use of the energy of the high-speed pressure of the oncoming air, acoustic resonators are installed along the front of the frontal parts of the structural elements of the aircraft.

Чтобы обеспечить аккумуляцию тепла для нагрева поверхностей конструктивных элементов ЛА акустические резонаторы изготавливают из высокотеплопроводного материала, после чего отделяют друг от друга разделительными элементами.To ensure the accumulation of heat for heating the surfaces of aircraft structural elements, acoustic resonators are made of highly conductive material, after which they are separated from each other by separation elements.

Применение заявляемого способа предотвращения обледенения позволит обеспечить увеличение дальности полета ЛА благодаря исключению необходимости дополнительного расхода топлива на обогрев подверженных опасности обледенения поверхностей ЛА.The use of the proposed method of preventing icing will provide an increase in the flight range of the aircraft due to the elimination of the need for additional fuel consumption for heating the icy surfaces of the aircraft at risk of icing.

Изобретение позволит исключить дополнительную нагрузку на бортовую энергетическую систему ЛА благодаря применению акустического резонатора, работа которого не требует затрат электроэнергии от бортового источника. В заявляемом изобретении достигается снижение веса ЛА благодаря тому, что вся система предотвращения обледенения состоит из небольшого количества деталей, а именно совокупности акустических резонаторов, которые сами по себе имеют достаточно простую конструкцию. Кроме того, следует отметить, что данный способ является универсальным, то есть может быть применен на ЛА любого типа, так как не требует использования какого-либо специального дополнительного оборудования.The invention will eliminate the additional load on the onboard power system of the aircraft due to the use of an acoustic resonator, the operation of which does not require energy from an onboard source. In the claimed invention, a reduction in aircraft weight is achieved due to the fact that the entire icing prevention system consists of a small number of parts, namely, a combination of acoustic resonators, which themselves have a fairly simple design. In addition, it should be noted that this method is universal, that is, it can be applied to any type of aircraft, since it does not require the use of any special additional equipment.

Claims (4)

1. Способ предотвращения обледенения конструктивных элементов летательных аппаратов, в котором конструктивные элементы летательного аппарата в подверженных опасности обледенения зонах поверхности нагревают до температуры таяния льда t>0°С, отличающийся тем, что необходимую для нагрева тепловую энергию получают путем преобразования кинетической энергии скоростного напора набегающего со скоростью М≥0,4 воздуха, а затем полученную тепловую энергию передают в подверженные опасности обледенения зоны поверхности за счет аккумуляции тепла.1. A method of preventing icing of structural elements of aircraft, in which structural elements of an aircraft in areas of risk of icing are heated to ice melting temperature t> 0 ° C, characterized in that the thermal energy necessary for heating is obtained by converting the kinetic energy of the on-going pressure head with a speed of M≥0.4 air, and then the received thermal energy is transferred to surface areas at risk of icing due to heat accumulation a. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для преобразования кинетической энергии скоростного напора набегающего воздуха в тепловую в лобовых частях конструктивных элементов летательного аппарата, например в лобовой части крыла, устанавливают акустические резонаторы, в которых затем генерируют высокочастотные ударные волны, после чего нагревают глухие концы резонаторов для аккумуляции тепла.2. The method according to claim 1, characterized in that for converting the kinetic energy of the incoming air velocity into the heat pressure in the frontal parts of the structural elements of the aircraft, for example in the frontal part of the wing, acoustic resonators are installed in which then high-frequency shock waves are generated, after which the blind ends of the resonators are heated to accumulate heat. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что акустические резонаторы устанавливают по фронту лобовых частей конструктивных элементов летательного аппарата.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the acoustic resonators are installed along the front of the frontal parts of the structural elements of the aircraft. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что акустические резонаторы изготавливают из высокотеплопроводного материала, после чего отделяют друг от друга разделительными элементами.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the acoustic resonators are made of highly conductive material, after which they are separated from each other by dividing elements.
RU2002118254/11A 2001-07-20 2002-07-09 Method of anti-icing protection of structural members of flying vehicles RU2233232C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001075199 2001-07-20
UA2001075199 2001-07-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002118254A RU2002118254A (en) 2004-04-10
RU2233232C2 true RU2233232C2 (en) 2004-07-27

Family

ID=34391170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002118254/11A RU2233232C2 (en) 2001-07-20 2002-07-09 Method of anti-icing protection of structural members of flying vehicles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2233232C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504502C1 (en) * 2012-11-28 2014-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of aircraft wings deicing
RU2704699C1 (en) * 2019-01-30 2019-10-30 Акционерное общество "Кронштадт" Electric pulse system for removal of ice formation from skinning of aircraft units

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504502C1 (en) * 2012-11-28 2014-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of aircraft wings deicing
RU2704699C1 (en) * 2019-01-30 2019-10-30 Акционерное общество "Кронштадт" Electric pulse system for removal of ice formation from skinning of aircraft units

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5704567A (en) Blade de-icer for rotary wing aircraft
US5615849A (en) Microwave deicing and anti-icing system for aircraft
US10533481B2 (en) Thermal electric assembly attached on an outer surface of a hot section of a gas turbine engine to generate electrical power
Wang et al. Progress on ultrasonic guided waves de-icing techniques in improving aviation energy efficiency
US6610969B2 (en) Compact microwave system for de-icing and for preventing icing of the outer surfaces of hollow or shell structures which are exposed to meterological influences
US8733688B2 (en) Aircraft leading edge
US6642490B2 (en) Compact millimeterwave system for De-icing and for preventing the formation of ice on the outer surfaces of shell structures exposed to meterological influences
US10131449B2 (en) Actuator mounting method and method for producing an ice protection device as well as mounting device
EP1495963A2 (en) Method and apparatus for noise abatement and ice protection of an aircraft engine nacelle inlet lip
US6207940B1 (en) Microwave de-icing system for aircrafts
CN105691620A (en) Heat pipe and ultrasonic wave combined ice preventing and removing device and method utilizing waste heat of aircraft engine
Hu et al. Optimization of dielectric barrier discharge plasma actuators for icing control
CA3095372C (en) Ice removal system
RU2233232C2 (en) Method of anti-icing protection of structural members of flying vehicles
CN110816855B (en) Aircraft wing anti-icing device and method based on ultrasonic vibration
Yang et al. Novel hybrid ice protection system combining thermoelectric system and synthetic jet actuator
US5791599A (en) System for increasing the aerodynamic and hydrodynamic efficiency of a vehicle in motion
WO2012098809A1 (en) Anti-ice device, wing, aircraft, and anti-ice method
RU2233233C2 (en) Acoustic resonator for anti-icing protection of flying vehicle structural members
RU2753977C1 (en) Method for protecting surfaces of aircraft air intake from icing
UA56355C2 (en) Method for preventing icing of structure elements of an aircraft
Palacios et al. Dynamic analysis and experimental testing of thin-walled structures driven by shear tube actuators
RU2578079C1 (en) Method of prevention of formation and removal of ice from composite structural elements and device for its implementation
Daniliuk et al. Feasibility Study of Ultrasonic De-Icing Technique for Aircraft Wing Ice Protection
GB2105520A (en) Electro-mechanical aircraft de-icer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070710