RU2748665C1 - Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях - Google Patents
Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748665C1 RU2748665C1 RU2020132202A RU2020132202A RU2748665C1 RU 2748665 C1 RU2748665 C1 RU 2748665C1 RU 2020132202 A RU2020132202 A RU 2020132202A RU 2020132202 A RU2020132202 A RU 2020132202A RU 2748665 C1 RU2748665 C1 RU 2748665C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- icing
- coating
- frequency
- layer
- icing coating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 85
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 85
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 230000032798 delamination Effects 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
- B64D15/16—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by mechanical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
- B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing
- B64D15/22—Automatic initiation by icing detector
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области мехатроники и касается способов защиты поверхностей конструкций от осадочных наслоений и может быть использовано для индикации, локации и удаления присоединенных частиц и осадочных наслоений в транспортной и нефте-газовой промышленности, в аэрокосмической технике для защиты от обледенения поверхностей. Регулируют амплитуду вибраций покрытия посредством задания значений для частоты и амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии. Осуществляют индикацию и локацию участков появления обледенения и диагностирование неоднородности распределения толщины обледенения, контроль качества очистки от обледенения по протяженной поверхности посредством регистрации на выходе из оптического волокна амплитудно-частотного спектра интегрального светового сигнала при различных значениях частоты гармонической составляющей задаваемого управляющего электрического напряжения на входе двухпроводной линии с учетом считающейся известной зависимости резонансной частоты покрытия от значений толщины присоединенного к внешней поверхности покрытия слоя льда. Повышается эффективность удаления обледенения на аэродинамических поверхностях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области мехатроники и касается способов защиты поверхностей конструкций от осадочных наслоений и может быть использовано для индикации, локации и удаления (в автоматическом режиме) присоединенных частиц и осадочных наслоений (например, в виде пыли, воды, инея, льда) в транспортной и нефте-газовой промышленности, в аэрокосмической технике для защиты от обледенения аэродинамических поверхностей авиационных конструкций.
Известен способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях (см. Патент RU №2453475, опубл. 20.06.2012). Способ использует устройство в виде гибкого покрытия, которое содержит одну или более пару подсетей проводящих элементов, которые образуют сеть емкостных датчиков. При этом проводящие элементы также являются резистивными нагревательными элементами для обеспечения средства для устранения обледенения. Проводящие элементы утапливаются в изоляционный материал и каждая подсеть проводящих элементов интегрируется в гибкую подложку. Устройство подсоединяют к находящейся в кабине экипажа приборной доске через коммуникационный блок для отображения рабочих параметров и для управления этим устройством.
Недостатком известного способа является низкая эффективность удаления обледенения на аэродинамических поверхностях.
Наиболее близким способом удаления обледенения на аэродинамических поверхностях является способ (см. Патент RU №2483000, опубл. 27.05.2013), который в качестве средства борьбы с обледенением элементов конструкции летательных аппаратов использует противообледенительное покрытие, нанесенное на аэродинамическую наружную поверхность конструкции, при этом связующая полимерная матрица противообледенительного покрытия содержит в себе один или более пьезоэлектрических элементов для создания управляемых вибраций наружной поверхности покрытия в силу воздействия на пьезоэлектрические элементы электрического поля от внешнего источника электроэнергии посредством устройства подачи электроэнергии, например, в виде электрического кабеля. При этом вибрация не должна приводить к повреждениям противообледенительного покрытия и конструкции в целом. Пьезоэлектрический элемент или элементы могут быть равномерно распределены по всей связующей матрице противообледенительного покрытия и/или непосредственно и независимо подключены к источнику электроэнергии. В качестве материала связующей матрицы противообледенительного покрытия выбраны полиуретановые или фторполиуретановые краски, смолы, или пластмассы, содержащие тефлон. Толщина противообледенительного покрытия составляет от 20 до 100 мкм. Противообледенительное покрытие позволяет добиться того, что максимальная толщина слоя льда, нарастающего на его наружной поверхности, не превышает 2 мм с учетом плохого сцепления противообледенительного покрытия со льдом, в результате чего для разрушения образовавшегося ледяного слоя требуется меньше энергии, чем это обычно необходимо. Вследствие тонкости слоя льда его разрушение и отделение от поверхности покрытия происходит в форме небольших частиц толщиной около 2 мм, не представляющих опасности для турбореактивного двигателя. Дополнительный защитный слой может также содержать составы, отличные от противообледенительного покрытия, например, углерод, стекло или любой другой материал, способный повысить стойкость покрытия к износу или удару. Данный способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, при котором наносят на аэродинамическую наружную поверхность конструкции противообледенительное покрытие, включающее в себя связующую полимерную матрицу, пьезоэлектрический элемент, подают электрическое напряжение на пьезоэлектрический элемент от внешнего источника электроэнергии посредством устройства подачи электроэнергии для создания управляемых вибраций наружной поверхности покрытия.
Недостатками известного способа удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, принятого за прототип, является низкая эффективность удаления обледенения на протяженных аэродинамических поверхностях, вследствие того, что здесь используется сложная квазираспределенная система из большого числа дискретных пьезоэлектрических элементов, включение и выключение которых для начала и завершения очистки поверхности от обледенения происходит не в автоматическом режиме без учета особенностей реальной неоднородности обледенения и без контроля результатов очистки протяженной аэродинамической поверхности.
Задачей изобретения является повышение эффективности удаления обледенения на аэродинамических поверхностях за счет возможности автоматического режима удаления обледенения на аэродинамических поверхностях с индикацией и локацией места обледенения, контроля качества очистки от обледенения для протяженных участков аэродинамических поверхностей,
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, при котором наносят на аэродинамическую наружную поверхность конструкции противообледенительное покрытие, включающее в себя связующую полимерную матрицу, пьезоэлектрический элемент, подают электрическое напряжение на пьезоэлектрический элемент от внешнего источника электроэнергии посредством устройства подачи электроэнергии для создания управляемых вибраций наружной поверхности покрытия, согласно изобретению противообледенительное покрытие выполняют в виде полимерного слоя с размещенным в нем пьезоэлектролюминесцентным оптоволоконным датчиком (см. Патент RU №2698958. Сенсорная система / Паньков А.А., опубл.: 02.09.2019 Бюл. №25, далее [1]), включающим в себя оптическое волокно и расположенные вокруг него электролюминесцентный и пьезоэлектрический цилиндрические слои, при этом устройство подачи электроэнергии выполняют в виде двухпроводной электрической линии, протяженной вдоль цилиндрических поверхностей пьезоэлектрического слоя, регулируют амплитуду вибраций противообледенительного покрытия посредством задания значений для частоты и амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии:
- задают значение для частоты гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии равное собственной частоте вибраций противообледенительного покрытия при наличии на его внешней поверхности присоединенного критического слоя льда с максимально допустимым значением толщины, которое обусловлено конкретными условиями эксплуатации противообледенительного покрытия; в результате, при образовании и достижении толщиной слоя льда этого максимального значения наступает в автоматическом режиме резонансный режим вибраций противообледенительного покрытия и, как следствие, отслоение и/или разрушение слоя льда,
- задают значение для амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии из требования отслоения и/или разрушение слоя льда с учетом неповреждения противообледенительного покрытия и, в целом, конструкции, на которой покрытие установлено, в частности, при резонансном режиме вибраций;
осуществляют индикацию и локацию участков появления обледенения и диагностирование неоднородности распределения толщины обледенения, контроль качества очистки от обледенения по протяженной аэродинамической поверхности посредством регистрации на выходе из оптического волокна амплитудно-частотного спектра интегрального светового сигнала при различных значениях частоты гармонической составляющей задаваемого управляющего электрического напряжения на входе двухпроводной линии с учетом считающейся известной зависимости резонансной частоты противообледенительного покрытия от значений толщины присоединенного к внешней поверхности противообледенительного покрытия слоя льда, при этом в качестве регистратора используют приемник анализатор интенсивности оптических сигналов.
В частности, пьезоэлектролюминесцентный оптоволоконный датчик размещают в объеме противообледенительного покрытия в виде непрерывной спирали для охвата большей площади протяженной аэродинамической поверхности.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - противообледенительное покрытие выполняют в виде полимерного слоя с размещенным в нем пьезоэлектролюминесцентным оптоволоконным датчиком, включающим в себя оптическое волокно и расположенные вокруг него электролюминесцентный и пьезоэлектрический цилиндрические слои, при этом устройство подачи электроэнергии выполняют в виде двухпроводной электрической линии, протяженной вдоль цилиндрических поверхностей пьезоэлектрического слоя, регулируют амплитуду вибраций противообледенительного покрытия посредством задания значений для частоты и амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии;
- задают значение для частоты гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии равное собственной частоте вибраций противообледенительного покрытия при наличии на его внешней поверхности присоединенного критического слоя льда с максимально допустимым значением толщины, которое обусловлено конкретными условиями эксплуатации противообледенительного покрытия; в результате, при образовании и достижении толщиной слоя льда этого максимального значения наступает в автоматическом режиме резонансный режим вибраций противообледенительного покрытия и, как следствие, отслоение и/или разрушение слоя льда,
- задают значение для амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии из требования отслоения и/или разрушение слоя льда с учетом неповреждения противообледенительного покрытия и, в целом, конструкции, на которой покрытие установлено, в частности, при резонансном режиме вибраций;
осуществляют индикацию и локацию участков появления обледенения и диагностирование неоднородности распределения толщины обледенения, контроль качества очистки от обледенения по протяженной аэродинамической поверхности посредством регистрации на выходе из оптического волокна амплитудно-частотного спектра интегрального светового сигнала при различных значениях частоты гармонической составляющей задаваемого управляющего электрического напряжения на входе двухпроводной линии с учетом считающейся известной зависимости резонансной частоты противообледенительного покрытия от значений толщины присоединенного к внешней поверхности противообледенительного покрытия слоя льда, при этом в качестве регистратора используют приемник анализатор интенсивности оптических сигналов;
пьезоэлектролюминесцентный оптоволоконный датчик размещают в объеме противообледенительного покрытия в виде непрерывной спирали для охвата большей площади протяженной аэродинамической поверхности.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют диагностировать появление обледенения, проводить локацию участков обледенения и толщину слоя льда на каждом из локальных участков внешней протяженной поверхности противообледенительного покрытия, в автоматическом режиме активизировать функцию очистки от обледенения лишь на тех локальных участках протяженного противообледенительного покрытия, на внешних поверхностях которых толщина слоя льда достигла установленного (заданного с учетом особенностей эксплуатации конструкции) критического значения, диагностировать качество очистки от обледенения внешней протяженной поверхности противообледенительного покрытия. В результате достигается повышение эффективности удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, особенно для случая протяженных поверхностей, при этом повышается энергоэффективность процесса удаления обледенения из-за снижения энергопотребления процесса очистки от обледенения.
Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях иллюстрируется чертежем.
На чертеже изображен представительный элемент противообледенительного покрытия с присоединенным слоем льда.
Противообледенительное покрытие (см. чертеж) выполнено в виде полимерного слоя с размещенным в нем пьезоэлектролюминесцентным оптоволоконным датчиком, который включает в себя оптическое волокно 1 и расположенные вокруг него электролюминесцентный слой 2 и пьезоэлектрический слой 3, при этом датчик расположен в материале связующей матрицы 4, к которой присоединен слой льда 5, аэродинамическая поверхность - это межфазная поверхность «противообледенительное покрытие/лед 5».
Нижняя грань представительного элемента противообледенительного покрытия на чертеже закреплена на аэродинамической поверхности (на чертеже не показана).
Электроды двухпроводной электрической линии (на чертеже не показаны) размещены на межфазных поверхностях: «оптоволокно 1/электролюминесцентный слой 2» и «пьезоэлектрический слой 3/связующая полимерная матрица 4».
Пьезоэлектролюминесцентный оптоволоконный датчик может быть размещен в объеме противообледенительного покрытия в виде непрерывной спирали для охвата большей площади протяженной аэродинамической поверхности.
В качестве материала связующей матрицы противообледенительного покрытия могут быть выбраны полиуретановые или фторполиуретановые краски, смолы, или пластмассы, содержащие тефлон.
Противообледенительное покрытие может иметь дополнительный защитный слой (на чертеже не показан) для механической защиты от внешних воздействий, например: износа и/или удара.
Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях осуществляется с использованием противообледенительного покрытия в виде полимерного слоя с размещенным в нем пьезоэлектролюминесцентным оптоволоконным датчиком, включающим в себя оптическое волокно 1 и расположенные вокруг него электролюминесцентный 2 и пьезоэлектрический 3 цилиндрические слои, при этом устройство подачи электроэнергии выполняют в виде двухпроводной электрической линии, протяженной вдоль цилиндрических поверхностей пьезоэлектрического слоя [1]. Механолюминесцентный эффект возникает в результате взаимодействия между собой электролюминесцентного 2 и пьезоэлектрического 3 слоев при вынужденных электромеханических колебаниях (вибрациях) датчика и противообледенительного покрытия в целом (см. чертеж). Информативные световые сигналы возникают в электролюминесцентном слое 2 и, далее, проникают через светопрозрачный электрод (на чертеже не показан), расположенный на межфазной поверхности «оптоволокно 1/электролюминесцентный слой 2», внутрь оптического волокна 1 и распространяются по нему к приемнику-анализатору интенсивности световых сигналов на выходе из оптического волокна 1.
Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях осуществляется следующим образом;
1) Регулируют амплитуду вибраций противообледенительного покрытия посредством задания значений для частоты и амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии:
- задают значение для частоты гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии равное собственной частоте вибраций противообледенительного покрытия при наличии на его внешней поверхности присоединенного критического слоя льда 5 (присоединенной массы) с максимально допустимым значением толщины, например, 2 мм которое обусловлено конкретными условиями эксплуатации противообледенительного покрытия; в результате, при образовании и достижении толщиной слоя льда этого максимального значения наступает в автоматическом режиме резонансный режим вибраций противообледенительного покрытия и, как следствие, отслоение и/или разрушение слоя льда,
- задают значение для амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии из требования отслоения и/или разрушение слоя льда 5 с учетом неповреждения противообледенительного покрытия и, в целом, конструкции, на которой покрытие установлено, в частности, при резонансном режиме вибраций.
В результате, при отсутствии или «малом» значении (т.е. меньше критического значения) толщины (присоединенной массы Δm) слоя льда на некотором локальном участке противообледенительного покрытия для него реализуются незначительные «малые», а при критическом значении толщины слоя льда имеем «большие» резонансные значения амплитуды вибраций этого участка противообледенительного покрытия, что приводит к разрушению и удалению слоя льда 5 с этого локального участка аэродинамической поверхности.
2) Осуществляют индикацию и локацию участков появления обледенения и диагностирование неоднородности распределения толщины обледенения, контроль качества очистки от обледенения по протяженной аэродинамической поверхности посредством регистрации на выходе из оптического волокна амплитудно-частотного спектра интегрального светового сигнала при различных значениях частоты гармонической составляющей задаваемого управляющего электрического напряжения на входе двухпроводной линии с учетом считающейся известной зависимости резонансной частоты противообледенительного покрытия от значений толщины присоединенного к внешней поверхности противообледенительного покрытия слоя льда, при этом в качестве регистратора используют приемник анализатор интенсивности оптических сигналов. Для решения этой задачи возможно использование известных (см. A.A. Pankov «Piezoelectroluminescent optical fiber sensors for diagnostics of deformation and temperature fields in composite constructions», AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 2053, pp. 040068-1-040068-5, далее [2]) алгоритмов: «резонансного диагностирования», «импульсно-резонансного сканирования», заменив в них диагностируемую в [2] величину изменения температуры (нагрев) на толщину (присоединенную массу) льда. В результате по алгоритму «резонансного диагностирования» [2] осуществляют расчет производной по частоте для измеряемой зависимости интенсивности светового потока на выходе из оптического волокна для определения «спектра толщины (присоединенной массы) обледенения» - функции плотности распределения толщины (присоединенной массы) обледенения по аэродинамической поверхности из решения интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода. По алгоритму «импульсно-резонансного сканирования» [2] осуществляют подачу на вход двухпроводной электрической линии видеоимпульса электрического напряжения при установившихся (стационарных) вынужденных электромеханических колебаниях противообледенительного покрытия для определения реального неоднородного распределения значений толщины обледенения по аэродинамической поверхности, Алгоритмы «резонансного диагностирования», «импульсно-резонансного сканирования» заявленного способа индикации, нахождения характеристик и реального распределения толщины (присоединенной массы) льда по аэродинамической поверхности с использованием противообледенительного покрытия основаны на считающейся известной амплитудно-частотной характеристике представительного элемента противообледенительного покрытия (см. чертеж) и зависимости его резонансной частоты v* от измеряемых значений толщины Δh присоединенного слоя (присоединенной массы Δm) льда, известное значение резонансной частоты v0 без обледенения при Δh=0. При изменении толщины Δh присоединенного слоя график амплитудно-частотной характеристики датчика смещается по оси частоты v на величину изменения резонансной частоты Δ≡v*-v0≈kvΔh пропорционально изменению толщины Δh. Неоднородность по продольной координате z датчика диагностируемых толщин Δh(z) присоединенного слоя льда обуславливает соответствующую информативную неоднородность амплитуд 
гармонических (с частотой v) составляющих электрических напряжений на электролюминесцентном слое датчика в результате связи Δ(z)=v*(z)-v0≈kvΔh(z) толщин Δh(z) присоединенного слоя льда со смещениями резонансных частот Δ(z) и, как следствие, смещениями по оси частот амплитудно-частотных характеристик 
для различных локальных участков датчика. По алгоритму «резонансного диагностирования» искомый «спектр толщины (присоединенной массы) обледенения» ƒh(τ) - функции плотности распределения толщины Δh (присоединенной массы) обледенения по аэродинамической поверхности находим из решения интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода 
по результатам измеряемых значений производной 
амплитуды интенсивности свечения 
на выходе из оптического волокна по частоте v гармонической составляющей электрического напряжения на управляющих электродах датчика, где 
ядро Фредгольма рассчитывается 
через известную амплитудно-частотную характеристику 
фрагмента датчика длиной 
длина датчика 
коэффициент пропорциональности kv. Алгоритм «импульсно-резонансного сканирования» позволяет найти реальное распределение диагностируемых толщин Δh(z) присоединенного слоя льда по противообледенительному покрытию (на аэродинамической поверхности) через нахождение совокупности распределений амплитудных значений 
электрического напряжения на электролюминесцентном слое для различных значений частоты гармонической составляющей управляющего электрического напряжения на электродах датчика посредством использования сканирующего видеоимпульса, «бегущего» по электродам вдоль датчика.
Преимущества заявленного способа удаления обледенения на аэродинамических поверхностях состоят в том, что способ позволяет диагностировать появление обледенения, проводить локацию участков обледенения и толщину слоя льда на каждом из локальных участков внешней протяженной поверхности противообледенительного покрытия,
в автоматическом режиме активизировать функцию очистки от обледенения лишь на тех локальных участках протяженного противообледенительного покрытия, на внешних поверхностях которых толщина слоя льда достигла установленного (заданного с учетом особенностей эксплуатации конструкции) критического значения, диагностировать качество очистки от обледенения внешней протяженной поверхности противообледенительного покрытия.
В результате достигается повышение эффективности удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, особенно для случая протяженных поверхностей, при этом повышается энергоэффективность процесса удаления обледенения из-за снижения энергопотребления процесса очистки от обледенения.
Указанный технический результат подтвержден результатами численного моделирования решения задачи о стационарных вынужденных электромеханических колебаниях представительного элемента противообледенительного покрытия (см. чертеж) и анализом закономерностей влияния толщины Δh присоединенного слоя льда 5 на амплитудно-частотную характеристику представительного элемента противообледенительного покрытия и численным анализом амплитуд интенсивности свечения на выходе из оптоволокна датчика противообледенительного покрытия для различных модельных и реальных законов распределения толщины слоя льда на поверхности противообледенительного покрытия по длине датчика.
Claims (5)
1. Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, при котором наносят на аэродинамическую наружную поверхность конструкции противообледенительное покрытие, включающее в себя связующую полимерную матрицу, пьезоэлектрический элемент, подают электрическое напряжение на пьезоэлектрический элемент от внешнего источника электроэнергии посредством устройства подачи электроэнергии для создания управляемых вибраций наружной поверхности покрытия, отличающийся тем, что противообледенительное покрытие выполняют в виде полимерного слоя с размещенным в нем пьезоэлектролюминесцентным оптоволоконным датчиком, включающим в себя оптическое волокно и расположенные вокруг него электролюминесцентный и пьезоэлектрический цилиндрические слои, при этом устройство подачи электроэнергии выполняют в виде двухпроводной электрической линии, протяженной вдоль цилиндрических поверхностей пьезоэлектрического слоя, регулируют амплитуду вибраций противообледенительного покрытия посредством задания значений для частоты и амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии:
- задают значение для частоты гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии, равное собственной частоте вибраций противообледенительного покрытия при наличии на его внешней поверхности присоединенного критического слоя льда с максимально допустимым значением толщины, которое обусловлено конкретными условиями эксплуатации противообледенительного покрытия; в результате при образовании и достижении толщиной слоя льда этого максимального значения наступает в автоматическом режиме резонансный режим вибраций противообледенительного покрытия и, как следствие, отслоение и/или разрушение слоя льда,
- задают значение для амплитуды гармонической составляющей управляющего электрического напряжения внешнего источника электроэнергии на входе двухпроводной линии из требования отслоения и/или разрушения слоя льда с учетом неповреждения противообледенительного покрытия и, в целом, конструкции, на которой покрытие установлено, в частности, при резонансном режиме вибраций;
осуществляют индикацию и локацию участков появления обледенения и диагностирование неоднородности распределения толщины обледенения, контроль качества очистки от обледенения по протяженной аэродинамической поверхности посредством регистрации на выходе из оптического волокна амплитудно-частотного спектра интегрального светового сигнала при различных значениях частоты гармонической составляющей задаваемого управляющего электрического напряжения на входе двухпроводной линии с учетом считающейся известной зависимости резонансной частоты противообледенительного покрытия от значений толщины присоединенного к внешней поверхности противообледенительного покрытия слоя льда, при этом в качестве регистратора используют приемник анализатор интенсивности оптических сигналов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлектролюминесцентный оптоволоконный датчик размещают в объеме противообледенительного покрытия в виде непрерывной спирали для охвата большей площади протяженной аэродинамической поверхности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132202A RU2748665C1 (ru) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132202A RU2748665C1 (ru) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2748665C1 true RU2748665C1 (ru) | 2021-05-28 |
Family
ID=76301292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020132202A RU2748665C1 (ru) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2748665C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008059169A2 (fr) * | 2006-11-16 | 2008-05-22 | Airbus France | Bord d'attaque d'aeronef |
| JP2012046151A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 航空機の防除氷システム及びこれを備える航空機 |
| RU2483000C2 (ru) * | 2007-10-22 | 2013-05-27 | Эрсель | Пьезоэлектрическая противообледенительная система воздухозаборника |
| RU2504502C1 (ru) * | 2012-11-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ борьбы с обледенением крыльев летательных аппаратов |
| RU2543447C2 (ru) * | 2012-04-18 | 2015-02-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) | Способ контроля обледенения и устройство для его осуществления |
| US20190093557A1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | The Boeing Company | Advanced inlet design |
-
2020
- 2020-09-28 RU RU2020132202A patent/RU2748665C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008059169A2 (fr) * | 2006-11-16 | 2008-05-22 | Airbus France | Bord d'attaque d'aeronef |
| RU2483000C2 (ru) * | 2007-10-22 | 2013-05-27 | Эрсель | Пьезоэлектрическая противообледенительная система воздухозаборника |
| JP2012046151A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 航空機の防除氷システム及びこれを備える航空機 |
| RU2543447C2 (ru) * | 2012-04-18 | 2015-02-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) | Способ контроля обледенения и устройство для его осуществления |
| RU2504502C1 (ru) * | 2012-11-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ борьбы с обледенением крыльев летательных аппаратов |
| US20190093557A1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | The Boeing Company | Advanced inlet design |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6290778B2 (ja) | 複合構造物への損傷の検出及び評価 | |
| EP2697634B1 (en) | System and method for monitoring bonding integrity | |
| Boller | Next generation structural health monitoring and its integration into aircraft design | |
| US9821915B2 (en) | Method and apparatus for inhibiting formation of and/or removing ice from aircraft components | |
| US4775118A (en) | Ice detecting system | |
| US7075424B1 (en) | System for damage location using a single channel continuous acoustic emission sensor | |
| US20090326834A1 (en) | Systems, methods and computer program products for characterizing structural events | |
| Wang et al. | Comparative evaluation of the electrical configurations for the two-dimensional electric potential method of damage monitoring in carbon fiber polymer–matrix composite | |
| US9068929B2 (en) | Capacitance-based system health monitoring system, apparatus and method for layered structure | |
| Yin et al. | Numerical simulation and experimental validation of ultrasonic de-icing system for wind turbine blade | |
| US11492128B2 (en) | Method for supplying electric power to an ultrasonic nacelle de-icing and anti-icing | |
| US20090007688A1 (en) | Damage Sensors | |
| US9625248B2 (en) | Device and method for measuring ice thickness | |
| CA2158030A1 (en) | Method of and apparatus for measuring ice distribution profiles | |
| GB2483530A (en) | Aircraft ice detection system | |
| Gupta et al. | Structural health monitoring of composite aircraft structures using fiber Bragg grating sensors | |
| US20190322393A1 (en) | Nano-energetic applications for aircraft | |
| RU2748665C1 (ru) | Способ удаления обледенения на аэродинамических поверхностях | |
| US11220328B2 (en) | Arrangement and system for mechanically changing a surface | |
| US6879168B2 (en) | Ice detection system | |
| Andreades et al. | Fatigue testing and damage evaluation using smart CFRP composites with embedded PZT transducers | |
| Mendig et al. | Ice detection by ultrasonic guided waves | |
| Kessler et al. | Structural health monitoring of composite materials using piezoelectric sensors | |
| Yu et al. | In‐plane shear damage behaviours of 2D needled C/SiC composites | |
| Kessler et al. | Experimental application of optimized Lamb wave actuating/sensing patches for health monitoring of composite structures |