UA56355C2 - Method for preventing icing of structure elements of an aircraft - Google Patents
Method for preventing icing of structure elements of an aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- UA56355C2 UA56355C2 UA2001075199A UA200175199A UA56355C2 UA 56355 C2 UA56355 C2 UA 56355C2 UA 2001075199 A UA2001075199 A UA 2001075199A UA 200175199 A UA200175199 A UA 200175199A UA 56355 C2 UA56355 C2 UA 56355C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- aircraft
- icing
- structural elements
- heating
- thermal energy
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 description 12
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до авіаційної техніки, зокрема до систем антиобледеніння літального апарата (ЛА), і 2 може бути застосований для запобігання утворенню криги на зовнішніх поверхнях крил літака, вхідних пристроїв газотурбінних двигунів ЛА, лопатях гвинтів вертольотів, лопатях повітряних гвинтів (рушіїв), вітряних електрогенераторів тощо. Тобто в будь-яких галузях енергомашинобудування, де можна використати швидкісний напір оточуючого повітря.The invention relates to aviation technology, in particular to anti-icing systems of aircraft (LA), and 2 can be applied to prevent the formation of ice on the outer surfaces of aircraft wings, inlet devices of gas turbine engines of LA, helicopter propeller blades, propeller blades (thrusters), wind generators etc. That is, in any branch of power engineering, where the high-speed pressure of the surrounding air can be used.
Відомий спосіб механічного руйнування криги на конструкціях ЛА |Патент РФ Мо 93053570, кл. В64015/16, 70 опубл. 1996.06.27|, який передбачає створення в обшивці, що захищається, та шарі криги на ній повторюваних імпульсних деформацій, розділених паузами. На зовнішній поверхні обшивки, що захищається, у схильних до обледеніння зонах закріплюють пружний матеріал із запресованими всередину останнього феромагнітними пластинками і формують електроїмпульсним методом коливання пружного матеріалу при утворенні на ньому криги шляхом впливу на феромагнітні пластинки електромагнітним полем змінного знаку, сконцентрованим в 12 області останніх.A known method of mechanical destruction of ice on aircraft structures | RF Patent No. 93053570, cl. B64015/16, 70 publ. 1996.06.27|, which provides for the creation of repeated impulse deformations separated by pauses in the cladding being protected and the layer of ice on it. On the outer surface of the cladding to be protected, in areas prone to icing, elastic material with ferromagnetic plates pressed into the latter is fixed and formed by the electropulse method of oscillation of the elastic material when ice forms on it by influencing the ferromagnetic plates with an electromagnetic field of alternating sign, concentrated in 12 areas of the latter.
До недоліків цього винаходу відносяться: - висока енергоємність способу, з огляду на те, що для формування електромагнітного імпульсу використовують бортові джерела електроенергії; - Збільшення ваги ЛА за рахунок необхідності встановлення додаткового устаткування для створення імпульсних деформацій в обшивці; - зменшення дальності польоту ЛА і зменшення відстані до "точки повернення" при аварійних ситуаціях внаслідок додаткової витрати пального на формування коливань пружного матеріалу обшивки; - зменшення експлуатаційного ресурсу основних двигунів ЛА, пов'язане з додатковими витратами електроенергії на усунення криги; с - складність конструкції через велику кількість конструктивних елементів, що застосовуються в способі а (3 саме: пружних елементів обшивки, феромагнітних вставок, розподільного пристрою, дротів для підводу електроенергії тощо; - зниження ресурсу обшивки внаслідок пошкоджень від деформацій під час створення електромагнітних імпульсів; о - складність здійснення способу, пов'язана з тим, що в аналозі відбувається руйнування шару криги, що вже ою утворився, а не запобігання його утворенню. Відтак необхідно здійснити додаткові операції з активізації роботи пристроїв, що генерують коливання. оDisadvantages of the present invention include: - high energy consumption of the method, given the fact that on-board sources of electricity are used to form the electromagnetic pulse; - An increase in the weight of the aircraft due to the need to install additional equipment to create impulse deformations in the skin; - reduction of the flight range of the aircraft and reduction of the distance to the "point of return" in emergency situations due to the additional consumption of fuel for the formation of vibrations of the elastic material of the skin; - reduction of the operational resource of the main engines of the aircraft, associated with additional costs of electricity for the removal of ice; c - the complexity of the design due to the large number of structural elements used in method a (3 namely: elastic cladding elements, ferromagnetic inserts, a distribution device, wires for supplying electricity, etc.; - a decrease in the resource of the cladding due to damage from deformations during the creation of electromagnetic pulses; o - the complexity of the implementation of the method is due to the fact that in the analogue the ice layer that has already formed is destroyed, and not prevented from forming. Therefore, it is necessary to carry out additional operations to activate the operation of devices that generate oscillations.
Відомий винахід "Елементи опору для нагрівання аеродинамічної поверхні та пристрої, що містять такі Ге) елементи" |Патент ОБ, Мо 5971323, кл. В64815/00, Вб41 01/02, опубл.26.11.1999), який полягає в тому, що для видалення обледеніння аеродинамічну поверхню нагрівають, використовуючи кілька елементів опору, кожен з о яких складається з електропровідних скляних волокон і розташований в аеродинамічній поверхні у безпосередній близькості від її переднього фронту паралельно йому. На елементи опору подають електричний струм, що викликає їх нагрівання, пов'язане з ефектом Джоуля. Недоліками цього відомого винаходу є: « - зменшення дальності польоту ЛА через необхідність витрати палива на обігрівання аеродинамічних З 70 поверхонь; с - складність конструкції через необхідність наявності великої кількості елементів опору та з» електропровідних скляних волокон, що входять до їхнього складу; - збільшення ваги ЛА в цілому за рахунок збільшення маси пального на борту для вироблення електроенергії, необхідної для обігріву; - додаткове навантаження на енергоустановку ЛА внаслідок відбору електроенергії від основних двигунів на і-й обігрівання схильних до обмерзання поверхонь.Known invention "Resistance elements for heating the aerodynamic surface and devices containing such Ge) elements" Patent OB, Mo 5971323, cl. B64815/00, Vb41 01/02, publ. 26.11.1999), 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 the immediate close to its front parallel to it. An electric current is applied to the resistance elements, which causes them to heat up due to the Joule effect. The disadvantages of this well-known invention are: "- reduction of the flight range of the aircraft due to the need to spend fuel on heating the aerodynamic C 70 surfaces; c - the complexity of the design due to the need for a large number of resistance elements and c" electrically conductive glass fibers included in their composition; - an increase in the weight of the aircraft as a whole due to an increase in the mass of fuel on board for the generation of electricity needed for heating; - additional load on the power plant of the aircraft due to the withdrawal of electricity from the main engines for the heating of surfaces prone to icing.
Ге») Відомий метод і апарат для застосування нагрітих палив для видалення обледеніння з літака (Патент 05, Мо 5558303, кл. В64015/02, опубл.24.09.19961. о Метод полягає в тому, що для видалення обледеніння з аеродинамічної поверхні її нагрівають до температур с 20 танення криги, використовуючи тепло від палива, попередньо нагрітого до температур, досить високих для того, щоб передати теплову енергію через паливні баки, розміщені в крилах, до зовнішньої області крил. сл Недоліками цього винаходу є: - обмеженість у застосуванні на літаках різних марок, пов'язана з необхідністю обов'язкового розташування паливного баку в крилі ЛА; 29 - великі експлуатаційні витрати внаслідок необхідності наявності на аеродромах спеціального устаткуванняGe") Known method and apparatus for using heated fuels to remove icing from an aircraft (Patent 05, Mo. 5558303, class B64015/02, publ. 09/24/19961. o The method consists in the fact that to remove icing from the aerodynamic surface, it is heated to temperatures c 20 melting ice, using heat from fuel preheated to temperatures high enough to transfer thermal energy through fuel tanks located in the wings to the outer region of the wings. sl The disadvantages of the present invention are: aircraft of different brands, related to the need for the mandatory location of the fuel tank in the wing of the aircraft; 29 - high operating costs due to the need to have special equipment at airfields
ГФ) для попереднього нагрівання палива.HF) for fuel preheating.
Відомий винахід "Передкрилок літака з повітряним обігрівом" (Патент РФ Мо2083441, кл. В64015/04, опубл. о 1997.07.10)Ї, який полягає в тому, що для нагрівання схильних до обледеніння конструктивних елементів застосовують трубу повітряного обігріву, встановлену в передкрилку аеродинамічної поверхні на опорний бо елемент, виконаний у вигляді колодки. Колодку закріплено на діафрагмі й підпружинено відносно неї плоскою гофрованою пружиною. Труба повітряного обігріву розміщена в носку передкрилка і прикріплена з допомогою хомута до повздовжньої діафрагми, а хомут закріплено збоку від носка передкрилка з можливістю фіксованого послаблення натягу.The well-known invention "Airplane slat with air heating" (Russian Patent Mo2083441, class B64015/04, published on 07.10.1997), which consists in the fact that an air heating pipe installed in the slat is used to heat structural elements prone to icing of the aerodynamic surface on the support element made in the form of a pad. The pad is fixed to the diaphragm and spring-loaded relative to it by a flat corrugated spring. The air heating pipe is placed in the tip of the front wing and is attached with a clamp to the longitudinal diaphragm, and the clamp is fixed on the side of the front wing tip with the possibility of fixed tension relaxation.
Недоліками даного винаходу є: бо - збільшення ваги ЛА;The disadvantages of this invention are: because - an increase in the weight of the aircraft;
- збільшення навантаження на бортову енергетичну систему ЛА; - складність конструкції, висока вартість виготовлення і монтажу пристрою антиобледеніння на борту ЛА; - великі габаритні розміри конструктивних елементів, що входять до складу пристрою антиобледеніння,- increasing the load on the on-board energy system of the aircraft; - the complexity of the design, the high cost of manufacturing and installing the anti-icing device on board the aircraft; - large overall dimensions of structural elements included in the anti-icing device,
Зокрема труби повітряного обігріву.In particular, air heating pipes.
Відомий спосіб антиобледеніння й мікрохвильова система антиобледеніння літака (Патент ОБ, Мо 5615849, кл. В864015/00, опубл.0О1.04.1997), в якій конструктивні елементи ЛА в схильних до обледеніння зонах поверхні нагрівають до температури танення криги ї20С"7. Мікроволнова енергія, одержувана від мікрохвильового генератора, поглинається спеціальною тепловою поглинаючою трубкою, що міститься в передкрилку /о аеродинамічної поверхні. Потім одержану мікрохвильову енергію перетворюють у теплову з допомогою тієї ж самої поглинаючої трубки. Для більш ефективного перетворення мікрохвильової енергії в теплову на внутрішню поверхню трубки наносять спеціальне покриття, що має високі абсорбційні властивості, і встановлюють дзеркало-ізолятор. Після цього тепловими трансферними рулями теплову енергію передають до конструктивних елементів ЛА, наприклад до обшивки переднього фронту крила або до іншої аеродинамічної поверхні, ротору ЛА 7/5 тощо. Температуру цих елементів підтримують на постійному рівні так, щоб вона була істотно вищою від температури замерзання. Таким чином, здійснюють нагрівання конструктивних елементів ЛА, що дає змогу запобігти їх обледенінню. Недоліками даного винаходу є: 1. Зменшення дальності польоту ЛА і зменшення відстані до "точки повернення" внаслідок необхідності додаткової витрати пального на обігрівання схильних до обледеніння поверхонь; 2. Велике навантаження на бортову енергетичну систему, пов'язане з тим, що потік мікрохвильової енергії одержують з допомогою мікрохвильового генератора, який використовує електроенергію від бортової мережі ЛА для створення цього потоку;There is a known anti-icing method and microwave anti-icing system of the aircraft (Patent OB, Mo 5615849, class B864015/00, publ. 0О1.04.1997), in which structural elements of the aircraft in areas prone to icing of the surface are heated to the ice melting temperature of 20С"7. Microwave energy , received from the microwave generator, is absorbed by a special heat-absorbing tube contained in the slat /o aerodynamic surface. Then the received microwave energy is converted into heat using the same absorption tube. For more effective conversion of microwave energy into heat, a special coating is applied to the inner surface of the tube a coating with high absorption properties, and an insulating mirror is installed. After that, heat transfer rudders transfer thermal energy to structural elements of the aircraft, for example, to the skin of the front edge of the wing or to another aerodynamic surface, the rotor of the aircraft 7/5, etc. The temperature of these elements is maintained at a constant level so that it is significantly higher than the freezing temperature. Thus, the structural elements of the aircraft are heated, which makes it possible to prevent their icing. The disadvantages of this invention are: 1. Reducing the flight range of the aircraft and reducing the distance to the "point of return" due to the need for additional fuel consumption for heating surfaces prone to icing; 2. A large load on the on-board power system, due to the fact that the flow of microwave energy is obtained with the help of a microwave generator, which uses electricity from the on-board network of the aircraft to create this flow;
З. Збільшення ваги ЛА внаслідок того, що до складу системи антиобледеніння входить велика кількість конструктивних елементів, а саме мікрохвильовий генератор, радіальні трансферні рулі, теплова поглинаюча сч г5 трубка. Тому в сукупності з установчими елементами система антиобледеніння являє собою вельми складну конструкцію і займає значну частину об'єму внутрішнього простору аеродинамічної поверхні ЛА. і)C. An increase in the weight of the aircraft due to the fact that the anti-icing system includes a large number of structural elements, namely, a microwave generator, radial transfer rudders, and a heat-absorbing tube. Therefore, together with the installation elements, the anti-icing system is a very complex structure and occupies a significant part of the volume of the internal space of the aerodynamic surface of the aircraft. and)
До недоліків застосування даного винаходу також відноситься висока вартість виготовлення конструктивних елементів системи антиобледеніння у зв'язку з тим, що для виготовлення мікрохвильового генератора і поглинаючої трубки застосовують дороге обладнання й матеріали. ю зо Таким чином, зараз застосовуються три основних методи для видалення або запобігання утворенню криги на зовнішніх поверхнях ЛА, а саме: що) 1. Шляхом подавання нагрітих газів або рідин по трубопроводу; с 2. Шляхом електронагрівання; 3. Механічними засобами, наприклад вібраційними сітками або колодками, що прикріплюються до поверхні ісе)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 absorbing tube. Thus, three main methods are currently used to remove or prevent the formation of ice on the outer surfaces of aircraft, namely: what) 1. By supplying heated gases or liquids through the pipeline; c 2. By electric heating; 3. By mechanical means, for example, vibrating nets or pads attached to the surface of the ise)
ЛА або вбудовані в неї. Очевидно, що застосування всіх цих відомих методів призводить до ускладнення ю конструкції ЛА в цілому, вимагає додаткової витрати електроенергії на обігрівання, а відтак до зменшення дальності польоту і до збільшення ваги ЛА.LA or built into it. It is obvious that the use of all these known methods leads to the complexity of the design of the aircraft as a whole, requires additional consumption of electricity for heating, and therefore to a decrease in the flight range and to an increase in the weight of the aircraft.
Також слід відзначити той факт, що всі розглянуті вище способи та пристрої для їх здійснення не задіяні протягом усього часу польоту ЛА, тобто спрямовані на руйнування шару криги, що вже утворився, а не на « запобігання його утворенню. У разі ж, якщо необхідно здійснювати ці способи або застосовувати такі пристрої з с безперервно, витрачання електроенергії а відтак витрати пального на одержання цієї енергії будуть неприпустимими з точки зору умов експлуатації ЛА. ;» В основу винаходу поставлено задачу збільшення дальності польоту ЛА, зниження навантаження на бортову енергетичну систему і, як наслідок, виключення додаткової витрати пального на обігрівання схильних до обледеніння поверхонь, а також зниження ваги ЛА. с Поставлена задача вирішується тим, що спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА полягає в тому, що конструктивні елементи ЛА у схильних до обледеніння зонах поверхні нагрівають доIt should also be noted that all the methods and devices discussed above are not used during the entire flight of the aircraft, that is, they are aimed at destroying the layer of ice that has already formed, and not at "preventing" its formation. In the event that it is necessary to carry out these methods or use such devices continuously, the consumption of electricity and, consequently, the consumption of fuel for obtaining this energy will be unacceptable from the point of view of the operating conditions of the aircraft. ;" The invention is based on the task of increasing the flight range of the aircraft, reducing the load on the on-board energy system and, as a result, eliminating additional fuel consumption for heating surfaces prone to icing, as well as reducing the weight of the aircraft. c The problem is solved by the fact that the way to prevent icing of the structural elements of the aircraft is that the structural elements of the aircraft in areas prone to icing of the surface are heated to
Ме, температур танення криги 209. Згідно з винаходом, необхідну для нагрівання теплову енергію одержуютьMe, the melting temperature of ice is 209. According to the invention, the thermal energy required for heating is obtained
Ге) шляхом перетворення кінетичної енергії швидкісного напору набігаючого зі швидкістю М 50,4 повітря. Потім сл 50 одержану теплову енергію передають у схильні до обледеніння зони поверхні за рахунок акумуляції тепла.Ge) by converting the kinetic energy of the high-speed head of air approaching with a speed of M 50.4. Then sl 50 the received thermal energy is transferred to the surface zones prone to icing due to heat accumulation.
Для перетворення кінетичної енергії швидкісного напору набігаючого повітря у теплову в лобових частинах сл конструктивних елементів ЛА, наприклад у лобовій частині крила, встановлюють акустичні резонатори. Потім у них генерують високочастотні ударні хвилі, після чого нагрівають глухі кінці резонаторів для акумуляції тепла.Acoustic resonators are installed in the frontal parts of the structural elements of the aircraft, for example, in the frontal part of the wing, to convert the kinetic energy of the high-speed pressure of the oncoming air into thermal energy. Then they generate high-frequency shock waves, after which the dead ends of the resonators are heated to accumulate heat.
В окремих випадках для найбільш ефективного використання енергії швидкісного напору набігаючого повітря акустичні резонатори встановлюють по фронту лобових частин конструктивних елементів ЛА.In some cases, for the most effective use of the energy of the high-speed pressure of the incoming air, acoustic resonators are installed along the front of the frontal parts of the structural elements of the aircraft.
Щоб забезпечити акумуляцію тепла для нагрівання поверхонь конструктивних елементів ЛА, акустичні і) резонатори виготовляють з високотеплопровідного матеріалу, після чого відокремлюють один від одного іме) розділовими елементами.In order to ensure the accumulation of heat for heating the surfaces of structural elements of the aircraft, acoustic i) resonators are made of highly heat-conducting material, after which they are separated from each other by i) separating elements.
У винаході, що заявляється, забезпечується збільшення дальності польоту ЛА і збільшення відстані до бо точки повернення" завдяки виключенню необхідності додаткової витрати пального на обігрів схильних до обледеніння поверхонь. Це досягається завдяки тому, що нагрівання поверхонь конструктивних елементів ЛА відбувається за рахунок акумуляції тепла. Тобто в акустичних резонаторах генерують високочастотні ударні хвилі і нагрівають глухі кінці, а отримана теплова енергія поступово розповсюджується від глухого кінця резонатора по всьому конструктивному елементу. Тобто після виходу пристрою на режим температура по всій 65 довжині резонатора буде постійною. У тому числі, в обшивці конструктивного елемента вона підвищиться від температури оточуючого середовища до температури танення криги. Таким чином, у винаході досягається запобігання утворенню криги у схильних до обмерзання зонах поверхні конструктивних елементів ЛА.In the claimed invention, an increase in the flight range of the aircraft and an increase in the distance to the "point of return" are ensured due to the elimination of the need for additional fuel consumption for heating surfaces prone to icing. This is achieved due to the fact that the surfaces of the structural elements of the aircraft are heated due to the accumulation of heat. That is in acoustic resonators, high-frequency shock waves are generated and the dead ends are heated, and the received thermal energy gradually spreads from the dead end of the resonator throughout the structural element. That is, after the device enters the mode, the temperature along the entire 65 length of the resonator will be constant. Including in the cladding of the structural element it will rise from the temperature of the surrounding environment to the melting temperature of the ice.Thus, the invention achieves the prevention of ice formation in areas prone to icing on the surface of aircraft structural elements.
У винаході досягається виключення додаткового навантаження на бортову енергетичну систему завдяки тому, що для запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА використовують акустичні резонатори.The invention eliminates the additional load on the on-board power system due to the fact that acoustic resonators are used to prevent icing of structural elements of the aircraft.
Робота акустичного резонатора, в даному випадку, заснована на перетворенні енергії оточуючого середовища, відтак не потрібні витрати електроенергії від бортового джерела.The operation of the acoustic resonator, in this case, is based on the transformation of the energy of the surrounding environment, so there is no need to consume electricity from an on-board source.
У винаході, що заявляється, досягається зниження ваги ЛА завдяки тому, що в лобових частинах конструктивних елементів ЛА встановлюють акустичні резонатори. Вся система запобігання обледенінню складається з невеликої кількості деталей, а саме сукупності акустичних резонаторів, котрі самі по собі мають 7/0 досить просту конструкцію: відомо, що акустичний резонатор являє собою корпус із глухим кінцем і має невеликі габарити й вагу.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 anti-icing system consists of a small number of parts, namely a set of acoustic resonators, which themselves have a 7/0 rather simple design: it is known that the acoustic resonator is a body with a dead end and has small dimensions and weight.
Позитивною особливістю застосування винаходу є зниження витрат на виготовлення конструктивних елементів пристрою антиобледеніння, оскільки акустичний резонатор має досить просту конструкцію і не потребує наявності спеціального дорогого обладнання для його виготовлення. Всі елементи конструкції /5 Виготовлені з доступних матеріалів, вартість яких істотно нижча від вартості матеріалів елементів системи найближчого аналога.A positive feature of the application of the invention is the reduction of costs for the manufacture of structural elements of the anti-icing device, since the acoustic resonator has a fairly simple design and does not require the presence of special expensive equipment for its manufacture. All design elements /5 Made of available materials, the cost of which is significantly lower than the cost of the materials of the system elements of the closest analogue.
На Фіг.1 показано графік змінення температури глухого кінця резонатора із зміненням числа Маха М; на Фіг. 2 - схема розповсюдження теплової енергії від глухого кінця резонатора до обшивки конструктивного елемента у схильній до обледеніння зоні.Figure 1 shows a graph of the change in the temperature of the blind end of the resonator with a change in the Mach number M; in Fig. 2 - scheme of thermal energy propagation from the blind end of the resonator to the cladding of the structural element in the zone prone to icing.
Пропонований спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата полягає в тому, що: - отримують необхідну для нагрівання теплову енергію шляхом перетворення кінетичної енергії швидкісного напору набігаючого із швидкістю М ». 0,4 повітря (див. Фіг.1); - передають отриману теплову енергію у схильні до обледеніння зони поверхні за рахунок акумуляції тепла; с - нагрівають конструктивні елементи літального апарата у схильних до обледеніння зонах поверхні до температури танення криги Її » ОС". оThe proposed method of preventing icing of structural elements of the aircraft consists in the fact that: - heat energy necessary for heating is obtained by converting the kinetic energy of the high-speed thrust approaching with the speed M". 0.4 air (see Fig. 1); - transfer the received thermal energy to the surface zones prone to icing due to heat accumulation; c - heat the structural elements of the aircraft in the areas of the surface prone to icing to the melting temperature of the ice.
Перетворення кінетичної енергії швидкісного напору набігаючого повітря в теплову здійснюють таким чином: - встановлюють акустичні резонатори в лобових частинах конструктивних елементів ЛА, наприклад у лобовій частині крила; ою - генерують в акустичних резонаторах високочастотні ударні хвилі; - нагрівають глухі кінці резонаторів для акумуляції тепла. Нагрівання поверхонь конструктивних елементів оThe transformation of the kinetic energy of the high-speed pressure of the incoming air into thermal energy is carried out as follows: - acoustic resonators are installed in the frontal parts of the structural elements of the aircraft, for example, in the frontal part of the wing; oyu - generate high-frequency shock waves in acoustic resonators; - the blind ends of the resonators are heated for heat accumulation. Heating the surfaces of structural elements
ЛА відбувається за рахунок акумуляції тепла. Теплова енергія поступово розповсюджується від глухого кінця со резонатора по всьому конструктивному елементу (див. Фіг. 1):LA occurs due to heat accumulation. Thermal energy gradually spreads from the dead end of the resonator throughout the structural element (see Fig. 1):
При набіганні потоку оточуючого середовища на лобову частину конструктивного елемента ЛА із швидкістю оWhen the flow of the surrounding medium hits the frontal part of the structural element of the aircraft with a speed of
М » 0,4 відношення 92, температури глухого кінця резонатора до температури на вході в резонатор поступово ю зростає. в-M » 0.4 the ratio 92 of the temperature of the blind end of the resonator to the temperature at the entrance to the resonator gradually increases. in-
Тек « де: а, - відношення температури глухого кінця резонатора до температури на вході в резонатор; о, с Ттк- температура глухого кінця резонатора; з» Твх - температура на вході в резонатор. При М - 0, тобто при відсутності набігання потоку оточуючого середовища:Tek " where: a, - the ratio of the temperature of the blind end of the resonator to the temperature at the entrance to the resonator; o, c Ttk - temperature of the blind end of the resonator; z» Tvh is the temperature at the entrance to the resonator. When M is 0, i.e. in the absence of an onrush of the surrounding medium flow:
ВрVr
Під час польоту потік оточуючого повітря набігає з певною швидкістю на лобові частини (передні кромки) о конструктивних елементів ЛА із встановленими в них акустичними резонаторами. При цьому в резонаторах б генеруються високочастотні ударні хвилі, що призводить до незворотнього перетворення кінетичної енергії в теплову, тобто до нагрівання глухого кінця резонатора. і Проведені експерименти показали, що при 0 « М « 0,4 застосування акустичного резонатора неефективне, г 20 оскільки збільшення температури глухої стінки резонатора є недостатнім для нагрівання схильної до обледеніння поверхні. Тобто ТК неістотно відрізняється від температури оточуючого середовища. сл При швидкості набігаючого потоку повітря М - 0,4 зростання відношення 92, буде достатнім для запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА (див. Фіг. 1).During the flight, the flow of ambient air rushes at a certain speed on the frontal parts (leading edges) on the structural elements of the aircraft with acoustic resonators installed in them. At the same time, high-frequency shock waves are generated in the resonators, which leads to the irreversible transformation of kinetic energy into thermal energy, that is, to the heating of the blind end of the resonator. and The conducted experiments showed that at 0 " M " 0.4 the use of an acoustic resonator is ineffective, g 20 because the increase in the temperature of the blind wall of the resonator is insufficient to heat the surface prone to icing. That is, TC is insignificantly different from the temperature of the surrounding environment. sl At the speed of the oncoming air flow M - 0.4, the increase in the ratio 92 will be sufficient to prevent icing of the structural elements of the aircraft (see Fig. 1).
У початковий момент часу то температура на вході в резонатор Твх дорівнює температурі оточуючого середовища Т, (див. Фіг. 2). Поступово за рахунок акумуляції тепла протягом часу виходу пристрою на режимAt the initial moment of time, the temperature at the entrance to the resonator Tvx is equal to the temperature of the surrounding environment T, (see Fig. 2). Gradually due to the accumulation of heat during the time when the device enters the mode
ГФ) (т4» то.) теплова енергія від глухого кінця резонатора розповсюджується по всій його довжині, а також по 7 всій лобовій частині обшивки конструктивного елемента ЛА.HF) (t4» to.) thermal energy from the blind end of the resonator spreads along its entire length, as well as over the entire frontal part of the cladding of the structural element of the LA.
Після виходу пристрою на режим протягом усього часу польоту ЛА соо температура по всій довжині бо резонатора буде постійною. В тому числі в обшивці конструктивного елемента температура підвищиться від температури оточуючого середовища Т, до температури танення криги Тобш:After the device is switched on, the temperature along the entire length of the resonator will be constant during the entire flight time of the aircraft. Including in the sheathing of the structural element, the temperature will rise from the temperature of the surrounding environment T to the melting temperature of Tobsh ice:
Товш лю 7 Тобшо? 2 Тобш 1? Т ноTovsh liu 7 Tobsha? 2 means 1? Yes
Таким чином, у винаході досягається запобігання утворенню криги у схильних до обледеніння зонах конструктивних елементів ЛА. ве В окремих випадках для найбільш ефективного використання енергії швидкісного напору набігаючого повітря акустичні резонатори встановлюють по фронту лобових частин конструктивних елементів ЛА.Thus, the invention prevents the formation of ice in areas prone to icing of structural elements of the aircraft. In some cases, for the most effective use of the energy of the high-speed pressure of the incoming air, acoustic resonators are installed along the front of the frontal parts of the structural elements of the aircraft.
Щоб забезпечити акумуляцію тепла для нагрівання поверхонь конструктивних елементів ЛА акустичні резонатори виготовляють з високотеплопровідного матеріалу, після чого відокремлюють один від одного розділовими елементами.In order 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, and then separated from each other by separating elements.
Застосування способу запобігання обледенінню, що заявляється, дасть змогу забезпечити збільшення дальності польоту ЛА завдяки виключенню необхідності додаткової витрати пального на обігрівання схильних до обледеніння поверхонь ЛА.Application of the method of anti-icing, which is claimed, will make it possible to increase the flight range of the aircraft due to the elimination of the need for additional fuel consumption for heating the surfaces of the aircraft prone to icing.
Винахід дозволить виключити додаткове навантаження на бортову енергетичну систему ЛА завдяки застосуванню акустичного резонатора, робота якого не потребує витрат електроенергії від бортового джерела. У /о винаході, що заявляється, досягається зниження ваги ЛА завдяки тому, що вся система запобігання обледенінню складається з невеликої кількості деталей, а саме сукупності акустичних резонаторів, які самі по собі мають досить просту конструкцію. Окрім того, слід відзначити, що даний спосіб є універсальним, тобто може бути застосований на ЛА будь-якого типу, оскільки не потребує використання якогось додаткового обладнання.The invention will make it possible to eliminate additional load on the on-board energy system of the aircraft due to the use of an acoustic resonator, the operation of which does not require the consumption of electricity from the on-board source. In the proposed invention, a reduction in the weight of the aircraft is achieved due to the fact that the entire anti-icing system consists of a small number of parts, namely a set 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, as it does not require the use of any additional equipment.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2001075199A UA56355C2 (en) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Method for preventing icing of structure elements of an aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2001075199A UA56355C2 (en) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Method for preventing icing of structure elements of an aircraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA56355C2 true UA56355C2 (en) | 2003-05-15 |
Family
ID=74208134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA2001075199A UA56355C2 (en) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Method for preventing icing of structure elements of an aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA56355C2 (en) |
-
2001
- 2001-07-20 UA UA2001075199A patent/UA56355C2/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Seifert et al. | Oscillatory control of separation at high Reynolds numbers | |
US5704567A (en) | Blade de-icer for rotary wing aircraft | |
Wang et al. | Progress on ultrasonic guided waves de-icing techniques in improving aviation energy efficiency | |
Liu et al. | An experimental study on the thermal characteristics of NS-DBD plasma actuation and application for aircraft icing mitigation | |
Thomas et al. | Aircraft anti-icing and de-icing techniques and modeling | |
Strobl et al. | Feasibility study of a hybrid ice protection system | |
Hu et al. | Optimization of dielectric barrier discharge plasma actuators for icing control | |
CN105691620A (en) | Heat pipe and ultrasonic wave combined ice preventing and removing device and method utilizing waste heat of aircraft engine | |
Yongqiang et al. | Experimental study of an anti-icing method over an airfoil based on pulsed dielectric barrier discharge plasma | |
CN204368433U (en) | A kind of wing deicing device driven based on SMA | |
EP3173608A1 (en) | Thermal electric assembly attached on an outer surface of a hot section of a gas turbine engine to generate electrical power | |
EP3774543B1 (en) | Ice removal system | |
EP1935783B1 (en) | Ice protection system including a plurality of segmented sub-areas and a cyclic diverter valve | |
Yang et al. | Novel hybrid ice protection system combining thermoelectric system and synthetic jet actuator | |
Zanon et al. | Design of the thermoelectric ice protection system for a tiltrotor application | |
Palanque et al. | Piezoelectric resonant ice protection systems-Part2/2: benefits at aircraft level | |
UA56355C2 (en) | Method for preventing icing of structure elements of an aircraft | |
RU2233232C2 (en) | Method of anti-icing protection of structural members of flying vehicles | |
Gallia et al. | A comprehensive numerical model for numerical simulation of ice accretion and electro-thermal ice protection system in anti-icing and de-icing mode, with an ice shedding analysis | |
Katsurayama et al. | Numerical analyses on pressure wave propagation in repetitive pulse laser propulsion | |
Morency et al. | Hot air anti-icing system modelization in the ice prediction code CANICE | |
Totani et al. | Thermal design of liquid droplet radiator for space solar-power system | |
Elangovan et al. | Analysis of layered composite skin electro-thermal anti-icing system | |
Soltis | Design and testing of an erosion resistant ultrasonic de-icing system for rotorcraft blades | |
RU2578079C1 (en) | Method of prevention of formation and removal of ice from composite structural elements and device for its implementation |