UA56355C2 - Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата - Google Patents

Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата Download PDF

Info

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
Application number
UA2001075199A
Other languages
English (en)
Russian (ru)
Inventor
Віктор Валентинович Кулалаєв
Павло Олегович Науменко
Павел Олегович Науменко
Тетяна Ігорівна Крахмальова
Татьяна Игоревна Крахмалева
Original Assignee
Товариство З Обмеженою Відповідальністю Інтернаціональна Технічна Економічна Компанія "Інтертек"
Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Інтерамі"
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 Товариство З Обмеженою Відповідальністю Інтернаціональна Технічна Економічна Компанія "Інтертек", Товариство З Обмеженою Відповідальністю "Інтерамі", Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерАМИ" filed Critical Товариство З Обмеженою Відповідальністю Інтернаціональна Технічна Економічна Компанія "Інтертек"
Priority to UA2001075199A priority Critical patent/UA56355C2/uk
Publication of UA56355C2 publication Critical patent/UA56355C2/uk

Links

Landscapes

  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата (ЛА) полягає в тому, що конструктивні елементи ЛА у схильних до обледеніння зонах поверхні нагрівають до температури танення криги. Теплову енергію для нагрівання одержують перетворенням кінетичної енергії повітря, що набігає, і передають у відповідні зони поверхні за рахунок акумуляції тепла. Для указаного перетворення по фронту лобових частин конструктивних елементів ЛА встановлюють акустичні резонатори, виготовлені з високотеплопровідного матеріалу. Спосіб дозволяє виключити додаткове навантаження на бортову енергетичну систему і зменшити вагу ЛА.

Description

Опис винаходу
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.
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.
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. о
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.
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 устаткування
ГФ) для попереднього нагрівання палива.
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.
Недоліками даного винаходу є: бо - збільшення ваги ЛА;
- 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,
Зокрема труби повітряного обігріву.
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;
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)
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)
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.
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 до
Ме, температур танення криги 209. Згідно з винаходом, необхідну для нагрівання теплову енергію одержують
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.
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.
В окремих випадках для найбільш ефективного використання енергії швидкісного напору набігаючого повітря акустичні резонатори встановлюють по фронту лобових частин конструктивних елементів ЛА.
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.
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.
У винаході досягається виключення додаткового навантаження на бортову енергетичну систему завдяки тому, що для запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА використовують акустичні резонатори.
Робота акустичного резонатора, в даному випадку, заснована на перетворенні енергії оточуючого середовища, відтак не потрібні витрати електроенергії від бортового джерела.
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.
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.
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.
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". о
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 о
ЛА відбувається за рахунок акумуляції тепла. Теплова енергія поступово розповсюджується від глухого кінця со резонатора по всьому конструктивному елементу (див. Фіг. 1):
При набіганні потоку оточуючого середовища на лобову частину конструктивного елемента ЛА із швидкістю о
М » 0,4 відношення 92, температури глухого кінця резонатора до температури на вході в резонатор поступово ю зростає. в-
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:
Вр
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).
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 режим
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.
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:
Товш лю 7 Тобшо? 2 Тобш 1? Т но
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.
Щоб забезпечити акумуляцію тепла для нагрівання поверхонь конструктивних елементів ЛА акустичні резонатори виготовляють з високотеплопровідного матеріалу, після чого відокремлюють один від одного розділовими елементами.
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.
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.

Claims (4)

Формула винаходу
1. Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата, за яким конструктивні ор епементи літального апарата у схильних до обледеніння зонах поверхні нагрівають до температури танення криги Її » 0"С, який відрізняється тим, що теплову енергію для нагрівання одержують перетворенням кінетичної енергії повітря, що набігає зі швидкістю, відповідною до М 2 04 , і одержану теплову енергію передають у схильні до обледеніння зони поверхні за рахунок акумуляції тепла.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для перетворення кінетичної енергії повітря, що набігає, в см теплову в лобових частинах конструктивних елементів літального апарата встановлюють акустичні резонатори, о в яких генерують високочастотні ударні хвилі і нагрівають глухі кінці резонаторів для акумуляції тепла.
З. Спосіб за пп. 1 і 2, який відрізняється тим, що акустичні резонатори встановлюють по фронту лобових частин конструктивних елементів літального апарата.
4. Спосіб за пп. 1, 2 і З, який відрізняється тим, що акустичні резонатори виготовляють з І в) високотеплопровідного матеріалу, після чого їх відокремлюють один від одного розділовими елементами. ю Ге) (Се) ІС о)
- . а 1 (е)) (95) 1 сл ко бо б5
UA2001075199A 2001-07-20 2001-07-20 Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата UA56355C2 (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001075199A UA56355C2 (uk) 2001-07-20 2001-07-20 Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001075199A UA56355C2 (uk) 2001-07-20 2001-07-20 Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA56355C2 true UA56355C2 (uk) 2003-05-15

Family

ID=74208134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA2001075199A UA56355C2 (uk) 2001-07-20 2001-07-20 Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA56355C2 (uk)

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 (zh) 利用飞机发动机余热的热管超声波联合防冰除冰装置及方法
Yongqiang et al. Experimental study of an anti-icing method over an airfoil based on pulsed dielectric barrier discharge plasma
CN204368433U (zh) 一种基于sma驱动的机翼除冰装置
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 (uk) Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата
RU2233232C2 (ru) Способ предотвращения обледенения конструктивных элементов летательных аппаратов
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 (ru) Способ предотвращения образования и удаления льда с композитных конструктивных элементов и устройство его реализующее