WO2012048675A2 - Arrangement for deicing a surface region of an aircraft - Google Patents

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WO2012048675A2
WO2012048675A2 PCT/DE2011/001725 DE2011001725W WO2012048675A2 WO 2012048675 A2 WO2012048675 A2 WO 2012048675A2 DE 2011001725 W DE2011001725 W DE 2011001725W WO 2012048675 A2 WO2012048675 A2 WO 2012048675A2
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laser
radiation
aircraft
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surface region
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Peter Peuser
Franz Gammel
Christian Wolff
Claudio Dalle Donne
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Eads Deutschland Gmbh
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/20—Ground installations for de-icing aircraft
    • B64F5/27—Ground installations for de-icing aircraft by irradiation, e.g. of infrared radiation

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for deicing a surface area of an aircraft with a laser for irradiating the surface area for its heating.
  • Ice forms in exposed areas of aircraft such as leading edges of wings, tail units, and horizontal stabilizers when the aircraft, such as an aircraft, is flying through a cloud containing supercooled water droplets or encountering drops / moisture on a subcooled aircraft structure.
  • a layer of ice grows, it affects the flow of air over the affected surface. When the layer becomes large enough, it can cause problems of handling or handling the aircraft.
  • Ice accumulation at the leading edge, especially the air inlet area of an engine drum causes flow problems and can lead to ice pickup.
  • Turbofan engines require a laminar flow of air at the front of the fan. On turbulence tubes, which are used to measure the speed, ice formation can block the air inlet and thus lead to incorrect readings or even failure of the measuring system.
  • ice protection systems are already in use on aircraft to avoid such ice formation.
  • Most ice protection systems are designed as anti-icing systems to prevent ice formation.
  • structure-integrated heating systems are usually provided.
  • wing edges are heated eg with hot branch air or compressor bleed air (so-called bleed air) or by electric heaters in the wing edges.
  • pneumatically operated de-icing devices are in use, which have integrated rubber blades on the leading edge of the wing.
  • the conventional de-icing measures are associated with a high energy expenditure during the flight.
  • a generic arrangement is known from DE 10 2008 033 025 A, which comprises a laser for irradiating the surface area with a wavelength at which both the surface area itself and ice or water adhering thereto are heated to prevent ice formation.
  • the disadvantage here is that the energy required for heating the ice or the water is considerable, so that counteracted especially at low temperatures or due to special environmental conditions of increased icing not sufficient or only when using powerful and thus structurally and in terms of energy requirements of large laser can.
  • the invention has the object to improve a generic arrangement to the extent that a de-icing with less energy or a greater overall efficiency is possible.
  • the essential advantage of the invention is that the laser light radiation polarized parallel to the plane of incidence on the irradiated surface region absorbs to a greater extent from the surface region becomes differently polarized radiation, which causes the surface area to become more heated. This effectively removes the boundary layer from ice adhering to the irradiated surface area, as a result of which the ice loses its adhesion to the surface area and can easily fall off.
  • the invention makes it possible to improve the efficiency of the energy conversion during the de-icing and thus smaller and lighter de-icing systems can be installed.
  • the laser is a semiconductor laser, particularly preferably a diode laser.
  • Such lasers have the advantage of an inherently polarized radiation with a high efficiency of 60-70% and allow the generation of high energies in a compact space, so that they are particularly suitable for attachment to aircraft.
  • the laser has a wavelength of about 800 nm.
  • This wavelength of the particularly preferred diode lasers has a further reduced absorption rate in ice, which is again more than halved compared to a wavelength of 900 nm.
  • the Arrangement a retarder plate, which is passed by the radiation of the laser, whereby their polarization direction is changeable.
  • the laser can be structurally optimally assembled and the laser radiation is brought into the desired direction of polarization by means of the appropriately adapted retardation plate.
  • the retardation plate is preferably a Abplatte.
  • the retardation plate is adjustable as a function of a radiation direction of the laser.
  • the polarization of the laser beam can be varied steplessly. This makes it possible to achieve a corresponding change in the polarization direction of the laser radiation even when surface areas are irradiated, which have a plane of incidence deviating from the surroundings due to their shape.
  • This arrangement is particularly advantageous for irradiating the inlet areas of engines.
  • an adjusting device for the retardation plate is preferably provided, which adjusts the retardation plate as a function of the direction of radiation and thus adjusts the pofarization angle such that it is always parallel to the plane of incidence.
  • the laser-irradiated surface area has a surface condition in which at least 50% of the incident laser radiation is absorbable and convertible into heat.
  • the surface area is provided with a coating.
  • a coating This allows a structurally simple adaptation of the irradiated surface areas to the laser radiation.
  • coatings with organic molecules or carbon-based coatings are suitable.
  • the coating can be applied directly to the surface areas or incorporated or incorporated into carrier matrices such as organic paints, sol-gel coatings or porous supports (eg anodization coatings).
  • Particularly suitable are layers having a low thermal conductivity, in order to prevent the heat from flowing away into the structure by heat conduction and to be available as completely as possible in the interface for melting ice or preventing ice build-up.
  • the coating may be formed according to an advantageous development as a film which is attached to the surface areas. This simplifies the attachment of Oberfiumbleenbe Anlagenung.
  • the laser is mounted on the aircraft. This allows ice-layer removal during flight and on the ground, regardless of local conditions.
  • it is within the scope of the invention also possible to attach the laser to a ground-based device to be able to deice any aircraft on the ground.
  • FIG. 1 shows a schematic partial frontal view of an aircraft
  • 2 shows a schematic partial plan view of the other aircraft
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a third aircraft
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a laser arrangement.
  • the aircraft 10 a partially shown in Figure 1 comprises a fuselage 12, two wings 14, of which only one - the port side - is completely shown, a height value 16, of which also only the port side is shown and a rudder 18.
  • a fuselage 12 two wings 14, of which only one - the port side - is completely shown, a height value 16, of which also only the port side is shown and a rudder 18.
  • An engine 20 is attached on the support surface 14th An engine 20 is attached.
  • a laser assembly 22a is mounted in front of the support surface 14, the laser beam can be directed to the leading edge 24 of the support surface 14 and the annular inlet region of the engine 22.
  • Axially symmetrical with respect to the aircraft center axis is provided on the other side, the starboard side, a second laser arrangement, not shown, which irradiates the starboard support, not shown.
  • a third laser arrangement 22b which irradiates the leading edges 26 of the rudder 18, is mounted on the top of the fuselage. Furthermore, on both sides in front of the elevators 16, two laser arrangements 22 c (of which only the port side is shown) are arranged, which irradiate the leading edges 24 of the elevators 16.
  • FIG. 2 shows a similar aircraft 10b, which differs essentially from the aircraft 10a from FIG. 1 in that only one laser arrangement 22b is provided at the rear, which irradiates both the rudder and the elevators 16.
  • FIG. 3 shows how the laser radiation is polarized on the basis of an aircraft 10c.
  • the same reference numerals designate the same components as in FIGS. 1 and 2.
  • the laser beam 30 emanating from the laser arrangement 22a strikes the leading edge 24 of the wing at an impact point 32 at an angle ⁇ to the normal.
  • the laser radiation is polarized in the plane of incidence, which is defined by the laser beam 30 and its reflected portion, not shown.
  • the angle between laser beam 30 and reflected beam 2 is ⁇ .
  • the polarization of the laser beam 30 in this plane is represented by the arrows 34.
  • FIG. 4 schematically shows a laser arrangement 22, which consists of a diode laser 40, which is followed by an adjustable retardation plate 42, and an alignment device 44.
  • a central control device 46 controls these assemblies 40, 44, 46 such that the laser beam 30 generated is predetermined Impact point 32 ( Figure 3) such that the polarization direction of the laser beam 30 is in the plane of incidence.
  • the alignment device 44 and the retardation plate 42 are always adjusted together to meet this condition.
  • the laser arrangement 22b for irradiating the tail surfaces may include a tilting device for the diode laser 40 in order to rotate it by 90 ° to the longitudinal axis and in this way to ensure that the polarization in the plane of incidence of the laser beam in the vertical rudder is fulfilled as well as in the horizontal elevators.
  • the laser assembly 22a is activated by manual activation by the pilot so that the generated laser beam 30 sweeps along the entire extension of the leading edge 24, largely through the ice sheet and impinges on the surface of the wing 14, where the largest portion is converted into heat.
  • the thus heated surface then melts the adherent layer of ice and thus leads to a loosening of the ice, which will break up and fall as a result.
  • the duration of the irradiation will be selected depending on the external conditions such as outside temperature or estimated or measured ice layer thickness.

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Abstract

The invention relates to an arrangement for deicing a surface region (24) of an aircraft (10c) by irradiating the surface region (24) by means of laser radiation, wherein said arrangement uses laser radiation (30) of a wavelength of less than 900 nm, which is polarized (34) parallel to the plane of incidence of the radiation (30). Thus the efficiency of the energy conversion can be improved, and therefore smaller and lighter deicing systems can be used.

Description

Anordnung zur Enteisung eines Oberflächenbereichs eines Luftfahrzeugs  Arrangement for deicing a surface area of an aircraft
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Enteisung eines Oberffächenbe- reichs eines Luftfahrzeugs mit einem Laser zur Bestrahlung des Oberflächenbereichs zu dessen Erwärmung. The invention relates to an arrangement for deicing a surface area of an aircraft with a laser for irradiating the surface area for its heating.
Eis bildet sich an exponierten Stellen von Luftfahrzeugen wie Vorderkanten von Flügeln, Leitwerken und horizontalen Stabilisatoren, wenn das Luftfahrzeug, wie beispielsweise ein Flugzeug durch eine Wolke fliegt, die unterkühlte Wassertröpfchen enthält oder Tropfen/Feuchtigkeit auf eine unterkühlte Flugzeugstruktur treffen. Wenn eine Eisschicht wächst, beeinträchtigt sie die Luftströmung über der betroffenen Oberfläche. Wenn die Schicht groß genug wird, können Tragprobleme oder Handhabungsprobleme für das Luftfahrzeug entstehen. Eine Eisansammlung an der Vorderkante, insbesondere dem Lufteinlassbereich eines Triebwerkeinfasses verursacht Strömungsprobleme und kann zu einer Eisaufnahme führen. Bei Turbofan-Triebwerken wird eine laminare Luftströmung an der Vorderseite des Fans benötigt. An Staustrahlrohren, die zur Messung der Geschwindigkeit genutzt werden, kann Eisbildung den Lufteinlass blockieren und so zu falschen Messwerten führen oder sogar zum Ausfall des Messsystems. Ice forms in exposed areas of aircraft such as leading edges of wings, tail units, and horizontal stabilizers when the aircraft, such as an aircraft, is flying through a cloud containing supercooled water droplets or encountering drops / moisture on a subcooled aircraft structure. As a layer of ice grows, it affects the flow of air over the affected surface. When the layer becomes large enough, it can cause problems of handling or handling the aircraft. Ice accumulation at the leading edge, especially the air inlet area of an engine drum, causes flow problems and can lead to ice pickup. Turbofan engines require a laminar flow of air at the front of the fan. On turbulence tubes, which are used to measure the speed, ice formation can block the air inlet and thus lead to incorrect readings or even failure of the measuring system.
Aufgrund dieser Probleme sind bereits Eisschutzsysteme bei Luftfahrzeugen im Einsatz, um eine solche Eisbildung zu vermeiden. Die meisten Eisschutzsysteme sind als Anti-Eissysteme zum Vermeiden einer Eisbildung ausgebildet. Hierzu sind in der Regel Struktur-integrierte Heizsysteme vorgesehen. Während des Fluges unter Vereisungsbedingungen werden Flügelkanten z.B. mit heißer Abzweigluft oder Verdichterzapfluft (sog. bleed air) oder durch elektrische Heizungen in den Flügelkanten beheizt. Zudem sind, vor allem in kleineren Flugzeugen, pneumatisch betriebene Enteisungsvor- richtungen im Einsatz, welche an der Flügelvorderkante integrierte Gummi- Dabei sind die herkömmlichen Enteisungsmaßnahmen mit einem hohen energetischen Aufwand während des Fluges verbunden. An energetischem Aufwand für das Freimachen von Oberflächen des Luftfahrzeuges von Eis fallen etwa 240 bis 260 kW an Abzweigluftleistung oder ca. 130 bis150 kW elektrischer Heizleistung für eine zu enteisende Fläche von ca. 12 bis15 m2 an. Diese Daten entsprechen im Falle von Abzweigluft Flächenleistungen von ca. 18,5 kW/m2 bzw. etwa 10 kW/m2 bei elektrischer Heizung. Because of these problems, ice protection systems are already in use on aircraft to avoid such ice formation. Most ice protection systems are designed as anti-icing systems to prevent ice formation. For this purpose, structure-integrated heating systems are usually provided. During flight under icing conditions wing edges are heated eg with hot branch air or compressor bleed air (so-called bleed air) or by electric heaters in the wing edges. In addition, especially in smaller aircraft, pneumatically operated de-icing devices are in use, which have integrated rubber blades on the leading edge of the wing. The conventional de-icing measures are associated with a high energy expenditure during the flight. At energetic expense for clearing surfaces of the aircraft of ice fall about 240 to 260 kW of branch air power or about 130 to 150 kW electrical heating power for an area to be deiced area of about 12 to 15 m 2 . In the case of branch air, these data correspond to area outputs of approx. 18.5 kW / m 2 or approx. 10 kW / m 2 for electrical heating.
Eine gattungsgemäße Anordnung ist aus der DE 10 2008 033 025 A bekannt, die einen Laser zur Bestrahlung des Oberflächenbereichs mit einer Wellenlänge umfasst, bei der sowohl der Oberflächenbereich selber als auch daran anhaftendes Eis oder Wasser zur Vermeidung einer Eisbildung erwärmt wird. Nachteilig dabei ist, dass der zur Erwärmung des Eises bzw. des Wassers erforderliche Energiebedarf erheblich ist, so dass insbesondere bei niedrigen Temperaturen oder aufgrund besonderer Umweltbedingungen einer erhöhten Vereisungsneigung nicht ausreichend oder nur bei Verwendung leistungsfähiger und damit baulich und hinsichtlich des Energiebedarfs großer Laser entgegengewirkt werden kann. A generic arrangement is known from DE 10 2008 033 025 A, which comprises a laser for irradiating the surface area with a wavelength at which both the surface area itself and ice or water adhering thereto are heated to prevent ice formation. The disadvantage here is that the energy required for heating the ice or the water is considerable, so that counteracted especially at low temperatures or due to special environmental conditions of increased icing not sufficient or only when using powerful and thus structurally and in terms of energy requirements of large laser can.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung dahingehend zu verbessern, dass eine Enteisung mit geringerem Energieaufwand bzw. einem größeren Gesamtwirkungsgrad möglich ist. Proceeding from this, the invention has the object to improve a generic arrangement to the extent that a de-icing with less energy or a greater overall efficiency is possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. According to the invention the object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die parallel zur Einfallsebene auf den bestrahlten Oberflächenbereich polarisierte Laserlichtstrahlung zu einem größeren Anteil von dem Oberflächenbereich absorbiert wird als anders polarisierte Strahlung, was zur Folge hat, dass der Oberflächenbereich stärker erwärmt wird. Damit erfolgt eine wirksame Abschmel- zung der Grenzschicht von am bestrahlten Oberflächenbereich anhaftendem Eis, wodurch das Eis die Haftung am Oberflächenbereich verliert und leicht abfallen kann. Beispielsweise bei einer mit einem größeren Einfallswinkel - der beim Bestrahlen von äußeren Tragflächenbereichen gegeben wäre - senkrecht zur Einfallsrichtung polarisierten Strahlung wäre erheblich mehr Energie erforderlich. Durch die Erfindung lässt sich der Wirkungsgrad der Energieumsetzung bei der Enteisung verbessern und damit können kleinere und leichtere Enteisungssysteme verbaut werden. The essential advantage of the invention is that the laser light radiation polarized parallel to the plane of incidence on the irradiated surface region absorbs to a greater extent from the surface region becomes differently polarized radiation, which causes the surface area to become more heated. This effectively removes the boundary layer from ice adhering to the irradiated surface area, as a result of which the ice loses its adhesion to the surface area and can easily fall off. For example, in the case of a radiation that is polarized perpendicular to the direction of incidence with a larger angle of incidence-which would be present when irradiating external wing areas-significantly more energy would be required. The invention makes it possible to improve the efficiency of the energy conversion during the de-icing and thus smaller and lighter de-icing systems can be installed.
Durch die Verwendung einer Laserwellenlänge von weniger als 900 nm wird darüber hinaus erreicht, dass nur ein kleiner Anteil der Laserstrahlung vom Eis selber absorbiert wird, vielmehr die meiste Strahlung das Eis passiert und erst an dem Oberflächenbereich selber absorbiert wird. Gegenüber der herkömmlichen Enteisung lässt sich daher eine ganz wesentliche Energieeinsparung erzielen. By using a laser wavelength of less than 900 nm is achieved beyond that only a small portion of the laser radiation is absorbed by the ice itself, but most of the radiation passes through the ice and is absorbed only at the surface area itself. Compared to conventional deicing, therefore, a very substantial energy saving can be achieved.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Laser ein Halbleiterlaser, besonders bevorzugt ein Diodenlaser. Derartige Laser haben den Vorteil einer von Haus aus polarisierten Strahlung bei einem hohen Wirkungsgrad von 60 - 70% und ermöglichen die Erzeugung hoher Energien bei kompaktem Bauraum, so dass sich diese insbesondere zur Anbringen an Luftfahrzeugen eignen. According to an advantageous development of the invention, the laser is a semiconductor laser, particularly preferably a diode laser. Such lasers have the advantage of an inherently polarized radiation with a high efficiency of 60-70% and allow the generation of high energies in a compact space, so that they are particularly suitable for attachment to aircraft.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Laser eine Wellenlänge von ca. 800 nm auf. Diese Wellenlänge von den besonders bevorzugten Diodenlasern hat eine nochmals verminderte Absorptionsrate in Eis, die gegenüber einer Wellenlänge von 900 nm nochmals mehr als halbiert ist. According to a further advantageous embodiment of the invention, the laser has a wavelength of about 800 nm. This wavelength of the particularly preferred diode lasers has a further reduced absorption rate in ice, which is again more than halved compared to a wavelength of 900 nm.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anordnung eine Verzögerungsplatte, welche von der Strahlung des Lasers passiert wird, wodurch deren Polarisationsrichtung änderbar ist. Somit lässt sich der Laser baulich optimal montieren und durch die entsprechend ange- passte Verzögerungsplatte wird die Laserstrahlung in die gewünschte Polarisationsrichtung gebracht. Die Verzögerungsplatte ist vorzugsweise eine Abplatte. According to a further advantageous embodiment of the invention, the Arrangement a retarder plate, which is passed by the radiation of the laser, whereby their polarization direction is changeable. Thus, the laser can be structurally optimally assembled and the laser radiation is brought into the desired direction of polarization by means of the appropriately adapted retardation plate. The retardation plate is preferably a Abplatte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verzögerungsplatte in Abhängigkeit von einer Strahlungsrichtung des Lasers verstellbar. Durch ein Verdrehen der Verzögerungsplatte in Umfangsrichtung um die Strahlmittelachse lässt sich die Polarisation des Laserstrahles stufenlos verändern. Damit lässt sich erreichen, dass auch bei Bestrahlung von Oberflächenbereichen, die durch deren Formgebung eine gegenüber der Umgebung abweichende Einfallsebene aufweisen, die Polarisationsrichtung der Laserstrahlung entsprechend verändert werden kann. Diese Anordnung ist insbesondere von Vorteil, um die Einlaufbereiche von Triebwerken zu bestrahlen. Dazu ist vorzugsweise eine Versteileinrichtung für die Verzögerungsplatte vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Strahlungsrichtung die Verzögerungsplatte verstellt und damit den Pofarisationswinkel so einstellt, dass dieser stets parallel zur Einfallsebene liegt. According to a further advantageous development of the invention, the retardation plate is adjustable as a function of a radiation direction of the laser. By rotating the retardation plate in the circumferential direction about the beam center axis, the polarization of the laser beam can be varied steplessly. This makes it possible to achieve a corresponding change in the polarization direction of the laser radiation even when surface areas are irradiated, which have a plane of incidence deviating from the surroundings due to their shape. This arrangement is particularly advantageous for irradiating the inlet areas of engines. For this purpose, an adjusting device for the retardation plate is preferably provided, which adjusts the retardation plate as a function of the direction of radiation and thus adjusts the pofarization angle such that it is always parallel to the plane of incidence.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der laserbestrahlte Oberflächenbereich eine Oberflächenbeschaffenheit auf, bei der mindestens 50% der auftreffenden Laserstrahlung absorbierbar und in Wärme umwandelbar ist. Durch eine entsprechende Oberflächengestaltung kann erreicht werden, dass bei der gewählten Laserwellenlänge möglichst ein Absorptionsmaximum vorliegt und ein entsprechend hoher Strahlungsanteil in nutzbare Wärme umgewandelt wird. According to a further advantageous development of the invention, the laser-irradiated surface area has a surface condition in which at least 50% of the incident laser radiation is absorbable and convertible into heat. By an appropriate surface design can be achieved that at the selected laser wavelength as possible, an absorption maximum is present and a correspondingly high proportion of radiation is converted into usable heat.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Oberflächenbereich mit einer Beschichtung versehen. Das ermöglicht eine baulich einfache Anpassung der bestrahlten Oberflächenbereiche an die Laserstrahlung. Hierfür eignen sich insbesondere Beschichtungen mit organischen Molekülen oder kohlenstoff-basierte Beschichtungen. Die Beschichtung kann dabei direkt auf die Oberflächenbereiche aufgetragen oder in Trägermatrices wie organischen Lacken, Sol-Gel-Schichten oder porösen Trägern (z.B. Anodisier- schichten) eingearbeitet oder eingebaut sein. Besonders geeignet sind Schichten mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, um ein Abfließen der Wärme durch Wärmeleitung in die Struktur zu vermeiden und möglichst vollständig in der Grenzfläche zum Aufschmelzen von Eis bzw. zur Verhinderung eines Eisaufbaues zur Verfügung zu stehen. According to a further advantageous development, the surface area is provided with a coating. This allows a structurally simple adaptation of the irradiated surface areas to the laser radiation. Therefor In particular, coatings with organic molecules or carbon-based coatings are suitable. The coating can be applied directly to the surface areas or incorporated or incorporated into carrier matrices such as organic paints, sol-gel coatings or porous supports (eg anodization coatings). Particularly suitable are layers having a low thermal conductivity, in order to prevent the heat from flowing away into the structure by heat conduction and to be available as completely as possible in the interface for melting ice or preventing ice build-up.
Die Beschichtung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als Folie ausgebildet sein, die auf den Oberflächenbereichen angebracht wird. Das vereinfacht die Anbringung der Oberfiächenbeschichtung. The coating may be formed according to an advantageous development as a film which is attached to the surface areas. This simplifies the attachment of Oberfiächenbeschichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Laser am Luftfahrzeug angebracht. Dies ermöglicht eine Eisschichtentfernung während des Fluges und am Boden unabhängig von örtlichen Gegebenheiten. Es ist allerdings im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Laser an einer bodengestützten Vorrichtung anzubringen um beliebige Luftfahrzeuge am Boden enteisen zu können. In diesem Fall wird man vorzugsweise die Entei- sungsanordnung mit einer Druckluftvorrichtung koppeln, welche die mittels Laserstrahl gelockerte Eisschicht aufbricht und entfernt. According to an advantageous embodiment of the invention, the laser is mounted on the aircraft. This allows ice-layer removal during flight and on the ground, regardless of local conditions. However, it is within the scope of the invention also possible to attach the laser to a ground-based device to be able to deice any aircraft on the ground. In this case, it is preferable to couple the defrosting arrangement with a compressed air device which breaks up and removes the ice layer loosened by means of a laser beam.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer separaten oder mehrerer separater Anmeldungen sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. Described and / or illustrated features form for themselves or in any meaningful combination, the subject of the invention, where appropriate, regardless of the claims, and in particular may also be the subject of a separate or several separate applications. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it:
Figur 1 : eine schematische Teilfrontalansicht eines Luftfahrzeuges; Figur 2: eine schematische Teildraufsicht des anderen Luftfahrzeuges, Figur 3: eine schematische Draufsicht eines dritten Luftfahrzeugs, FIG. 1 shows a schematic partial frontal view of an aircraft; 2 shows a schematic partial plan view of the other aircraft, FIG. 3 shows a schematic plan view of a third aircraft,
Figur 4: eine schematische Darstellung einer Laseranordnung. FIG. 4 shows a schematic representation of a laser arrangement.
Das in Figur 1 teilweise dargestellte Luftfahrzeug 10a umfasst einen Rumpf 12, zwei Tragflächen 14, von denen nur eine - die backbordseitige - vollständig dargestellt ist, ein Höhenleitwert 16, von dem ebenfalls nur das backbordseitige dargestellt ist und ein Seitenruder 18. An der Tragfläche 14 ist ein Triebwerk 20 befestigt. The aircraft 10 a partially shown in Figure 1 comprises a fuselage 12, two wings 14, of which only one - the port side - is completely shown, a height value 16, of which also only the port side is shown and a rudder 18. On the support surface 14th An engine 20 is attached.
Am Flugzeugrumpf 12 ist vor der Tragfläche 14 eine Laseranordnung 22a angebracht, deren Laserstrahl auf die Vorderkante 24 der Tragfläche 14 sowie des ringförmigen Einlaufbereichs des Triebwerks 22 gerichtet werden kann. Achsensymmetrisch bezüglich der Flugzeugmittelachse ist auf der anderen Seite, der Steuerbordseite, eine nicht dargestellte zweite Laseranordnung vorgesehen, welche die nicht dargestellte Steuerbordtragfläche bestrahlt. On the fuselage 12, a laser assembly 22a is mounted in front of the support surface 14, the laser beam can be directed to the leading edge 24 of the support surface 14 and the annular inlet region of the engine 22. Axially symmetrical with respect to the aircraft center axis is provided on the other side, the starboard side, a second laser arrangement, not shown, which irradiates the starboard support, not shown.
Im Heckbereich ist oben am Flugzeugrumpf eine dritte Laseranordnung 22b angebracht, welche die Vorderkanten 26 des Seitenruders18 bestrahlt. Ferner sind beiderseits vor den Höhenrudern 16 zwei Laseranordnungen 22c (von denen nur die backbordseitige dargestellt ist) angeordnet, welche die Vorderkanten 24 der Höhenruder 16 bestrahlen. In the rear area, a third laser arrangement 22b, which irradiates the leading edges 26 of the rudder 18, is mounted on the top of the fuselage. Furthermore, on both sides in front of the elevators 16, two laser arrangements 22 c (of which only the port side is shown) are arranged, which irradiate the leading edges 24 of the elevators 16.
Die fünf Laseranordnungen 22a, 22b, 22c werden bei Bedarf derart gesteuert, dass diese die entsprechenden Vorderkanten 24, 26 der Trag- und Leitflächen bestrahlen, insbesondere wenn dort eine Eisbildung stattgefunden hat. In Figur 2 ist ein ähnliches Luftfahrzeug 10b dargestellt, das sich von dem Luftfahrzeug 10a aus Figur 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass im Heckbereich nur eine Laseranordnung 22b vorgesehen ist, die sowohl das Seitenruder als auch die Höhenruder 16 bestrahlt. If necessary, the five laser assemblies 22a, 22b, 22c are controlled to irradiate the respective leading edges 24, 26 of the support and baffle surfaces, particularly if ice formation has occurred there. FIG. 2 shows a similar aircraft 10b, which differs essentially from the aircraft 10a from FIG. 1 in that only one laser arrangement 22b is provided at the rear, which irradiates both the rudder and the elevators 16.
In Figur 3 ist anhand eines Luftfahrzeuges 10c darstellt, wie die Laserstrahlung polarisiert ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile wie in Figur 1 und 2. Der von der Laseranordnung 22a ausgehende Laserstrahl 30 trifft im Auftreffpunkt 32 auf die Tragflächenvorderkante 24 in einem Winkel α zur Normalen. Die Laserstrahlung ist dabei in der Einfallsebene polarisiert, die durch den Laserstrahl 30 und dessen nicht gezeigten reflektierten Anteil definiert ist. Dabei beträgt der Winkel zwischen Laserstrahl 30 und reflektiertem Strahl 2 α . Die Polarisation des Laserstrahls 30 in dieser Ebene ist durch die Pfeile 34 dargestellt. FIG. 3 shows how the laser radiation is polarized on the basis of an aircraft 10c. The same reference numerals designate the same components as in FIGS. 1 and 2. The laser beam 30 emanating from the laser arrangement 22a strikes the leading edge 24 of the wing at an impact point 32 at an angle α to the normal. The laser radiation is polarized in the plane of incidence, which is defined by the laser beam 30 and its reflected portion, not shown. The angle between laser beam 30 and reflected beam 2 is α. The polarization of the laser beam 30 in this plane is represented by the arrows 34.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Einfallswinkel α von ca. 80° wird nur etwa 23,5 % der einfallenden, in der Einfallsebene polarisierten Laserstrahlung reflektiert, während bei einem senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Licht ca. 43,5 % reflektiert wird. In the case of the angle of incidence α of approximately 80 ° shown in FIG. 3, only approximately 23.5% of the incident laser radiation polarized in the plane of incidence is reflected, while approximately 43.5% is reflected in the case of a light polarized perpendicular to the plane of incidence.
In Figur 4 ist schematisch eine Laseranordnung 22 dargestellt, die aus einem Diodenlaser 40 besteht, der eine verstellbare Verzögerungsplatte 42 nachgeschaltet ist sowie eine Ausrichtvorrichtung 44. Eine zentrale Kontrolleinrichtung 46 regelt diese Baugruppen 40, 44, 46 derart, dass der erzeugte Laserstrahl 30 einen vorgegeben Auftreffpunkt 32 (Figur 3) derart trifft, dass die Polarisationsrichtung des Laserstrahls 30 in der Einfallsebene liegt. Dazu wird die Ausrichtvorrichtung 44 und die Verzögerungsplatte 42 stets gemeinsam verstellt, um diese Bedingung zu erfüllen. FIG. 4 schematically shows a laser arrangement 22, which consists of a diode laser 40, which is followed by an adjustable retardation plate 42, and an alignment device 44. A central control device 46 controls these assemblies 40, 44, 46 such that the laser beam 30 generated is predetermined Impact point 32 (Figure 3) such that the polarization direction of the laser beam 30 is in the plane of incidence. For this purpose, the alignment device 44 and the retardation plate 42 are always adjusted together to meet this condition.
Die Laseranordnung 22b zur Bestrahlung der Leitwerksflächen kann darüber hinaus oder alternativ zur Verzögerungsplatte 42 eine Kippeinrichtung für den Diodenlaser 40 umfassen, um diesen um 90° zur Längsachse zu drehen und auf diese Weise sicherzustellen, dass die Polarisation in der Einfallsebene des Laserstrahls bei dem vertikalen Seitenruder genauso erfüllt ist wie bei den horizontalen Höhenrudern. In addition, or alternatively to the retardation plate 42, the laser arrangement 22b for irradiating the tail surfaces may include a tilting device for the diode laser 40 in order to rotate it by 90 ° to the longitudinal axis and in this way to ensure that the polarization in the plane of incidence of the laser beam in the vertical rudder is fulfilled as well as in the horizontal elevators.
In Betrieb wird durch manuelles Einschalten durch den Piloten die Laseranordnung 22a aktiviert, so dass der erzeugte Laserstrahl 30 die gesamte Er- streckung der Tragflächenvorderkante 24 entlang streicht und dabei größtenteils durch die Eisschicht hindurchstrahlt und auf die Oberfläche der Tragfläche 14 auftrifft, wo der größte Anteil in Wärme umgewandelt wird. Die so erwärmte Oberfläche schmilzt dann die anhaftende Eisschicht auf und führt damit zu einer Lockerung der Eisschicht, die in Folge dessen aufbrechen und abfallen wird. Die Dauer der Bestrahlung wird abhängig von den äußeren Bedingungen wie Außentemperatur oder geschätzte bzw. gemessene Eisschichtdicke gewählt werden. In operation, the laser assembly 22a is activated by manual activation by the pilot so that the generated laser beam 30 sweeps along the entire extension of the leading edge 24, largely through the ice sheet and impinges on the surface of the wing 14, where the largest portion is converted into heat. The thus heated surface then melts the adherent layer of ice and thus leads to a loosening of the ice, which will break up and fall as a result. The duration of the irradiation will be selected depending on the external conditions such as outside temperature or estimated or measured ice layer thickness.
Auf gleiche Weise wie hier beschrieben, werden die anderen Laseranordnungen 22b, 22c betrieben. In the same way as described here, the other laser arrangements 22b, 22c are operated.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Laseranordnungen 22 nach einer pilotengesteuerten Einschaltung automatisiert periodisch von der Kontrolleinrichtung 46 zu aktivieren, um eine Vereisung im Ansatz zu verhindern. It is within the scope of the invention also possible to automatically activate the laser assemblies 22 periodically after a pilot-controlled activation of the control device 46 in order to prevent icing in the approach.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Enteisung eines Oberflächenbereichs eines Luftfahrzeugs (10) durch Bestrahlung des Oberflächenbereichs (24) mit einem Laser (40), 1. Arrangement for deicing a surface area of an aircraft (10) by irradiation of the surface area (24) with a laser (40),
wobei die Strahlung (30) des Lasers (40) eine Wellenlänge von weniger als 900 nm aufweist und parallel zu deren Einfallsebene polarisiert (34) ist dadurch gekennzeichnet, dass der laserbestrahlte Oberflächenbereich (24) eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, bei der mindestens 50% der auftreffenden Laserstrahlung absorbierbar und in Wärme umwandelbar ist.  wherein the radiation (30) of the laser (40) has a wavelength of less than 900 nm and polarized parallel to its plane of incidence (34) is characterized in that the laser irradiated surface region (24) has a surface finish in which at least 50% of the impinging Laser radiation is absorbable and convertible into heat.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (40) ein Halbleiterlaser ist. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the laser (40) is a semiconductor laser.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (40) eine Wellenlänge von ca. 800 nm aufweist. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the laser (40) has a wavelength of about 800 nm.
4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Verzögerungsplatte (42) umfasst, welche von der Strahlung (30) des Lasers (40) passierbar ist. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a retardation plate (42) which is passable by the radiation (30) of the laser (40).
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsplatte (42) in Abhängigkeit von einem Auftreffpunkt (32) auf dem Oberflächenbereich (24) verstellbar ist. 5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the retardation plate (42) in dependence on a point of impingement (32) on the surface region (24) is adjustable.
6. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (24) mit einer Beschichtung versehen ist. 6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the surface region (24) is provided with a coating.
7. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung einen Farbstoff enthält, dessen Reflektionswellenlängen- bereiche nicht die Laserwellenlänge umfassen. 7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the coating contains a dye whose reflection wavelength ranges do not include the laser wavelength.
8. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (24) mit einer Laserlicht absorbierenden Folie versehen ist. 8. Arrangement according to claim 1, characterized in that the surface region (24) is provided with a laser light absorbing film.
9. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägermatrix des Oberflächenbereich (24) strahiungsabsorbierende Bestandteile enthalten sind. 9. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the carrier matrix of the surface region (24) radiation-absorbing components are contained.
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