用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置的製作方法
2023-12-11 23:44:22 2
專利名稱：用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種防冰除冰裝置，尤其是一種用於飛機翼型(機翼/尾翼)前緣的防冰、除冰裝置，屬於飛行器除冰、防冰領域。
背景技術：
冰雪天氣造成飛機結冰是導致飛機飛行事故的主要原因之一，據統計大約有9%的飛機事故是由結冰造成的。飛機在結冰狀態下飛行吋，飛行品質及飛行性能將受到很大的影響。結冰不僅會增加飛機的重量，降低螺旋槳的效率，進而導致發動機可用推力減小，而且會干擾氣流，造成阻力増大，升カ減小。機翼、尾翼及操縱面上的結冰會破壞翼面上的流型，導致失速速度増大，從而引起飛行事故。為減少結冰對飛機飛行的影響，増加飛機的安全裕度，對於飛機機翼、尾翼的防除冰，目前廣泛採用的是熱氣防除冰技術，即在飛機飛行過程中，利用飛機發動機壓氣機引出的熱空氣進行融冰，這種防除冰技術雖然能在一定程度上防、除冰，但其除冰時間長，消耗能量大，同時由於其熱慣性大，容易在加熱區後面形成冰瘤。因此，為了飛機的飛行安全，進一歩地深入研究飛機防冰、除冰技術顯得尤為重要。超聲波作為ー種能量形式，在固體介質中傳播時，會引起介質質點的壓縮或者伸張，造成固體內部壓カ的變化，引起機械效應，雖然固體介質的位移和速度不大，但質點的加速度很大，甚至可以達到重力加速度的數萬倍，如此大的高頻振蕩可以在不同物質的粘結界面處瞬間產生持續巨大的剪切力，使粘附物質破碎，分離。
實用新型內容本實用新型主要針對現有飛機飛行過程中在線防冰，除冰技術的不足，利用超聲波具有機械效應的特殊性質，結合飛機翼型的實際結構，提出一種用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置。該裝置採用超聲波高頻振蕩防冰除冰，能夠實時有效地除去飛機飛行過程中機翼前緣的冰層，高效節能，安全可靠，除冰徹底，有效地保證了飛機的飛行安全。為實現以上的技術目的，本實用新型將採取以下的技術方案—種用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置，包括與機翼前緣部位相對應的蒙皮、程序控制器、用於檢測外界大氣環境溫度的大氣溫度傳感器以及用於檢測蒙皮外表面冰層厚度的結冰強度信號器，所述蒙皮的內表面固定安裝超聲波除冰單元模塊，該超聲波除冰單元模塊包括複數個壓電陶瓷換能器，且各壓電陶瓷換能器均通過連接電纜並聯連接後與超聲波發生器連接，而超聲波發生器則與電源連接；所述程序控制器根據大氣溫度傳感器所反饋的溫度信號控制超聲波發生器的開啟/制停，且程序控制器根據結冰強度信號器所反饋的冰層厚度信號控制超聲波發生器的功率以及超聲波除冰單元模塊的運行數量。各壓電陶瓷換能器沿著蒙皮的長度方向呈矩形陣列均布。所述壓電陶瓷換能器為矩形條狀壓電換能器或者為圓盤狀壓電換能器。根據以上的技術方案，與現有技術相比，本實用新型可以實現以下的有益效果[0011]I、本實用新型可以實時地進行有效的除冰通過加入一定強度和頻率的超聲波，在飛機外蒙皮表面產生高頻振蕩，瞬間在蒙皮局部產生很高的功率密度，瞬時克服冰層在蒙皮表面的粘附強度，破壞冰層結構，使冰層脫落，從而有效除去蒙皮表面冰層，與電熱除冰相比，無需融化冰層，所需能量大幅減少，所需能量大約僅為電除冰系統的幾十分之一到
百分之一。2、本實用新型設備簡單，結構緊湊，重量輕，僅僅在蒙皮內表面添加多組超聲波換能器，不會影響飛機的氣動外形，也不會額外増加飛機過多的重量。3、本實用新型利用超聲波高頻振蕩的方式破碎冰層，使得冰層和蒙皮表面分離，無需融化冰層，因此不會出現電除冰等融冰方法在防冰區外形成並留下冰瘤的情況。
圖I是本實用新型用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置示意圖；圖2是本實用新型用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置運行系統圖；圖3是本實用新型超聲波除冰單元模塊的結構示意圖，圖3中(a)矩形條狀壓電換能器除冰單元模塊，(b)圓盤狀壓電換能器除冰單元模塊；圖1-3中，I、蒙皮，2、超聲波發生器，3、連接電纜，4、超聲波除冰單元模塊，5、程序控制器，6、大氣溫度傳感器，7、結冰強度信號器，8、冰層。
具體實施方式
附圖非限制性地公開了本實用新型所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本實用新型的技術方案。如圖I至3所示，本實用新型所述用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置，包括與機翼前緣部位相對應的蒙皮、程序控制器、用於檢測外界大氣環境溫度的大氣溫度傳感器以及用於檢測蒙皮外表面冰層厚度的結冰強度信號器，大氣溫度傳感器、結冰強度信號器均安裝在蒙皮的外表面；所述蒙皮的內表面固定安裝超聲波除冰單元模塊，本實用新型採用鉚釘連接的方式緊固於蒙皮內表面，該超聲波除冰單元模塊包括複數個壓電陶瓷換能器，且各壓電陶瓷換能器均通過連接電纜與超聲波發生器連接，同時各壓電陶瓷換能器沿著蒙皮的長度方向呈矩形陣列均布；而超聲波發生器則與電源連接；所述程序控制器根據大氣溫度傳感器所反饋的溫度信號控制超聲波發生器的開啟/制停，且程序控制器根據結冰強度信號器所反饋的冰層厚度信號控制超聲波發生器的功率以及超聲波除冰單元模塊的運行數量。本實用新型所述的防冰除冰裝置主要是用於機翼前緣的防除冰操作，因此，壓電陶瓷換能器至少需要安裝在機翼/尾翼前緣部位，同吋，一般機翼前緣鄰域內還是需要安裝壓電陶瓷換能器，即本實用新型所述的與機翼前緣部位相對應的蒙皮，並不局限於機翼外緣部位，其應當適當地擴展到機翼外緣以及機翼外緣的領域。本實用新型的工作原理是首先，程序控制器5根據大氣溫度傳感器6實時監測的外界大氣溫度控制超聲波發生器2的啟停。一旦外界大氣溫度超過冰點，程序控制器5自動開啟超聲波發生器2，同時根據結冰強度信號器7提供的結冰厚度信號實時調節超聲波發生器的功率以及超聲波除冰單元模塊4的工作數量。超聲波發生器通過連接電纜3為超聲波除冰單元模塊4提供與之相匹配的高頻交流電信號激勵，超聲波除冰單元模塊4由多個壓電陶瓷換能器組成，在超聲波發生器2的激勵下，壓電陶瓷換能器產生高頻振蕩，使得蒙皮內部發生微變形，從而在外蒙皮I與冰層8的界面處瞬時產生巨大的剪切力，而且壓電陶瓷換能器単元在很短的時間內將電能轉化為機械能，可以在防冰區域局部產生很大的能量密度，其能量密度大大超過其他機械除冰方法，從而有效克服冰層與外蒙皮之間的粘結強度，粉碎冰層，使得冰層脫落。從而達到有效防除冰的目的。另外，如圖3 Ca)和圖3 (b)所示，超聲波除冰單元模塊4相對於ー個並聯迴路，其中的各個壓電陶瓷換能器共用ー個激勵電源，每個換能器工作條件一致；超聲波除冰單元模塊4可以為如圖3 (a)所示的矩形條狀壓電換能器除 冰單元模塊，也可以為如圖3 (b)所示的圓盤狀壓電換能器除冰單元模塊。單個壓電陶瓷換能器之間呈矩陣式排列，發射頻率固定並與蒙皮的固有頻率相匹配，另外，單個壓電換能器除冰單元模塊功率可調。
權利要求1.一種用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置，包括與翼型前緣部位相對應的蒙皮，其特徵在於還包括程序控制器、用於檢測外界大氣環境溫度的大氣溫度傳感器以及用於檢測蒙皮外表面冰層厚度的結冰強度信號器，所述蒙皮的內表面固定安裝超聲波除冰單元模塊，所述壓電陶瓷換能器単元模塊包括複數個壓電陶瓷換能器，各壓電陶瓷換能器均通過連接電纜並聯連接後與超聲波發生器連接，而超聲波發生器則與電源連接；所述程序控制器根據大氣溫度傳感器所反饋的溫度信號控制超聲波發生器的開啟/制停，且程序控制器根據結冰強度信號器所反饋的冰層厚度信號控制超聲波發生器的功率以及超聲波除冰單元模塊的運行數量。
2.根據權利要求I所述用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置，其特徵在於各壓電陶瓷換能器沿著蒙皮的長度方向呈矩形陣列均布。
3.根據權利要求I所述用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置，其特徵在於所述壓電陶瓷換能器為矩形條狀壓電換能器或者為圓盤狀壓電換能器。
專利摘要本實用新型公開了一種用於飛機翼型的新型防冰除冰裝置，包括蒙皮、程序控制器、大氣溫度傳感器以及結冰強度信號器，所述蒙皮的內表面固定安裝超聲波除冰單元模塊，該超聲波除冰單元模塊包括複數個壓電陶瓷換能器，且各壓電陶瓷換能器均通過連接電纜與超聲波發生器連接，而超聲波發生器則與電源連接；所述程序控制器根據大氣溫度傳感器所反饋的溫度信號控制超聲波發生器的開啟/制停，且程序控制器根據結冰強度信號器所反饋的冰層厚度信號控制超聲波發生器的功率以及超聲波除冰單元模塊的運行數量。因此，本實用新型能夠實時有效地除去飛機飛行過程中機翼表面及尾翼前緣的冰層，高效節能，安全可靠，除冰徹底，保證了飛機的飛行安全。
文檔編號B64D15/22GK202449211SQ20112055402
公開日2012年9月26日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者李棟, 查翔, 陳振乾 申請人:東南大學