[发明专利]用于无源除冰的系统和方法

说明书

本发明涉及用于无源除冰的系统和方法。无源除冰结构的全局疏冰性能可通过包括一个或多个冰成核区来实现，这些冰成核区被构造、预先选择和/或布置成促使选择性形成冰。冰成核区可被构造、预先选择和/或布置成形成冰，所述冰微弱地附着，因此可在足够剪切力的作用下被去除。冰成核区通常包括成核颗粒，以促使选择性形成冰。无源除冰结构通常同时包括被布置成有助于在剪切力的作用下去除冰的冰成核区和抗冰区。无源除冰结构可用在诸如交通工具(例如，航空器)的设备上，以缓减在暴露表面上形成冰的影响。

技术领域

本公开涉及用于无源除冰的系统和方法。

背景技术

在暴露于大气条件的各种设备上形成冰会是不希望的。例如，航空器上形成冰会干扰翼面的空气动力学，例如，影响层流和重量分布，因此通常被视为是不希望的。

可在结冰状况下，即，在空气包含过度冷却液体水的液滴的大气条件下，可形成冰。结冰状况是用平均液滴大小、空气的含水量、空气温度和暴露表面的温度来定量表征的。过度冷却液体水是处于凝固点下但仍然保持液态的水。通常，水将在凝固点下凝固，但如果例如液滴不具有形成核的杂质，则大气液滴可保持为液体。当过度冷却的水液滴遇到冷的表面时，液滴立即固化并且形成冰。

抵抗冰形成的典型解决方案包括加热对冰敏感的暴露表面，从而使暴露表面的一部分机械变形，并且应用除冰流体。这些解决方案中的每个都是有源机制的，伴随着控制、监测、维修和/或重量方面的负担。

疏冰表面(icephobic surface)通常是超疏水表面和/或涂层或者被类似地设计成超疏水表面和/或涂层，因此是相对易损的。这种涂层和/或表面通常并不适于通常形成冰的严苛环境。翼面会经历甚至更极端的条件，从而致使现有的疏冰解决方案更加不太合适。

因此，需要在严苛环境下抵抗冰形成的无源疏冰系统(passive icephobicsystem)。

发明内容

无源除冰的系统可包括诸如交通工具的设备，这些设备包括带有一个或多个冰成核区的无源除冰结构。冰成核区通常被构造、预选择和/或布置成选择性地在冰成核区上和/或附近形成冰。另外，冰成核区通常被构造、预选择和/或布置以形成冰，冰微弱附着于无源除冰结构，因此可通过使形成的冰经受来自流过无源除冰结构的空气的足够剪切力来去除冰。通常，冰成核区包括成核颗粒，通常是矿物质，其被构造、预选择和/或布置成在冰成核区中形成冰核。

无源除冰结构还可包括一个或多个抗冰区，这些抗冰区可被构造、预选择和/或布置成抵抗冰形成，以排斥水和/或冰撞击表面，和/或促使比冰成核区更少的冰形成。通常，无源除冰结构可包括冰成核区和抗冰区的图案。

无源除冰结构、冰成核区和/或抗冰区可形成在当表面经受剪切力时有助于表面除冰的位置处和/或形成为当表面经受剪切力时有助于表面除冰的布置。例如，通过在表面粘附、暴露和/或形成成核颗粒从而涂覆和/或精修表面来形成冰成核区。例如，通过在基本上没有成核颗粒的情况下进行涂覆，形成抗冰区。

用无源除冰结构将设备除冰可包括在设备表面上的冰成核区上形成冰特征，然后使表面经受来自流过表面的空气的剪切力以从设备上去除冰特征。剪切力可以是例如在飞行期间遭遇的空气的力。

根据本公开的一个方面，提供了一种航空器，该航空器包括：主体，其包括具有前缘和暴露表面的动力学部件，其中，所述暴露表面被暴露于大气；其中，所述暴露表面包括无源除冰结构。所述无源除冰结构包括：冰成核区，其以基本上平行于所述前缘取向的伸长方向伸长并且被构造成致使在所述冰成核区上形成冰；和抗冰区，其以基本上平行于所述前缘取向的伸长方向伸长；其中，所述抗冰区通过所述冰成核区而与所述前缘分开；其中，所述冰成核区的可润湿性大于所述抗冰区的可润湿性。

有利地，所述成核区包括被构造成在所述无源除冰结构上为杂乱的冰成核的成核颗粒。