[发明专利]防冰装置和方法

说明书

本发明提供了一种用于具有复合层(10)的飞行器表面的防冰装置，该装置包括构造成位于复合层(10)的外部面处并且适于通过电磁感应来加热的导电材料层(12)。该装置包括：周向单相绕组(1)，其构造成对围绕导电层(12)的界定区域的边缘进行加热；内单相或多相绕组(2、3)，其用于对周向单相绕组(1)的界定区域的内部进行加热；以及控制单元，其用于独立地控制外绕组(1)和内绕组，所述控制单元适于连续地操作外绕组(1)以避免在界定区域的边缘中结冰并且还适于在界定区域内所结的冰必须被除去时操作内绕组(2、3)。

技术领域

本发明涉及借助于电磁感应对复合板进行加热。本发明的应用意在用于受结冰影响的飞行器空气动力表面比如机翼、引擎机舱、HTP(水平安定面)、螺旋桨、转子叶片、雷达罩等的防冰处理。

背景技术

当暴露于结冰环境时，可能在飞行器的各种空气动力表面处发生结冰。空气动力表面上积冰会改变该空气动力表面周围的空气动力场，从而可能导致对飞行器的性能的不利影响，或者积冰脱落后可能会碰撞及损坏飞行器的其他部分。

为了防止或减少结冰，已开发出若干防冰装置和方法。当处理防冰系统时，有两种不同的方法：允许冰形成至一定程度并且之后将其移除(除冰)或者一开始就避免发生任何结冰(防冰)。

最常见的防冰系统是基于通过从发动机压缩机排出的热空气来对空气动力表面的内部面进行加热从而使外表面通过经由材料的传导而被加热的防冰系统。这些类型的系统具有较低的总效率。在复合材料的使用渐增的现代化飞行器中，该系统证明为：在对由碳纤维增强聚合物(CFRP)制成的空气动力表面加热时效率非常低，这是由于该材料的导热性差的原因。此外，CFRP层压件的温度值被限制成比金属材料的温度值低得多。

存在飞行器空气动力表面的防冰的替代方案。系统可以基于外表面特性的修改通过下述方式来避免结冰：通过在金属部件上进行纳米级粗糙度的改进或者通过在金属部件上沉积浸渍在粘合剂中的不同产品。另一组采用借助于空气系统或相似的系统对空气动力表面直接加热，但是在新发展技术中的很大一部分采用通过焦耳效应与或多或少的常规系统相结合进行加热的变体，其借助于电热作用或甚至使用碳纳米管来根据需要以交流(AC)或直流(DC)电流进行加热。

另一替代方案是通过电磁感应对空气动力表面进行加热：在导电材料中形成涡流，并且随后通过焦耳效应加热该材料。该方法已被研究用于与涡轮机的金属部件以及复合材料一起使用。

利用电磁感应的问题在于：为了产生涡流，需要导电材料(例如金属)的薄层，这不是由CFRP制成的层压件的特征。此外，需要特定的绕组分布来在导电层上感应出电流以使得导电层上的电流均匀分布并且在每个区域中都达到加热目标。

基于加热的防冰系统的目的是使空气动力表面的外层的温度增加至阻碍结冰的温度。

当试图通过电磁感应加热CFRP结构时，碳纤维和聚合物基体的较差的电性能不允许在该材料内形成强涡流；因此，在该材料中产生的热量很少或根本没有产生热量。

发明内容

本发明的防冰装置对象适于具有复合层的飞行器表面。该装置包括构造成位于复合层的外部面处并且适于通过电磁感应来加热的导电材料层。设想的是，该外部面为在CFRP层或CFRP板位于其最终位置时更靠近飞行器表面的外部的面。

该装置包括：

-周向单相绕组，该周向单相绕组构造成对围绕导电层的界定区域的边缘进行加热；

-内单相或多相绕组，该内单相或多相绕组构造成对导电层的界定区域的由周向单相绕组限定的内部进行加热；

-控制单元，该控制单元用于独立地控制周向单相绕组和内单相或多相绕组，所述控制单元配置成使得控制单元连续地操作周向单相绕组以避免在界定区域的边缘中结冰并且当界定区域内所结的冰必须被除去时所述控制单元操作内单相或多相绕组。