[发明专利]一种无人飞行器除冰、防雷击装置

说明书

技术领域

本发明属于无人飞行器飞行安全技术领域，主要涉及一种无人飞行器除冰、防雷击装置。

背景技术

飞行器（飞机）在航行过程中遭雷击的报道屡见不鲜。不过在一般情况下，有人驾驶的飞机在遭遇雷电时可通过飞机上的电蒙皮的屏蔽使电流顺利排放，以避免机内人员和设备受到损伤，或者是机毁人亡。但为了飞机安全起见，航班总是设法避开在雷电云区内飞行。另外，飞机在过冷水滴的云层中飞行时，飞机外表面很容易结冰，特别是机翼、尾翼部分的结冰会改变飞机的气动外形，影响到飞机的升力及控制性能，对飞行安全造成很大的威胁。因此，为保证飞行安全，有人驾驶的飞机上也均安装有除冰装置。

近年来，随着无人飞行器技术的发展，在航拍、地理测绘等作业中开始广泛使用无人飞行器。在设计中为减轻无人飞行器自重和增加续航时间，无人飞行器的机体则大量采用复合材料制造，而复合材料导电性较差不能像金属蒙皮一样使电流顺利排放，因此在遭受雷击时，不仅容易损伤机体表面，同时也会损害到机体内安装的设备。一般情况下无人飞行器的作业通常都是在良好的气象条件下飞行，所以未安装除冰、防雷击装置，随着无人飞行器应用领域的拓展，特别是无人飞行器用于人工降雨作业的特殊性，无人飞行器必须在有条件降雨的云层中频繁的穿云飞行，因此无人飞行器极易结冰，而且遭受雷击的概率也非常大，因此为无人飞行器上设计研发、安装除冰、防雷击的保护装置非常必要。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明设计并公开了一种无人飞行器除冰、防雷击装置。本发明采用的设计技术原理是：1、向压电陶瓷施加交流电压，通过压电陶瓷的逆压电效应，使弹性体产生驻波或行波振荡变形，该变形对结冰层施加机械作用力，从而使冰层破裂并在风力的作用下脱落；2、通过导电的弹性体为雷击电流提供良好的导电通道，使雷击产生的电流能顺利排放，避免对飞行器造成重大损坏，以解决克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采取的具体技术方案是：一种无人飞行器除冰、防雷击装置，主要由超声波振荡器、超声波控制器、振荡器支架、振荡弹性体、压电陶瓷片、弹性薄膜构成；其中：超声波振荡器以不同的组合方式安装在振荡器支架上，可产生不同的驻波或者行波，增强破裂结冰层的作用力；振荡器支架固定在飞行器的机翼内部（机翼、襟翼、尾翼部位）；超声波控制器安装在机身内，超声波控制器两有电压输出端和公共端；超声波控制器通过外接的人工遥控器或自动驾驶仪控制工作；

超声波振荡器由振荡弹性体、压电陶瓷片、弹性薄膜组成；振荡弹性体呈矩形条状薄板形状，采用金属材料或者复合材料制作，振荡弹性体与飞行器上的结冰层直接接触；振荡弹性体的一个面上设有等间距的齿，齿顶面的轮廓与飞行器机翼外廓曲面相同；齿顶面覆盖有一层弹性薄膜，保证飞行器的气动外形不受影响；振荡弹性体通过导体连接在一起并与飞行器上的放电刷相连，形成雷击时的排放电流通道；压电陶瓷片按振动波长排列布置，相临的两片为一组，每组按级化方向相反的粘接在振荡弹性体上，粘接在振荡弹性体上的压电陶瓷片每隔一片之间通过导体相互连接并分别联接到超声波控制器的交流电压的输出端；压电陶瓷片的粘接面并联在一起联接到超声波控制器的公共端。所述的一种无人飞行器除冰、防雷击装置，其中：振荡弹性体的振荡频率大于20KHz超声波频率；所述的一种无人飞行器除冰、防雷击装置，其中：压电陶瓷片按四分之一振动波长排列。

本发明所述的一种无人飞行器除冰、防雷击装置具有以下优点：

1、本发明采用超声波高频振荡除冰，其除冰效果好；2、利用压电陶瓷片逆压电效应使机械力直接作用于结冰层，避免了传统机械传动所需的减速装置，具有结构紧凑、便于安装在飞行器的襟翼、尾翼等需要除冰的狭小空间内；3、采用复合材料制作的超声波振荡器可大大减轻除冰装置的重量；4、超声波振荡器的表面可以与飞行器翼型曲面良好吻合，不影响飞行器的气动外形；5、采用金属材料制作的振荡弹性体可作为雷击时的导流条，不必另外再敷设导流条。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中超声波振荡器结构示意图；

图3为图2中A－A面截面放大示意图；

图4为振荡弹性体与飞行器上的放电刷 联接示意图。

图中：1、超声波振荡器；2、超声波控制器；3、振荡器支架；4、振荡弹性体；5、压电陶瓷片；6、弹性薄膜；7、控制器交流电压输出端；8、控制器公共端；9、放电刷 。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的具体实施方式如下：如图1、图2、图3所示，本发明所述的一种无人飞行器除冰、防雷击装置，主要由超声波振荡器1、超声波控制器2、振荡器支架3、振荡弹性体4、压电陶瓷片5、弹性薄膜6构成；其中：超声波振荡器1以不同的组合方式安装在振荡器支架3上，振荡器支架3安装固定在飞行器的机翼内部（机翼、襟翼、尾翼等部位）；超声波控制器2安装在 机身内。超声波控制器2的两端设有控制器交流电压输出端7和控制器公共端8。超声波振荡器1由振荡弹性体4、压电陶瓷片5、弹性薄膜6组成；超声波振荡器1在超声波控制器2输出的交变电压作用下可产生驻波或者行波变形，高频变形的机械作用力直接作用于附在其上的结冰层，从而使结冰层受力脱落。振荡弹性体4呈矩形条状的薄板形状，采用金属材料或者复合材料制作，振荡弹性体4与飞行器上的结冰层直接接触、振荡弹性体4表面可以是平面也可以是与飞行器翼型外廓曲面相同的齿状曲面，等距离排列的齿状曲面也具有增大振幅的作用，齿状曲面的齿顶面覆盖有一层弹性薄膜6用以保证飞行器的气动外形不受影响。振荡弹性体4通过导体逐段连接在一起并与飞行器上的放电刷 9相连，形成雷击时的排放电流通道。压电陶瓷片5按四分之一振动波长排列布置，相临的两片压电陶瓷片5为一组，每组按极化方向相反的粘接在振荡弹性体4上，粘接在振荡弹性体4上的压电陶瓷片5每隔一片全部通过导体相互连接在一起并分别联接到超声波控制器2的控制器交流电压输出端7上，压电陶瓷片5的粘接面并联接在超声波控制器2的控制器公共端8上；当超声波控制控制器2输出两路相位差为0或180度的交流电压时，超声波振荡器1生成高频驻波振荡变形，超声波控制器2输出两路相位差为90度交流电压时，超声波振荡器1生成高频行波振荡变形，改变相位差的正负，可改变行波方向。高频振荡变形的机械力直接作用于飞行器上的结冰层，使冰层受力破裂，超声波振荡器1与结冰层的高频摩擦还可产生热，使冰层更易脱落。