[发明专利]高频纳秒脉冲介质阻挡放电防冰装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器表面防结冰的装置及方法，涉及介质阻挡放电激励及防冰方法，具体涉及高频纳秒脉冲介质阻挡放电防冰装置及方法。

背景技术

飞行器在积冰气象条件下飞行时，过冷水滴撞击飞行器迎风面，会导致飞行器机翼、尾翼、发动机、风挡玻璃、空速管等部件表面结冰，而飞行器关键部位结冰会严重影响飞行器的飞行安全。例如机翼及尾翼前缘结冰会改变飞行器的气动外形，使阻力增大，升力减小，严重影响飞行器的操纵性和稳定性；发动机进气道结冰，会直接影响发动机的正常运行，严重时甚至损坏发动机；风挡玻璃结冰会降低其透明度，严重妨碍目视飞行；空速管等传感器部件头部结冰，会导致仪表示数失真，误导飞行员操作。

目前，防冰技术主要是电、气热防冰和液体防冰，并得到运用，常用的手段为气热防冰，液体防冰已很少应用。电热防冰技术又称“电防冰技术”，是将电能转化为热能，加热关键部位表面的热力防冰技术。该方法可靠性高，轻便，易于实现，但是功耗较高，响应缓慢；气热防冰技术是利用热空气加热飞机待防护表面，一般从发动机或辅助发动机APU引气作为热源，该防冰系统维护简单，工作可靠，但其热量利用率低，且影响发动机效率；液体防冰技术是将防冰液与过冷水混合，使混合液冰点低于飞行器表面温度而达到防冰效果的一种防冰手段，其耗能低，系统简单，但其对基材有腐蚀，且消耗量大，增加负载，维护麻烦，对环境有一定污染。现有的防冰技术的还存在不足，因此需要寻求一种新的防冰技术。

发明内容

为了解决现有技术的不足之处，克服现有防除冰技术耗能高、响应慢、影响飞行器性能和污染环境等问题，本发明提出了高频纳秒脉冲介质阻挡放电防冰装置及方法。该方法的主要优点是响应快、频带宽、结构简单、布置方便、能耗较低、生态无污染，可以解决其他防冰技术不能解决或难以解决的问题，且能够有效防冰。

本发明采用的技术方案如下：

高频纳秒脉冲介质阻挡放电防冰装置，包括高频纳秒脉冲信号发生器和激励器，激励器为片状或膜状结构，包括处于下层的下电极、处于中间层的绝缘层和处于上层的上电极，绝缘层设置在上电极和下电极之间，下电极与高频纳秒脉冲信号发生器的负极相连，上电极为梳状结构，包括作为梳柄部分的纵向长条电极和作为梳齿部分的若干条横向电极条，横向电极条为长条形，横向电极条沿纵向长条电极的长度方向等间距排布，间距为6-20mm，纵向长条电极与高频纳秒脉冲信号发生器的正极相连。

横向电极条、纵向长条电极和下电极采用的材料为铜箔或铝箔。

横向电极条和纵向长条电极的宽度为1mm-10mm，厚度为200nm-100μm。

绝缘层为由若干层聚酰亚胺胶带或聚四氟乙烯胶带通过绝缘胶叠加粘接而形成的绝缘层，或者绝缘层采用高温陶瓷。

当绝缘层为由若干层聚酰亚胺胶带或聚四氟乙烯胶带通过绝缘胶叠加粘接而形成的绝缘层时，绝缘层的整体厚度为0.18mm。

高频纳秒脉冲介质阻挡放电防冰方法：

将激励器固定设置在飞行器易结冰部位，当飞行器遭遇易结冰飞行环境时，打开高频纳秒脉冲信号发生器，调节高频纳秒脉冲信号发生器的输出电压和放电频率，上电极周围放电并形成等离子体区域。

在飞行器易结冰部位设置激励器时，在飞行器易结冰部位的蒙皮上制作用于设置激励器的蒙皮凹槽，当激励器固定在蒙皮凹槽内后，飞行器易结冰部位表面光滑平整，不影响目标部位的气动布局和流场特性，且激励器的绝缘层与下电极之间无气泡，下电极与蒙皮凹槽表面之间无气泡，整个激励器无褶皱。

飞行器易结冰部位为机翼前缘、垂尾前缘、螺旋桨前缘和/或发动机唇口。

激励器的横向电极条分别与机翼前缘展向方向、垂尾前缘展向方向、螺旋桨前缘展向方向和/或发动机唇口前缘展向方向垂直。

在飞行器在易结冰飞行环境飞行过程中，高频纳秒脉冲信号发生器处于打开状态，当飞行器飞出易结冰飞行环境时，关闭高频纳秒脉冲信号发生器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的高频纳秒脉冲介质阻挡放电防冰装置的上电极为梳状结构，将上电极的纵向长条电极与高频纳秒脉冲信号发生器的正极相连，将下电极与高频纳秒脉冲信号发生器的负极相连，在上电极和下电极之间设置绝缘层，当通过高频纳秒脉冲信号发生器为上电极和下电极施加高频纳秒脉冲信号，使得梳状结构的上电极周围能够放电，并形成等离子体区域，由于等离子体的存在，过冷水不能发生相变，因此能够达到防冰的目的；