[其他]前缘表面除冰的方法与装置

说明书

本发明涉及前缘表面除冰的方法与装置。准确地说，本发明与飞机前缘表面，如机翼、支柱、安定面及螺旋浆的除冰有关。具体地说，本发明涉及用于前缘表面的靠压缩空气驱动的除冰器。

自从有了动力推动的飞行术，出现飞机以来，在某些飞行情况下，总要担心飞机的零件表面，如机翼和支柱的表面产生积冰。积冰现象若不加制止，可能发生飞机因积冰的附加重量而过载及因改变了机翼的翼面形状，而突然发生不能飞行的状况。研究克服在飞行的情况下积冰的方法，已经持续了一段时间，并获得了三种接近于解决积冰的方法，其除冰的方法众所周知。

在一种前缘除冰的形式中，飞机部件的前缘表面堆积了冰，被流过飞机的空气冲击，而有的部位气流是静止的，用加热的方法消除积冰与飞机零件之间的粘附力。一旦失去粘附力，通常冰则被流过飞机的气流从飞机部件上吹走。加热前缘的两种方法已受欢迎。一种方法是加热元件放在飞机零件的前缘区域，并用贴附在前缘的橡胶保护罩罩着，或是加热元件与飞机零件的表层结构合成一体。所说的加热元件，通常是用电能加热，电源由一个或多个飞机发动机驱动而供电。通常通过通电、断电以提供足够的热量以熔化积冰。一般非常小的飞机是由一个或两个发动机驱动的，这样就不能提供足够的电能用来除冰。

另一种加热方式是采用涡轮发动机的一级或多级压缩而升高气体的温度并使它循环地通过前缘零件如机翼和支柱，可有效地除冰或防止积冰。在由涡轮发动机驱动的飞行上使用上述的方法，就是通常所说的从压气机中引气，或是利用飞机涡轮机的旁通蒸汽，结果使涡轮发动机的燃料消耗增加，动力输出降低。

在特殊的情况下，化学制品用于飞机的所有的或部分的表面上，以减小冰对飞机的粘附力或是降低聚集在飞机表面上的水的冰点。

此外，通常除冰还使用机械除冰方法。在主要的能大量使用的机械除冰设备中，气动除冰，即在飞机的机翼或支柱零件的前缘区域布满多个可膨胀的象管子一样的结构，这些结构能被输入加压流体。加压的流体一般是空气。当充气时，管状结构能扩胀机翼或支柱的前缘表面的形状，而破裂开聚积在上面的冰，使其散落到流过飞机零件上的气流中。一般这种象管子一样的结构牢固而平行地沿飞机部件的前缘表面布置。对于翼面如机翼和安定面，这些管子结构可以延伸到翼面的整个宽度。常常有多个管子结构位于机翼或支柱上，并且是平行于机翼或支柱的前缘，按翼弦方向排列，顺序地离开前缘。这些管可除去翼面或支柱前缘表面上的积冰。

通常，气动除冰器是由类似橡胶或有可靠弹性的混合物构成。一般构成除冰器的管子的材料能膨胀或延伸40%或更多。当充气循环时能使除冰器的外形（及前缘）显著地变化，借此破裂开前缘表面上的积冰。至少在需要大量充气获得高膨胀的管子部分，通常所要求的充气时间平均大约在2至6秒之间。

通常构成这些常规的气动除冰器的橡胶或类似橡胶的材料，具有的弹性模数大约为6900KPa。作为众所周知的冰，它所具有的弹性模数使积冰在支承冰的积聚表面上变化较小。据报导，冰的弹性模数是不同的，大约在275，000KPa至3，450，000KPa之间。然而，用于常规的除冰器上的橡胶混合物的弹性模数，明显地不同于所涉及的积冰的弹性模数，当除冰器充气作用时，这些混合物产生很大的膨胀，从而破裂开即胀裂其上面的积冰。随之，积冰被冲击性的气流吹扫掉。

冰在堆积过程为适应支承积冰表面的局部变化，所以只能是比较缓慢地进行。冰的积聚要适应于支承表面的外形变化现象，在某些方面与热塑材料的冷变形相类似。冰积聚时遇到非常迅速而较小的变形，冰层不能适应于这种迅速的变化，而象锤击一样地破碎。新近，已经揭示出，如美国专利US3，549，946所公开的，机翼或安定面的前缘采用电动机械的锤击，它有助于除去前缘表面上的积冰。但是一段时间以来的事实表明，由于前缘表面对锤击所产生的应力疲劳敏感，阻碍了这种电动机械锤击方法的广泛发展。

一种前缘除冰装置，它既不采用电热除冰器，也不采用气动除冰器-该装置在整个充气阶段的膨胀时期能显著地改变前缘外形，因此这种有效控制前缘的操作装置能真正地用于工业中。另外该装置不会产生象电动机械锤击那样去损害那些可长时期使用的结构，所以此种除冰装置能得到工业上的应用。