[发明专利]使用重叠管整体除冰的机翼

说明书

本发明涉及一个组合结构元件，其中包括一个能将如冰层这样的固体从结构部件的外表面分离的具有整体特性的系统，特别是，本发明所涉及的结构部件尤为适用于机翼或前缘部位，所述部位具有一个整体部件，一个当用于飞机前缘时适于组合部件外部高模数壳体的除冰的力和位移产生装置。此发明还涉及一个改进了的力和位移产生装置。该装置与这个结构元件可被整体使用，或被安装到机翼或前缘用为分离除冰装置组件的一部分。此申请是作者于1989年11月6日提出的美国专利申请序号为：07/432，715的对于具有整体排气系统的结构机翼的未准申请延伸的一部分。

自从动力航空开始以来，飞机在一定飞行条件下，一直被机翼和支柱等机体部件表面的积冰问题所困扰。如果不检查，此种积冰最后会附加飞机的重量并改变飞机的机翼和控制表面的形状，以致使飞机陷入无法飞行的状态。在飞行条件下，为了防止和取掉这些积水，种种努力的结果，产生了三种一般应用广泛的清除积冰方法，一种普通的除冰过程。

有一种防冰方式，称为热除冰方法，使前缘受热从而减弱积冰在机翼部件间的附着力。这里，“前缘”是指积冰的，并且经受流经飞机的气流的冲击的，并有一个点或线是气流停滞的飞机部件的那些边缘。冰一旦松动，就会被略过飞机的气流渐渐地从飞机部件上吹掉。

有两种广为使用的加热前沿的方法。一种方法称之为电热除冰方法，此方法是将电热元件安装在飞机部件的前缘部位，或是将电热元件夹在人造橡胶保护罩内，将其罩在前缘上，或是结合在飞机部件的壳体结构之中。这种加热元件是靠典型的电能加热，电能来自于一个或多个飞机引擎所驱动的发电机提供，加热元件受开与关控制，从而提供足够的热量使积冰松动。在小飞机上，可能没有足够的电能用于电热除冰。

另一种加热方法是，将涡轮机的一个或多个压缩冲程中加温的气体，循环通过像机翼和支柱这样部件的前缘，从而达到除冰和防结冰的目的。此种方法仅被典型地应用于以涡轮机作为动力的飞机上，利用从涡轮机的一个或多个压缩位置上排出具有一定温度的压缩气体。此方法结果使燃料的经济性降低，并且降低了涡轮机的动力输出。

第二种通常被采用的除冰方法涉及到化学方面。在有限制的情况下，化学物质可以在飞机的整体或一部分进行使用，从而降低机上积冰的附着力或降低其上积水的冰点。

其它通常用于除冰的方法，一般地被称之为机械除冰方法。在最为主要的商用性机械除冰装置中（压缩空气除冰）飞机机翼或支柱部件被许多可膨胀一般像管状的结构件罩上，当使用加压流体，特别是气体，该结构可以膨胀。由于充气管状结构实际趋于使机翼或支柱的前缘轮廓膨胀，从而破裂积冰，碎冰通过略过飞机部件的气流而散开。这些管状结构实际上定形延伸与飞机的前沿平行。这些传统的低压空气防冰装置是由有橡胶的化合物或是有显著弹性性质的化合物制成的。特别是，在这样的除冰装置中制作膨胀管子的材料在膨胀过程中能够膨胀或伸延40%或更多，由此除冰器及前缘产生显著轮廓变化，从而使前缘上的积冰破裂。

这些传统的气动除冰装置需要很大的气流以为其中高膨胀能力的管子充气，而据有代表性地以前这种管子充气的时间平均约为二到六秒。由管子膨胀所引起机翼轮廓变形能够显著改变略过机翼的气流状态，从而进一步影响机翼的升力特征。形成这些典型的传统的气动除冰装置的橡胶或类似橡胶的材料，应具有大约为6900kPa的杨氏模数（弹性模数）。冰的弹性模数据不同的报道，约在275，000到3，450，000kPa之间，已知冰具有使典型的积冰在支撑棋其的表面轮廓上适应微小变量的弹性模数。用于传统除冰装置上的橡胶化合物的弹性模数比一般涉及的积冰的弹性模数要低得多。传统的气动除冰装置的巨大膨胀，已经起到破裂或折裂积冰结构的作用，使这些积物在冲击而来的风暴的作用下脱落掉。

用来除冰的其他机械装置，包括电动机械敲击，例如在Levin等人的美国专利3，549，964所叙述的。对于机翼外壳受到反复敲击产生的压力疲劳的敏感性的关注，在某种程度已产生限制了该技术的真正的商业前景或应用的作用。

另外一种电动机械除冰系统，在Haslin等人的美国专利号4，690，353中被描述。一个或多个弹性重叠的带状导体，其中每一个自身折叠起来，嵌于弹性材料之中。当在导体中施加一个大的电脉冲，由在临近的导体层的相对部分中的反向平行电流产生互交磁场，该磁场在折叠的导体的部分之间产生一个电的反脉冲力，致使折叠导体的部分之间即时产生分离作用。这一扩张作用有助于使弹性材料表面上的任何固体物质脱落。