[发明专利]前端可压缩的动力除冰器

说明书

本发明涉及一种除冰器，它利用动力运动排除在结冰的大气条件下飞行过程中在各种飞行器表面上积累的冰层。具体来说，本发明涉及一种机械式除冰器，这种除冰器利用外皮挠曲装置靠动力驱动积累冰层的薄的可挠曲的外皮。本发明的除冰器具有一可压缩件，它紧靠着覆盖在前缘曲率最小区域上的外皮之下。

近年来，许多飞机制造厂商一直在寻求一种改进的冰保护系统，以便使飞机能在结冰的大气条件下安全飞行。在各种飞行器结构的前缘表面上积累的冰层可以严重影响飞行器的空气动力学特性。上述飞行器结构包括机翼，发动机进口及水平和垂向稳定器。所谓前缘是指结构表面的遭遇并突破冲击飞行器结构表面的气流的那些部分。冲击气流是在飞行中引起的。传统的气动除冰器，电热除冰器及排气防冰器多年来一直用于保护普通航空或商用飞行器的前缘。上述冰保护技术详见联邦航空局1963年12月出版的《飞机机架冰技术资料工程概要》中的技术报告ADS-4。除了上述经过验证的技术之外，许多飞机制造厂商和操纵者一直希望有一种除冰性能更好，寿命更长，重量减轻且节省能量的新系统。

按照上述需求，已经研制了一种系统，它利用外皮挠曲装置靠动力驱动积累冰层的薄的可挠曲的外皮。动力驱动引起薄的可挠曲的外皮的快速运动，足以将积累的冰帽解除粘合，抖落并排入环绕的气流中去。如下面将详述的那样，外皮挠曲装置可呈多种形式。

在一些装置中，外皮挠曲装置与薄的可挠曲的外皮相结合成一种整体式除冰器。这种整体式除冰器一般制成薄片状，然后再粘合于已有的飞机结构的前缘表面。除冰器一般设计成可从飞机结构上卸下并使用可更换的粘合剂如3M1300L橡胶泥进行更换。美国专利第4，706，911号“为前缘除冰的方法和装置”（以下简称“气动脉冲”专利），美国专利第4，875，644号“除冰用的电推斥分离系统”（以下简称“电推斥”专利），以及美国专利第5，129，598号“可附装的电脉冲除冰器”（以下简称为“电脉冲”专利）中描述了实例。在另一些装置中，外皮挠曲装置与薄的可挠曲的外皮及加固结构相结合，从而形成带有整体除冰能力的整体式前缘结构。除冰器永久地粘合于加固结构，当除冰器失效时需要更换整个组件。美国专利第5，098，037号“具有整体排斥系统的结构性机翼”（以下简称“整体排斥系统”专利）中描述了实例。在本申请中，附装除冰器的结构称为“下部结构”。下部结构的实例包括具有前缘表面的现有飞机结构和上述讨论的加固结构。

如上所述，外皮挠曲装置可呈多种形式。在“电推斥”专利中，外皮挠曲装置具有上部导体阵列和下部导体阵列。上部导体基本相互平行并临近下层的导体。上部导体串联于下部导体，形成单一的连续导体，从上层，绕下层，回绕上层，依此类推。当向输入引线施加电压时，在上部导体中形成电流，该电流在所有上部导体中都是同方向的。同样，在下部导体中形成电流，该电流在所有下部导体中都是同方向的，但是与上部导体中的电流方向相反。如“电推斥”专利中所述，保持在一层的所有导体中恒定的电流方向可大大地增加两层之间的分离力。

在下部结构上安装除冰器之后，上部和下部导体夹在结构件和表面层（表面层与薄的可挠曲的外皮相似）之间。在施加大幅度的瞬时电流脉冲时，上、下层中的相反的电磁场强烈地相互推斥。这种运动引起表面层的动力运动，实现动力除冰。如“电推斥”专利所述，在2300和3100安培之间的，在100微秒内的电流脉冲可产生有效的除冰作用。在“电推斥”专利中描述了产生上述脉冲的电路。该电路包括形成脉冲的网，但这不是绝对必要的。

利用电磁装置的另一种外皮挠曲装置见于“电脉冲”专利。具有至少一个线圈导体的平面线圈夹在表面层和导电结构（如铝制飞机结构的前缘）之间。在美国专利第5，152，480号“平面线圈结构”（下文简称“平面线圈”专利）中，详细描述了平面线圈。如“电脉冲”专利中所述，大幅度瞬时电流脉冲作用在线圈上。线圈中的电流引起迅速变化的强电磁场，该电磁场在导体结构中产生涡流，导体结构又产生相反的电磁场。两电磁场相互推斥，产生在线圈和结构之间的推斥力。线圈在结构层中引起动力运动，因而实现动力除冰。在100微秒内大约3000安培的峰值电流可产生有效的除冰效果。该专利也公开了产生上述电流的电路。该电路与“电推斥”专利所述的电路十分相似。