[發(fā)明專利]用于無源除冰的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510080274.0
• 申請(qǐng)日: 2015-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN104890880B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·D·薩珀;A·M·茨威格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號(hào): B64D15/00
• 分類號(hào): B64D15/00
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發(fā)明涉及用于無源除冰的系統(tǒng)和方法。無源除冰結(jié)構(gòu)的全局疏冰性能可通過包括一個(gè)或多個(gè)冰成核區(qū)來實(shí)現(xiàn)，這些冰成核區(qū)被構(gòu)造、預(yù)先選擇和/或布置成促使選擇性形成冰。冰成核區(qū)可被構(gòu)造、預(yù)先選擇和/或布置成形成冰，所述冰微弱地附著，因此可在足夠剪切力的作用下被去除。冰成核區(qū)通常包括成核顆粒，以促使選擇性形成冰。無源除冰結(jié)構(gòu)通常同時(shí)包括被布置成有助于在剪切力的作用下去除冰的冰成核區(qū)和抗冰區(qū)。無源除冰結(jié)構(gòu)可用在諸如交通工具(例如，航空器)的設(shè)備上，以緩減在暴露表面上形成冰的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于無源除冰的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在暴露于大氣條件的各種設(shè)備上形成冰會(huì)是不希望的。例如，航空器上形成冰會(huì)干擾翼面的空氣動(dòng)力學(xué)，例如，影響層流和重量分布，因此通常被視為是不希望的。

可在結(jié)冰狀況下，即，在空氣包含過度冷卻液體水的液滴的大氣條件下，可形成冰。結(jié)冰狀況是用平均液滴大小、空氣的含水量、空氣溫度和暴露表面的溫度來定量表征的。過度冷卻液體水是處于凝固點(diǎn)下但仍然保持液態(tài)的水。通常，水將在凝固點(diǎn)下凝固，但如果例如液滴不具有形成核的雜質(zhì)，則大氣液滴可保持為液體。當(dāng)過度冷卻的水液滴遇到冷的表面時(shí)，液滴立即固化并且形成冰。

抵抗冰形成的典型解決方案包括加熱對(duì)冰敏感的暴露表面，從而使暴露表面的一部分機(jī)械變形，并且應(yīng)用除冰流體。這些解決方案中的每個(gè)都是有源機(jī)制的，伴隨著控制、監(jiān)測、維修和/或重量方面的負(fù)擔(dān)。

疏冰表面(icephobic surface)通常是超疏水表面和/或涂層或者被類似地設(shè)計(jì)成超疏水表面和/或涂層，因此是相對(duì)易損的。這種涂層和/或表面通常并不適于通常形成冰的嚴(yán)苛環(huán)境。翼面會(huì)經(jīng)歷甚至更極端的條件，從而致使現(xiàn)有的疏冰解決方案更加不太合適。

因此，需要在嚴(yán)苛環(huán)境下抵抗冰形成的無源疏冰系統(tǒng)(passive icephobicsystem)。

發(fā)明內(nèi)容

無源除冰的系統(tǒng)可包括諸如交通工具的設(shè)備，這些設(shè)備包括帶有一個(gè)或多個(gè)冰成核區(qū)的無源除冰結(jié)構(gòu)。冰成核區(qū)通常被構(gòu)造、預(yù)選擇和/或布置成選擇性地在冰成核區(qū)上和/或附近形成冰。另外，冰成核區(qū)通常被構(gòu)造、預(yù)選擇和/或布置以形成冰，冰微弱附著于無源除冰結(jié)構(gòu)，因此可通過使形成的冰經(jīng)受來自流過無源除冰結(jié)構(gòu)的空氣的足夠剪切力來去除冰。通常，冰成核區(qū)包括成核顆粒，通常是礦物質(zhì)，其被構(gòu)造、預(yù)選擇和/或布置成在冰成核區(qū)中形成冰核。

無源除冰結(jié)構(gòu)還可包括一個(gè)或多個(gè)抗冰區(qū)，這些抗冰區(qū)可被構(gòu)造、預(yù)選擇和/或布置成抵抗冰形成，以排斥水和/或冰撞擊表面，和/或促使比冰成核區(qū)更少的冰形成。通常，無源除冰結(jié)構(gòu)可包括冰成核區(qū)和抗冰區(qū)的圖案。

無源除冰結(jié)構(gòu)、冰成核區(qū)和/或抗冰區(qū)可形成在當(dāng)表面經(jīng)受剪切力時(shí)有助于表面除冰的位置處和/或形成為當(dāng)表面經(jīng)受剪切力時(shí)有助于表面除冰的布置。例如，通過在表面粘附、暴露和/或形成成核顆粒從而涂覆和/或精修表面來形成冰成核區(qū)。例如，通過在基本上沒有成核顆粒的情況下進(jìn)行涂覆，形成抗冰區(qū)。

用無源除冰結(jié)構(gòu)將設(shè)備除冰可包括在設(shè)備表面上的冰成核區(qū)上形成冰特征，然后使表面經(jīng)受來自流過表面的空氣的剪切力以從設(shè)備上去除冰特征。剪切力可以是例如在飛行期間遭遇的空氣的力。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種航空器，該航空器包括：主體，其包括具有前緣和暴露表面的動(dòng)力學(xué)部件，其中，所述暴露表面被暴露于大氣；其中，所述暴露表面包括無源除冰結(jié)構(gòu)。所述無源除冰結(jié)構(gòu)包括：冰成核區(qū)，其以基本上平行于所述前緣取向的伸長方向伸長并且被構(gòu)造成致使在所述冰成核區(qū)上形成冰；和抗冰區(qū)，其以基本上平行于所述前緣取向的伸長方向伸長；其中，所述抗冰區(qū)通過所述冰成核區(qū)而與所述前緣分開；其中，所述冰成核區(qū)的可潤濕性大于所述抗冰區(qū)的可潤濕性。

有利地，所述成核區(qū)包括被構(gòu)造成在所述無源除冰結(jié)構(gòu)上為雜亂的冰成核的成核顆粒。