[發明專利]防冰裝置和方法

有效

• 申請號: 201610879717.7
• 申請日: 2016-10-08
• 公開（公告）號: CN107010226B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 弗朗西斯科·喬斯·雷東多卡拉塞多;丹尼爾·馬爾多納多-弗里德曼;伊爾瑪·維拉爾伊圖爾韋
• 申請（專利權）人: 空中客車防務和空間公司
• 主分類號: B64D15/12
• 分類號: B64D15/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 潘煒;張偉

本發明提供了一種用于具有復合層(10)的飛行器表面的防冰裝置，該裝置包括構造成位于復合層(10)的外部面處并且適于通過電磁感應來加熱的導電材料層(12)。該裝置包括：周向單相繞組(1)，其構造成對圍繞導電層(12)的界定區域的邊緣進行加熱；內單相或多相繞組(2、3)，其用于對周向單相繞組(1)的界定區域的內部進行加熱；以及控制單元，其用于獨立地控制外繞組(1)和內繞組，所述控制單元適于連續地操作外繞組(1)以避免在界定區域的邊緣中結冰并且還適于在界定區域內所結的冰必須被除去時操作內繞組(2、3)。

技術領域

本發明涉及借助于電磁感應對復合板進行加熱。本發明的應用意在用于受結冰影響的飛行器空氣動力表面比如機翼、引擎機艙、HTP(水平安定面)、螺旋槳、轉子葉片、雷達罩等的防冰處理。

背景技術

當暴露于結冰環境時，可能在飛行器的各種空氣動力表面處發生結冰。空氣動力表面上積冰會改變該空氣動力表面周圍的空氣動力場，從而可能導致對飛行器的性能的不利影響，或者積冰脫落后可能會碰撞及損壞飛行器的其他部分。

為了防止或減少結冰，已開發出若干防冰裝置和方法。當處理防冰系統時，有兩種不同的方法：允許冰形成至一定程度并且之后將其移除(除冰)或者一開始就避免發生任何結冰(防冰)。

最常見的防冰系統是基于通過從發動機壓縮機排出的熱空氣來對空氣動力表面的內部面進行加熱從而使外表面通過經由材料的傳導而被加熱的防冰系統。這些類型的系統具有較低的總效率。在復合材料的使用漸增的現代化飛行器中，該系統證明為：在對由碳纖維增強聚合物(CFRP)制成的空氣動力表面加熱時效率非常低，這是由于該材料的導熱性差的原因。此外，CFRP層壓件的溫度值被限制成比金屬材料的溫度值低得多。

存在飛行器空氣動力表面的防冰的替代方案。系統可以基于外表面特性的修改通過下述方式來避免結冰：通過在金屬部件上進行納米級粗糙度的改進或者通過在金屬部件上沉積浸漬在粘合劑中的不同產品。另一組采用借助于空氣系統或相似的系統對空氣動力表面直接加熱，但是在新發展技術中的很大一部分采用通過焦耳效應與或多或少的常規系統相結合進行加熱的變體，其借助于電熱作用或甚至使用碳納米管來根據需要以交流(AC)或直流(DC)電流進行加熱。

另一替代方案是通過電磁感應對空氣動力表面進行加熱：在導電材料中形成渦流，并且隨后通過焦耳效應加熱該材料。該方法已被研究用于與渦輪機的金屬部件以及復合材料一起使用。

利用電磁感應的問題在于：為了產生渦流，需要導電材料(例如金屬)的薄層，這不是由CFRP制成的層壓件的特征。此外，需要特定的繞組分布來在導電層上感應出電流以使得導電層上的電流均勻分布并且在每個區域中都達到加熱目標。

基于加熱的防冰系統的目的是使空氣動力表面的外層的溫度增加至阻礙結冰的溫度。

當試圖通過電磁感應加熱CFRP結構時，碳纖維和聚合物基體的較差的電性能不允許在該材料內形成強渦流；因此，在該材料中產生的熱量很少或根本沒有產生熱量。

發明內容

本發明的防冰裝置對象適于具有復合層的飛行器表面。該裝置包括構造成位于復合層的外部面處并且適于通過電磁感應來加熱的導電材料層。設想的是，該外部面為在CFRP層或CFRP板位于其最終位置時更靠近飛行器表面的外部的面。

該裝置包括：

-周向單相繞組，該周向單相繞組構造成對圍繞導電層的界定區域的邊緣進行加熱；

-內單相或多相繞組，該內單相或多相繞組構造成對導電層的界定區域的由周向單相繞組限定的內部進行加熱；

-控制單元，該控制單元用于獨立地控制周向單相繞組和內單相或多相繞組，所述控制單元配置成使得控制單元連續地操作周向單相繞組以避免在界定區域的邊緣中結冰并且當界定區域內所結的冰必須被除去時所述控制單元操作內單相或多相繞組。