專利名稱:前緣表面除冰的方法與裝置的制作方法
本發(fā)明涉及前緣表面除冰的方法與裝置。準(zhǔn)確地說，本發(fā)明與飛機(jī)前緣表面，如機(jī)翼、支柱、安定面及螺旋漿的除冰有關(guān)。具體地說，本發(fā)明涉及用于前緣表面的靠壓縮空氣驅(qū)動的除冰器。
自從有了動力推動的飛行術(shù)，出現(xiàn)飛機(jī)以來，在某些飛行情況下，總要擔(dān)心飛機(jī)的零件表面，如機(jī)翼和支柱的表面產(chǎn)生積冰。積冰現(xiàn)象若不加制止，可能發(fā)生飛機(jī)因積冰的附加重量而過載及因改變了機(jī)翼的翼面形狀，而突然發(fā)生不能飛行的狀況。研究克服在飛行的情況下積冰的方法，已經(jīng)持續(xù)了一段時間，并獲得了三種接近于解決積冰的方法，其除冰的方法眾所周知。
在一種前緣除冰的形式中，飛機(jī)部件的前緣表面堆積了冰，被流過飛機(jī)的空氣沖擊，而有的部位氣流是靜止的，用加熱的方法消除積冰與飛機(jī)零件之間的粘附力。一旦失去粘附力，通常冰則被流過飛機(jī)的氣流從飛機(jī)部件上吹走。加熱前緣的兩種方法已受歡迎。一種方法是加熱元件放在飛機(jī)零件的前緣區(qū)域，并用貼附在前緣的橡膠保護(hù)罩罩著，或是加熱元件與飛機(jī)零件的表層結(jié)構(gòu)合成一體。所說的加熱元件，通常是用電能加熱，電源由一個或多個飛機(jī)發(fā)動機(jī)驅(qū)動而供電。通常通過通電、斷電以提供足夠的熱量以熔化積冰。一般非常小的飛機(jī)是由一個或兩個發(fā)動機(jī)驅(qū)動的，這樣就不能提供足夠的電能用來除冰。
另一種加熱方式是采用渦輪發(fā)動機(jī)的一級或多級壓縮而升高氣體的溫度并使它循環(huán)地通過前緣零件如機(jī)翼和支柱，可有效地除冰或防止積冰。在由渦輪發(fā)動機(jī)驅(qū)動的飛行上使用上述的方法，就是通常所說的從壓氣機(jī)中引氣，或是利用飛機(jī)渦輪機(jī)的旁通蒸汽，結(jié)果使渦輪發(fā)動機(jī)的燃料消耗增加，動力輸出降低。
在特殊的情況下，化學(xué)制品用于飛機(jī)的所有的或部分的表面上，以減小冰對飛機(jī)的粘附力或是降低聚集在飛機(jī)表面上的水的冰點(diǎn)。
此外，通常除冰還使用機(jī)械除冰方法。在主要的能大量使用的機(jī)械除冰設(shè)備中，氣動除冰，即在飛機(jī)的機(jī)翼或支柱零件的前緣區(qū)域布滿多個可膨脹的象管子一樣的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)能被輸入加壓流體。加壓的流體一般是空氣。當(dāng)充氣時，管狀結(jié)構(gòu)能擴(kuò)脹機(jī)翼或支柱的前緣表面的形狀，而破裂開聚積在上面的冰，使其散落到流過飛機(jī)零件上的氣流中。一般這種象管子一樣的結(jié)構(gòu)牢固而平行地沿飛機(jī)部件的前緣表面布置。對于翼面如機(jī)翼和安定面，這些管子結(jié)構(gòu)可以延伸到翼面的整個寬度。常常有多個管子結(jié)構(gòu)位于機(jī)翼或支柱上，并且是平行于機(jī)翼或支柱的前緣，按翼弦方向排列，順序地離開前緣。這些管可除去翼面或支柱前緣表面上的積冰。
通常，氣動除冰器是由類似橡膠或有可靠彈性的混合物構(gòu)成。一般構(gòu)成除冰器的管子的材料能膨脹或延伸40%或更多。當(dāng)充氣循環(huán)時能使除冰器的外形(及前緣)顯著地變化，借此破裂開前緣表面上的積冰。至少在需要大量充氣獲得高膨脹的管子部分，通常所要求的充氣時間平均大約在2至6秒之間。
通常構(gòu)成這些常規(guī)的氣動除冰器的橡膠或類似橡膠的材料，具有的彈性模數(shù)大約為6900KPa。作為眾所周知的冰，它所具有的彈性模數(shù)使積冰在支承冰的積聚表面上變化較小。據(jù)報導(dǎo)，冰的彈性模數(shù)是不同的，大約在275，000KPa至3，450，000KPa之間。然而，用于常規(guī)的除冰器上的橡膠混合物的彈性模數(shù)，明顯地不同于所涉及的積冰的彈性模數(shù)，當(dāng)除冰器充氣作用時，這些混合物產(chǎn)生很大的膨脹，從而破裂開即脹裂其上面的積冰。隨之，積冰被沖擊性的氣流吹掃掉。
冰在堆積過程為適應(yīng)支承積冰表面的局部變化，所以只能是比較緩慢地進(jìn)行。冰的積聚要適應(yīng)于支承表面的外形變化現(xiàn)象，在某些方面與熱塑材料的冷變形相類似。冰積聚時遇到非常迅速而較小的變形，冰層不能適應(yīng)于這種迅速的變化，而象錘擊一樣地破碎。新近，已經(jīng)揭示出，如美國專利US3，549，946所公開的，機(jī)翼或安定面的前緣采用電動機(jī)械的錘擊，它有助于除去前緣表面上的積冰。但是一段時間以來的事實(shí)表明，由于前緣表面對錘擊所產(chǎn)生的應(yīng)力疲勞敏感，阻礙了這種電動機(jī)械錘擊方法的廣泛發(fā)展。
一種前緣除冰裝置，它既不采用電熱除冰器，也不采用氣動除冰器-該裝置在整個充氣階段的膨脹時期能顯著地改變前緣外形，因此這種有效控制前緣的操作裝置能真正地用于工業(yè)中。另外該裝置不會產(chǎn)生象電動機(jī)械錘擊那樣去損害那些可長時期使用的結(jié)構(gòu)，所以此種除冰裝置能得到工業(yè)上的應(yīng)用。
本發(fā)明提供一種方法，用來去除表面上的積冰，特別是前緣表面上的積冰。該方法是在高模數(shù)材料的表面上積冰。根據(jù)該方法，在外表面的下面有一個具有一定大小、位置和物理形狀的變形裝置，該裝置用于表面變形，在驅(qū)動作用下在外表面的大部分產(chǎn)生弦向變形。變形裝置被定期地驅(qū)動到足以產(chǎn)生所需要的周期變形及外表面的弦向變形，這些足以使其上堆積或形成的冰層分裂。而完成充分變形作用所用的時間不超過大約0.25秒，比較好的小于大約0.1秒，最好的不超過0.05秒。最好，變形裝置是一個充氣的裝置;最好，加壓裝置是由壓力流體驅(qū)動;最好的加壓氣體是空氣。然而，其它的變形裝置也能作為本發(fā)明方法的實(shí)施，如，用機(jī)械升降變形結(jié)構(gòu)對外表面加壓和彎曲，以改變原先的表面形狀。
最好，外表面產(chǎn)生的變形是在十分短的時間內(nèi)產(chǎn)生，通常是100毫秒或更少，而最好的是小于50毫秒。最好，產(chǎn)生的變形不超過大約0.5厘米，而更可取的是不超過大約0.25厘米，按照本發(fā)明的一種表面除冰裝置，如用于前緣表面的除冰，通常有一外表面，用具有相當(dāng)高的彈性模數(shù)的材料制成，讓冰堆積在該表面上。最好，該彈性模數(shù)至少為275，000KPa，而最可取的是材料的彈性模數(shù)至少與堆積在除冰器表面上的冰的彈性模數(shù)一樣大。
該裝置至少包括一個有一定大小、位置和物理形狀的變形裝置，由于變形裝置的作用，使得除冰器的外表面弦向變形。最好，變形裝置是一種能擴(kuò)張的管狀零件，位于外表面的下面，并用壓力流體加壓。最好，這種流體是加壓的氣體。
該裝置還包括一種裝置，用以控制變形裝置完成外表面變形的作用，當(dāng)與充氣裝置合用而產(chǎn)生變形時，這個控制裝置設(shè)置一個給充氣膨脹部件充氣的裝置，充氣膨脹時間不超過0.25秒，最好不超過大約100毫秒，而最可取的是不超過大約50毫秒。此處所指的變形裝置通常是可膨脹的部件。裝置也包括一個裝置，用于變形裝置的排氣，它緊接在充氣之后進(jìn)行。
在最佳的實(shí)施例中，變形裝置是能膨脹的。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括一種用以防止充氣膨脹管狀部件過量加壓裝置，以便獲得所希望的變形和外表面的弦向變形。此種氣流過量保護(hù)裝置，通常是個儲氣筒，與壓力氣源連接，儲氣筒具有特定的容量，因此從儲氣筒排出的氣體進(jìn)入管狀部件內(nèi)，能使其膨脹到所要求的程度。通常本例變形裝置的膨脹部件得到膨脹加壓是線圈操縱的控制閥，最好，儲氣筒與變形裝置組合在一起。
本發(fā)明最佳實(shí)施例用的壓縮氣體可由低壓氣體源獲得，該低壓氣體源是通過增壓器安裝在飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)上的壓縮機(jī)。通常此種增加器包括兩個活塞面，其中一個活塞面比另一個活塞面小。低壓氣源與比較小的活塞面連接，由于活塞的運(yùn)動，使與較大活塞面相連的腔排氣。增加器裝有換向裝置提升閥，當(dāng)大活塞室空氣排空時，低壓氣源與大活塞室接通，從而使活塞向相反的方向運(yùn)動，使與較小活塞面相連的室內(nèi)氣體受到壓縮。當(dāng)達(dá)到所要求的壓縮程度，提升閥再次移動，從而使大活塞室再次排氣，而低壓氣體又進(jìn)入小活塞室。
下面將對本發(fā)明的最佳實(shí)施例及附圖進(jìn)行描述，這樣會更加清楚本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)。
圖1是按照本發(fā)明的除冰器側(cè)面剖視圖。
圖2是按照本發(fā)明的除冰器控制示意圖。
圖3是適用于本發(fā)明實(shí)施例的氣動增壓器的全剖視圖。
圖4是適用于本發(fā)明實(shí)施的噴射器及控制操作排放閥的剖視圖。
圖5是按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的除冰器剖面圖。
本發(fā)明提供一種用于前緣表面除冰的方法和裝置。所謂的除冰是指在前緣上形成冰層之后將其除去。所謂的前緣是指一種結(jié)構(gòu)表面，在結(jié)構(gòu)受到氣流沖撞時能起相當(dāng)大的均衡作用。例如，機(jī)翼、安定面、支柱，發(fā)動機(jī)艙的前方邊緣部位以及在飛行中，飛機(jī)被氣流首先撞擊的外殼和突出的部位。
參閱附圖，圖1所示的是按照本發(fā)明的前緣除冰器10。
除冰器10包括一外表面層12，即外殼，由剛性材料制成，如塑料或金屬，具有相當(dāng)高的彈性模數(shù)，即楊氏模數(shù)，其值至少為40，000KPa。最好，彈性模數(shù)至少與在前緣上積冰的彈性模數(shù)一樣大，而至少應(yīng)為275，000KPa?？梢韵嘈?，最佳實(shí)施例的彈性模數(shù)可達(dá)到大約7，500，000KPa或更大。
較上面的中間層14和較下面的中間層16均位于外殼12的下面。通常這些中間層14，16是織物材料，其中一個表面上涂覆以橡膠混合物。比較上面的中間層14，其上涂覆橡膠的表面朝向外殼12并粘附于外殼12上。較下面的中間層16的橡膠混合物，是涂覆在背離外殼12的那一面上的。因此在中間層14與中間層16之間的織物共同形成一個空間18。
中間層14，16可以用任何一種合適的或常規(guī)性能的織物。比較好的是用人造絲、聚酯、尼龍或丙烯酸系纖維織成的織物。所用的橡膠混合物可以是任何具有合適的或常規(guī)性能的如天然橡膠、丁苯橡膠或氯丁橡膠，它們適用于粘附于除冰器10的外殼12或其它結(jié)構(gòu)零件上。在橡膠混合物的技術(shù)領(lǐng)域：
里，這些合適的橡膠是公知的。
中間層14、16的機(jī)械連接法可采用熱封、化學(xué)粘合、粘結(jié)膠連接，或如附圖所示的，至少在除冰器的一個后緣20的19處采用壓合。
膨脹部件24和粘合層26采用粘合劑，用硫化法粘合于較低中間層16的橡膠混合物上面，或是用其它合適的和一般方法固定于比較低的中間層16上。通常粘合層26由橡膠或類橡膠材料構(gòu)成，適合于粘合在飛機(jī)的外殼上。在技術(shù)上，此種混合物是眾所周知的。影響選擇混合物的因素有許多，包括與安裝除冰器的飛機(jī)外殼的性能，相對的成本大小以及天然和合成橡膠的有效工作時間。在橡膠技術(shù)領(lǐng)域：
中，影響選擇和粘合層材料的因素也是眾所周知的。氯丁橡膠如聚氯丁二烯橡膠(杜邦)和丁腈橡膠都是粘合層的較好材料。
膨脹部件24為一管狀的結(jié)構(gòu)，一般延伸到除冰器的長度范圍，并且象中間層14，16一樣由織物材料制成，其一面涂覆以橡膠混合物。形成的管狀件24其涂覆橡膠混合物的面為離其中心朝外表面，從而在管狀件24的內(nèi)部形成一個膨脹腔28。充氣管30用以傳輸流體，以合適的或一般的方法與膨脹腔28連接。隙間管子31用以傳輸流體，與隙間的空間18連接，依此，與真空源接通，隙間的空間18可被抽空。
在附圖1上所示的僅僅是單個膨脹件24，應(yīng)該理解為可以在外殼12的下面裝多個膨脹件，當(dāng)它們膨脹時，能導(dǎo)至外殼的變形。膨脹件24具有一定的大小，形狀，并能在充氣時達(dá)到所要求的壓力，一般大約為69至276KPa之間。這時膨脹件上的外殼的伸展變形應(yīng)大約不大于0.5厘米，而最好是大約不大于0.25厘米。實(shí)際上所需要的變形是隨著前緣10的實(shí)際外形以及在其上面積冰的狀態(tài)不同而變化。一般要求此變形的范圍在0.1至0.35厘米之間。外殼的變形是基于管狀件24的膨脹，這種變形發(fā)生在弦向，即如圖1所示的外殼12上的弧線35。而這種變形及伴隨發(fā)生的弦向變形使冰層與外殼的接觸表面產(chǎn)生應(yīng)力，從而破壞冰與殼體之間的粘結(jié)力，并必然導(dǎo)至冰層的斷裂。可以確信，附在外殼上的冰層其延伸能力不如外殼。
整個除冰器10是用合適的或公知的方法粘合于飛機(jī)的外殼上，而通常使用的粘合劑如“3M部號碼為1300L”
(3M part mumber 1300L)。
間斷的區(qū)域37，38用以保證除冰器有均勻、光滑的輪廓。
弧線35所示的弦向變形，在除冰器外殼12上產(chǎn)生非常有限的拉伸運(yùn)動。其所以是有限的拉伸，而不象傳統(tǒng)的氣力除冰器，是因?yàn)橥鈿ぞ哂懈叩膹椥阅?shù)。就涂覆橡膠的中間層14，16和粘合層26而言，考慮到高的模數(shù)不是重要的，而通常定為低的模數(shù)?？紤]到模數(shù)僅對于外殼12是重要的，就定為高的模數(shù)，因此，外殼是用高的模數(shù)材料制成，其極限伸長大約大于3%，而最好是大約大于5%。所謂彈性是指經(jīng)受住變形而不產(chǎn)生永久性尺寸或形狀改變的能力。當(dāng)發(fā)生外殼弦向變形，即外殼12受到了工作伸長，這種工作伸長應(yīng)該小于構(gòu)成除冰器外表面的外殼12材料固有的極限伸長，否則外殼12可能發(fā)生過早斷裂。工作伸長也應(yīng)該小于材料的疲勞變形。疲勞變形是指頻繁的變形使材料產(chǎn)生疲勞斷裂。
外殼12可由合適的或常規(guī)的材料如金屬或塑料制成。退火的薄不銹鋼板和退火的鈦鋼薄板可用作本發(fā)明實(shí)施例的外殼12的材料。所謂的薄對于金屬材料來說是指0.00254至大約0.0254厘米;而對于非金屬材料來說是0.008至0.0508厘米。同樣，具有高彈性模數(shù)和合適的伸長極限的塑料也可作為外殼材料。尤其是本發(fā)明實(shí)施選用的一種塑料為聚醚酮(peek)可從英國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)買到。其它合適的或一般的塑料如聚碳酸酯，乙縮醛，尼龍、聚酯、聚氟乙烯、聚乙烯以及類似的塑料均可用作符合本發(fā)明的實(shí)施材料。此類材料的伸長極限應(yīng)該大約大于3%，最好，大約大于5%;而彈性模數(shù)即楊氏模數(shù)至少大約為40，000KPa，最好至少大約為275，000KPa，還可高達(dá)大約7，500，000KPa或更大。聚合材料的利用超過金屬，其原因可能在于冰附著在聚合材料的可能性較小。
顯然，參閱圖1可以采用與膨脹件24不同的變形裝置使外殼12表面變形，一種驅(qū)動的棒可以用來代替膨脹零件24，它使用一種升降機(jī)械改變外殼12的形狀。此種升降機(jī)械是用一種類似凸輪機(jī)構(gòu)或是流體驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動如普通的液壓升降機(jī)。
圖5所示的是本發(fā)明的另一種最佳實(shí)施例。其特征是除冰器10裝有具有高彈性模數(shù)的外殼12，外殼12附在剛性機(jī)翼120上，其中形成多個溝槽122。剛性機(jī)翼120包括多個觸點(diǎn)123，當(dāng)外殼12作為機(jī)翼120的前緣時，這些觸點(diǎn)用以支承外殼12以阻止由于遭到空氣壓力而造成扭曲。
溝槽122內(nèi)充以抗結(jié)冰的低比重流體，如用酒精。間歇地使溝槽122內(nèi)的液體受到壓力，有效地施壓于溝槽，從而使外殼12向外產(chǎn)生輕微的變形，然后解除低比重液體所受的壓力，外殼12的變形也隨之消除。
剛性機(jī)翼可用合適的或常規(guī)的材料構(gòu)成，如金屬或是用合適的或常規(guī)的強(qiáng)化的復(fù)合材料。外殼可用退火的不銹鋼薄板或鈦鋼薄板，也可以用如聚醚酮塑料(Peek)。最后，描述接觸點(diǎn)123，如圖5所示(或點(diǎn)接觸或線接觸)或是可以有較寬的平直部分用以支承外殼12。溝槽和觸點(diǎn)的特定結(jié)構(gòu)將部分地取決于剛性機(jī)翼120和外殼12所選擇的材料。代替向溝槽122內(nèi)的流體進(jìn)行急劇增壓，在另一個實(shí)施例里，沿著溝槽122的縱向由流體引入流體壓力脈沖，在脈沖通過時，這種脈沖可有效地使外殼12產(chǎn)生瞬時的變形。這種瞬時脈沖可由與溝槽122相連接的用偏心輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動的簡單柱塞產(chǎn)生。另一種方法是采用由定時器控制電磁線圈借此由高容量機(jī)械泵發(fā)生脈沖。脈沖作用的時間間隔應(yīng)小于0.5秒，比較好的是小于100毫秒，最佳是小于50毫秒，以使高模數(shù)的相對剛性外殼12產(chǎn)生所要求的除冰效果，如圖5所示。
任何一種外殼12的變形裝置，其作用迅速是重要的。要求外殼12在大約0.25秒之內(nèi)產(chǎn)生變形，以保證有效地除去0.6厘米厚的冰層或是更小厚度的冰層，如0.05厘米厚的冰層。很少遇到大于0.6厘米厚的冰層，即使遇上，使用本發(fā)明的除冰器也可以很容易將其除去。最好，變形發(fā)生在大約100毫秒內(nèi)，最佳的是在50毫秒內(nèi)完成。這樣快速的變形在于能有效地作用摧毀冰層，使冰層脫離外殼12，而不給積冰適應(yīng)外殼12表面形狀變化的機(jī)會。值得注意的是，作用時間超過大約1秒，會導(dǎo)至不能完全地除去外殼12上的積冰，并導(dǎo)至不利于除冰器的操作。
如果變形裝置是一個機(jī)械裝置，相應(yīng)的快速變形可以較容易達(dá)到，如使用凸輪機(jī)構(gòu)或短沖程的液壓驅(qū)動裝置向外壓外殼12。如果除冰器10包括一管狀件24，如圖1所示，可用充入壓力流體使其膨脹。如果所用的流體是液體，裝置應(yīng)具有能在比較短的時間內(nèi)將較大量的壓力流體壓入的能力，從而保證在規(guī)定的時間內(nèi)膨脹。如果膨脹件24是靠壓縮空氣膨脹，需要一種氣源能在相當(dāng)大的壓力下將氣體壓入除冰器，以便產(chǎn)生實(shí)際的迅速膨脹。
然而，引入的流體如空氣，因是在升壓的情況下進(jìn)入管狀件24內(nèi)，若不加控制會導(dǎo)至除冰器的超加壓，其結(jié)果會損害前緣的結(jié)構(gòu)。于是按照本發(fā)明的除冰器，最好是包括一種裝置用以限制或控制加壓范圍，以便在其壓力范圍內(nèi)使外殼產(chǎn)生變形。
對于凸輪機(jī)構(gòu)或液壓升降機(jī)能夠滿足除冰器對限制變形的需要，這是眾所周知的。對于由液體膨脹的管狀件24，體積或壓力限制器能產(chǎn)生滿足要求的作用。對于由氣體膨脹的管狀件24，需要一種裝置，該裝置用于儲存壓力氣體，即具有實(shí)際容量的儲氣筒，當(dāng)儲氣筒排放時可以仔細(xì)地確定排入膨脹件的空氣量，使其剛好產(chǎn)生所要求的膨脹，使得外殼12的變形及弦向變形達(dá)到所要求的范圍。
同樣地，一種設(shè)備或裝置是需要的，它用以可靠地保證將任何此種儲氣筒的氣體很快速和充足地充入除冰器。參閱附圖，圖4所示的控制操作閥50，它包括儲氣筒52，帶有一個有一定尺寸的內(nèi)腔53，用以儲存適當(dāng)?shù)膲毫諝猓员銓毫諝庖牍軤罴?4內(nèi)，如圖1所示。儲氣筒有一入口54，它包括一個小孔，使空氣以較慢的速度在儲氣筒內(nèi)形成壓力。控制座56用以打開進(jìn)入室53的通道。控制座56裝在軸57上，軸上有壓力彈簧58。軸57由電磁線圈59驅(qū)動。由于電磁線圈的作用，控制座56朝著儲氣筒腔53的方向移動，從而使壓力彈簧受壓。由于電磁線圈59斷電，壓力彈簧58彈回，使控制座56返回到關(guān)閉的位置。
在控制座56的外面套有主閥座61，它由活塞62帶動。緊挨著活塞62有空腔63，而活塞62由壓力彈簧64所帶動。與主閥活塞空腔63相通的通氣道66也與控制閥座56相通，因此開啟控制閥座56，來自內(nèi)腔53的高壓空氣可以進(jìn)入空腔63。
進(jìn)入空腔63的壓力空氣，在活塞62上受壓的面積大于閥座61上的受壓面積時，開啟閥座61，并允許儲氣筒內(nèi)腔53的空氣排出。當(dāng)儲氣筒內(nèi)腔53的壓力下降時，由于彈簧64的作用使得主閥座返回到關(guān)閉的位置。
閥50包括一個噴射口69和一個真空通道70。噴射口69用合適的或常規(guī)的方法設(shè)計，而真空通道70至少要與一個排氣口67連接。真空通道70用作排氣道71和噴射口69之間的空氣輸送的連接通道，這樣排氣口67可被抽真空。當(dāng)控制閥和主閥座關(guān)閉，這期間，以比較低的氣源作用于噴射口69，那么排氣口以及管狀膨脹件24均可被抽真空，如附圖1所示。圖1所示的隙間管31能實(shí)現(xiàn)上述情況，它與真空通道70相連，從而隙間管31和圖1所示的空間18內(nèi)的空氣被抽空。它們之間的連接可用合適的或常規(guī)的公知的管道裝置連接。
當(dāng)儲氣室53迅速排氣時，圖4中的小孔55能防止在儲氣室53中再建壓力及閥座56、61關(guān)閉。
參閱附圖，圖2所示的是系統(tǒng)80示意圖，是用于按照本發(fā)明的飛機(jī)機(jī)翼、水平安定面的除冰系統(tǒng)80，包括一個低壓氣源81如壓縮機(jī)或引自噴氣式渦輪發(fā)動機(jī)。氣源81與調(diào)節(jié)器82、83連接，以保證低壓氣源供氣壓力的穩(wěn)定。調(diào)節(jié)器83用以向噴射口69提供低壓空氣，如圖4所示。
調(diào)節(jié)器82為增壓器84提供一恒定的低壓空氣源。增壓器84把來自低壓氣源81的空氣升壓到需要的壓力。儲氣筒85用以儲存高壓空氣。儲氣筒85可用合適的或常規(guī)的金屬材料制成或是使用高強(qiáng)度的織物如(KEVLARR)，可從“杜邦”買到。所謂低的壓力是指提供的壓力大約在7至700KPa之間。所謂的高壓是指壓力大約在700至12，000KPa。
主儲氣筒85內(nèi)的高壓空氣用合適的管道86與和控制閥相關(guān)的儲氣筒連接，如圖4所示的儲氣筒52。使用如圖4所示的控制操作閥50，將從儲氣筒來的高壓空氣分別通到帶有膨脹件24的機(jī)翼和安定面的除冰器87、88、89，如圖1所示。
控制裝置90用以控制與控制操作閥50相連的電磁線圈59的開啟，從而能定期地將高壓空氣排入除冰器87、88、89的膨脹件24內(nèi)。最好控制裝置90的一個部分能對真空調(diào)節(jié)閥83向控制操作閥50的噴射口69輸送的空氣作定時定量地控制。這種控制可用公知的方法實(shí)現(xiàn)。
圖2所示的系統(tǒng)80僅僅是一個例子，應(yīng)該理解它可以有各種改進(jìn)和各種方案，以適用于特定的除冰器和各種各樣的閥。更詳細(xì)地說，低壓空氣源可以用高壓空氣源代替，如用壓縮機(jī)或儲氣瓶(未示出)，這樣增壓器就成為多余的。同樣，真空調(diào)節(jié)器83和調(diào)節(jié)器82可以組成供低壓空氣的單一體，用以產(chǎn)生真空和增壓。
如圖2所示的增壓器84，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。參閱圖8，增壓器84包括一個活塞92、其一端有大的表面93、而另一端有小的表面94，并在大活塞腔95和小活塞腔96內(nèi)運(yùn)動。從進(jìn)口98到小活塞腔96處有進(jìn)口抑制閥99。從小活塞腔96到出口100處有一出口抑制閥101。
有一個設(shè)置通道106的往復(fù)式提升閥105。往復(fù)式提升閥105沿著活塞軸向運(yùn)動，用以使通道106或與排氣口通道107，或與入口108相通。
壓力彈簧109用以使提升閥105復(fù)位。當(dāng)活塞92運(yùn)動時，由活塞92的軸端部分110作用壓力彈簧109，彈簧109受壓產(chǎn)生反力施加于提升閥105，使其返回到通道106對準(zhǔn)排氣口107的位置。提升閥105的定位銷111是用以抑制彈簧109的作用，當(dāng)活塞92到達(dá)所要求的位置時制動活塞。
在操作中，入口98處供以低壓空氣并充滿小活塞空腔96、然后驅(qū)動活塞直到大活塞93碰到提升閥105、并且引導(dǎo)提升閥105使通道106對準(zhǔn)入口108。隨之，低壓空氣作用于大活塞腔95，并以一個方向驅(qū)動活塞，使小活塞腔內(nèi)的氣體受到壓縮，從而使得壓縮氣體從出口100排出。隨著壓力的提高，活塞的軸端部110加壓縮壓力彈簧109，并以足夠的力量克服定位銷111的制動作用，使得通道106對準(zhǔn)排氣口107，以便進(jìn)行下一個循環(huán)操作。
增壓器84和控制閥50，通常用輕質(zhì)材料制成，如用鋁。增壓器84的幾個部分如密封面以及控制閥50，可以用機(jī)械加工性能好的材料，如重量輕的塑料。
對最佳的實(shí)施例已做了詳細(xì)的描述。很顯然，在不超出上述的權(quán)利要求
的范圍內(nèi)，還可以做許多的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種表面積冰的除冰方法、它包括下列步驟在表面上提供一層具有相當(dāng)高彈性模數(shù)的外表面，冰則堆積在該外表面上，在外表面的下面至少有一個有一定大小、位置和物理形狀的裝置，用以使外表面變形、并基本上產(chǎn)生弦向變形，定期地驅(qū)動該裝置，使得外表面定期地產(chǎn)生符合要求的變形及弦向變形，足以分裂外表面上的積冰，完成驅(qū)動的時間不超過0.25秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，所說的裝置對外表面不產(chǎn)生象機(jī)械錘那樣的沖擊作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，所說的裝置有一個膨脹件或是一個機(jī)械升降機(jī)構(gòu)。
4.一種前緣表面積冰的除冰方法，它包括下列步驟在前緣表面提供一層有相當(dāng)高彈性模數(shù)的外表面，冰則堆積在該外表面上，在外表面的下面至少有一個有一定大小、位置和形狀的柔軟且有相當(dāng)大彈性的可膨脹裝置，由可膨脹裝置的膨脹使外表面產(chǎn)生變形，并基本上產(chǎn)生弦向變形，定期地膨脹和收縮可膨脹裝置，膨脹足以使外表面產(chǎn)生符合要求的變形和弦向變形，足以分裂外表面上的積冰，完成膨脹的時間不超過0.25秒，使用的壓力流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，包括這樣的步驟，即可靠地控制外表面變形及其弦向變形的程度。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，完成膨脹的時間不超過100毫秒。
7.一種飛機(jī)的前緣表面積冰的除冰方法，它包括下列步驟在前緣表面提供一層相當(dāng)高彈性模數(shù)的外表面，冰則堆積在該外表面上，構(gòu)成該外表面材料的楊氏模數(shù)至少為40，000KPa，在外表面的下面至少有一個有一定大小、位置和形狀的氣動膨脹管，管子膨脹使外表面產(chǎn)生變形，并基本上產(chǎn)生弦向變形，而該外表面的延伸率不大于構(gòu)成該外表面材料的極限延伸系數(shù)，定期地膨脹和收縮膨脹管，足以使外表面產(chǎn)生符合要求的變形和弦向變形，以使外表面上的積冰分裂，完成膨脹的時間不超過0.25秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，完成膨脹的時間不超過100毫秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，包括這樣的步驟，即可靠地控制外表面變形和弦向變形的程度。
10.前緣表面積冰的除冰裝置，它包括前緣的外表面由相當(dāng)高彈性模數(shù)的材料構(gòu)成，冰則堆積在該表面上，在外表面的下面至少有一個有一定大小、位置和物理形狀的變形裝置，由于該裝置受驅(qū)動，在0.25秒內(nèi)達(dá)到除冰所要求的外表面變形和弦向變形，一種驅(qū)動裝置，用以控制變形裝置完成外表面所要求的變形。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的裝置，變形裝置是一種可膨脹件或是一種機(jī)械升降機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的裝置，變形裝置對外表面不產(chǎn)生象錘子那樣的沖擊作用。
13.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的裝置、完成符合要求的變形時間不超過100毫秒。
14.前緣表面積冰的除冰裝置，包括前緣的外表面由相當(dāng)高彈性模數(shù)的材料構(gòu)成，冰則堆積在該外表面上，在外表面的下面至少有一個有一定大小、位置和形狀的可膨脹裝置，由該裝置的膨脹使外表面產(chǎn)生變形，并基本上沿外表面產(chǎn)生弦向變形，一種充壓裝置，它能在0.25秒內(nèi)使用壓力流體膨脹可膨脹裝置使外表面產(chǎn)生符合要求的變形和弦向變形，以分裂在其上面的積冰，和用于使可膨脹裝置收縮的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的裝置，壓力流體是氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，包括一種可靠的控制裝置，用以控制外表面的變形和弦向變形的程度。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的裝置，充壓裝置使可膨脹裝置膨脹的時間不超過100毫秒。
18.一種前緣表面積冰的除冰裝置，包括外表面層用彈性模數(shù)至少大于大約40，000KPa的材料構(gòu)成，在外表面的下面至少有一個有一定大小、位置和形狀的可膨脹管狀件，由于管狀件膨脹產(chǎn)生外表面變形，并基本上沿弦向產(chǎn)生變形，一種充壓裝置，它能在0.25秒內(nèi)用壓力流體膨脹可膨脹裝置，足以產(chǎn)生符合要求的外表面變形和弦向變形，并足以分裂在外表面上的積冰，一種裝置，用以可膨脹另件的收縮;一種控制裝置，用以阻止可膨脹的管狀件過渡膨脹，以保證外表面變形和弦向變形符合要求。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的裝置，其中控制裝置包括一個相當(dāng)大壓力的氣體源，還包括用以儲存相當(dāng)大壓力流體的特定容積的裝置，其中充壓裝置還包括一部件，能將儲存室的流體排入管狀件中，而且從開始排放直到完成，不超過0.25秒。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的裝置，儲氣裝置具有一定大小的空腔，當(dāng)充滿壓力流體并排放到管狀件時，管狀件達(dá)到所要求的膨脹壓力，足以使外表面產(chǎn)生符合要求的變形和弦向變形。
21.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的裝置，充壓裝置是電磁線圈操縱的控制閥。
22.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的裝置，充壓裝置包括一個噴射口，用它將管狀件抽成真空。
23.一種前緣氣動除冰器，它包括外表面至少由一層彈性模數(shù)至少大于大約40，000KPa的材料構(gòu)成，在外表面的下面有一對中間層，是織物材料，其中一面用橡膠混合物涂覆，兩個中間層在其尾部后緣處固定，以此在不涂覆的相對表面間形成一個中間空腔，并構(gòu)成了上中間層和下中間層，上中間層粘合形外表面層，氣動可膨脹的管狀件用織物構(gòu)成，其一面用橡膠混合物涂覆，并形成管子結(jié)構(gòu)，不涂覆的表面構(gòu)成管子的內(nèi)壁，管子粘合于下中間層，一個粘合層與下中間層和管狀件粘合，它由能粘合的材料構(gòu)成，并靠此將除冰器粘在前緣上，至少有一通道，用以把空氣輸送到管狀件，至少有一通道，用以把空氣輸送到中間空腔，有一儲氣筒，用以儲存大量的相當(dāng)大壓力的空氣，用該壓力空氣將管狀件膨脹到所要求的程度，有一控制閥與儲氣筒相連接，并與管狀件通道相連，利用管狀件通道把儲氣筒內(nèi)的壓力空氣輸送到管狀件，有一真空源，至少與一個通道連通，使得至少一管狀件或一中間空腔被抽真空，有一個相當(dāng)大壓力的氣源。
24.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的裝置，相當(dāng)大壓力的氣源是一個增壓器，它包括一對活塞表面，其中一活塞表面比較小，而另一個活塞表面比較大，有一通道把低壓氣體引入與比較小活塞面相連的空腔內(nèi)，一個往復(fù)式提升閥，一個往復(fù)式提升閥的定位銷，至少有一通道，該通道的一部分設(shè)在提升閥上，以便把與比較大活塞表面相連的空腔內(nèi)的氣體排出，另外有一個入口，用以把低壓氣體引入到與比較大活塞表面相連的空腔內(nèi)，還有一個出口，用以把與比較小活塞表面相連的空腔內(nèi)高壓氣體排出。
25.一種控制閥，包括1)一個儲氣室，用以儲存有相當(dāng)大壓力的流體，2)一個小閥座部件，3)一個電磁線圈，用以開啟小閥座部件，而小閥座部件與儲氣室相通，4)一個大的閥座部件，5)一個活塞，用以開啟大閥座部件，小閥座部件插在活塞的中心流體通道中，利用電磁線圈開啟小閥座，來自儲氣室的流體通過上述的中心通道作用于大活塞上表面上，由于大活塞的結(jié)構(gòu)，使得大活塞在流體壓力的作用下移動，從而開啟大閥座，6)一個出口與儲氣室連通，當(dāng)大閥座被開啟時，把壓力流體輸出，7)一個零件，當(dāng)儲氣室內(nèi)的壓力流體排放到符合要求時，能使大閥座復(fù)位，8)一個噴射口，9)一個抽氣口，當(dāng)流體通過噴射口時被抽成真空，10)一個通道用于抽氣口連通出氣口。
26.一種氣體增壓器，包括1)低壓氣體入口，2)一對活塞室，一個活塞室大于另一個活塞室，并與大、小活塞表面相連，3)一個通道用以把低壓氣體輸送到較小的活塞室，4)一個往復(fù)式提升閥，5)一個往復(fù)式提升閥的定位銷，6)排氣通道至少有一通道，在往復(fù)式提升閥的帶動下，把大活塞室的氣體排到增加器的外界，排氣通道在往復(fù)式提升閥的帶動下，通往位于增壓器上方的一個入口，排氣通道靠往復(fù)式提升閥的帶動對準(zhǔn)不同位置的通道，7)有一個第二低壓流體入口，靠往復(fù)式提升閥的運(yùn)動到預(yù)定的位置，將其對準(zhǔn)排氣通道，8)有一個出口;9)在出口與小活塞室之間有一個氣體輸送通道，10)有一個壓力彈簧，用以對往復(fù)式提升閥施壓，并使其移動預(yù)定位置。
專利摘要
一種翼面除冰器和除冰方法。翼面除冰器有一個具有高彈性模數(shù)的外殼；有一個裝置使外殼產(chǎn)生小的變形，并基本上沿外殼弦向變形，且在0.25秒內(nèi)完成。除冰方法是定期地產(chǎn)生變形，并在0.25秒內(nèi)完成，以除去如厚度為0.06厘米的積冰。
文檔編號B64D15/16GK87101760SQ87101760
公開日1987年9月23日 申請日期1987年1月27日
發(fā)明者詹姆斯·A·布里斯科, 詹姆斯·克拉格·普特, 羅納德·威尼·菲利浦斯 申請人:B·F·古德里奇公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan