專利名稱：用于旋翼飛行器的冰管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及冰管理系統(tǒng)領(lǐng)域，并且尤其涉及用于旋轉(zhuǎn)翼飛行器的冰管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
旋翼飛行器具有冰塊累積的弱點，這一弱點并不會在螺旋槳推進的固定翼飛行器上或傳統(tǒng)的直升機上存在。與螺旋槳相比，旋翼螺旋槳的直徑明顯要大，并且旋轉(zhuǎn)更慢，產(chǎn)生了較小的離心力。更高的離心力傾向于使得在螺旋槳葉片上形成的冰脫落，而旋翼螺旋槳較低的離心力使得更多的冰累積在葉片上。而且，旋翼機的升力是由比傳統(tǒng)直升機上的轉(zhuǎn)子組件直徑更小的旋翼螺旋槳來產(chǎn)生的，因此旋翼螺旋槳需要更高效地產(chǎn)生升力。冰的累積會大大降低旋翼螺旋槳的升力效率，而且，由于旋翼螺旋槳直徑和飛行器重量之比，旋翼機中的旋翼螺旋槳葉片上的冰的累積會明顯影響旋翼機的著陸或懸停的能力。
旋翼機和直升機的另一個顯著區(qū)別是，當旋翼機在飛機模式下運行時，從旋翼螺旋槳上脫落下來的冰塊會被拋撒到機身上。因此，旋翼機上的冰塊脫落管理必須采用精確的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要能夠允許足夠的冰累積以獲得干凈的脫落而不會允許過度的累積，當冰塊脫落時過度的累積有可能導(dǎo)致機身的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是為旋翼飛行器提供一種冰管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有改善的性能和可靠性。
上述目的通過為旋翼飛行器設(shè)置一種冰管理系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)具有改善的性能和可靠性。
一種冰管理系統(tǒng)設(shè)置成用于具有至少一個旋翼螺旋槳的飛行器，每個旋翼螺旋槳是具有多個葉片的組件。該系統(tǒng)具有適于安裝在飛行器上的遠離旋翼螺旋槳的電源，并且至少一個加熱器安裝在旋翼螺旋槳上，用于加熱旋翼螺旋槳的至少一部分。至少一個固態(tài)控制繼電器安裝在旋翼螺旋槳上，并在電源與每個加熱器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制從電源到每個加熱器的電流。另外，該系統(tǒng)還可包括安裝在飛行器上遠離旋翼螺旋槳的至少一個固態(tài)饋送繼電器，該繼電器在電源和控制繼電器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制通往控制繼電器的電流。該系統(tǒng)還可包括電流傳感器，例如電流變換器，來監(jiān)視供給至加熱器的電流的量，允許探測并且隔離該系統(tǒng)中的錯誤。
本發(fā)明提供的冰管理系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，包括(1)重量減輕；(2)該系統(tǒng)控制單元的體積減??；(3)系統(tǒng)的成本降低；(4)可靠性提高；以及(5)改善的錯誤探測和隔離能力。
其他的目的、特征和優(yōu)勢將在下面的描述中得知。


為了更完整地理解本發(fā)明，包括它的特征和優(yōu)點，可以參照與附圖相結(jié)合的本發(fā)明的詳細描述，在附圖中相同的附圖標記代表相同的部件，其中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的旋翼飛行器的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的未安裝部件的透視圖，這些部件設(shè)置成安裝在圖1的旋翼飛行器上；圖3是圖1的飛行器的一部分的透視圖，該圖示出安裝在旋翼螺旋槳上的根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的部件；圖4是圖3中旋翼螺旋槳的一部分的透視圖，該圖示出根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的其它部件；圖5是根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的局部示意圖，該部分控制對于所對應(yīng)的旋翼螺旋槳的隔條的加熱；圖6是根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的局部示意圖，該部分控制在對應(yīng)旋翼螺旋槳的整流罩中的加熱；圖7是根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的局部示意圖，該部分控制在所對應(yīng)的旋翼螺旋槳葉片的加熱區(qū)域中的加熱器；圖8是三角形結(jié)構(gòu)的示例三相電力負載的示意圖；以及圖9是圖8中的三角形結(jié)構(gòu)的矢量圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種用于旋翼機的旋翼螺旋槳的冰管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效、可靠、堅固并且質(zhì)量輕，并且成本比較低。對于旋翼機上的冰管理系統(tǒng)來說，可靠性是一個關(guān)鍵要求，以避免在旋翼螺旋槳上的危險的冰塊累積以及由此造成的升力損失。
電熱的旋翼螺旋槳的冰分離區(qū)域和前緣隔條上的防冰區(qū)域相結(jié)合得到所需的旋翼螺旋槳冰塊脫落控制，同時使得脫落的冰塊的尺寸和重量最小化。該系統(tǒng)包括了多個安裝在每個旋翼螺旋槳的每個葉片上的電熱加熱單元、旋翼螺旋槳上安裝的控制繼電器、遠離旋翼螺旋槳安裝的饋送繼電器，以及用于控制該控制繼電器和饋送繼電器的操作的控制器。該系統(tǒng)對至少控制繼電器采用固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器也優(yōu)選地用作饋送繼電器。對于所有的電熱加熱單元都使用至少兩個串聯(lián)的繼電器連接，從而總是具有至少兩種辦法來斷開對加熱單元的供電。這是至關(guān)重要的，因為繼電器有可能短路連接的情況會導(dǎo)致葉片表面的過熱或飛行器電路系統(tǒng)的過載。
本發(fā)明的系統(tǒng)解決了以前的旋翼飛行器冰管理系統(tǒng)所遇到的問題。這些問題中的一些是由于電子器件所遇到的嚴酷的環(huán)境引起的，特別是當它們被安裝在旋轉(zhuǎn)的飛行器組件上時。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，每個旋翼螺旋槳上安裝有四個電器盒，并且其所處的環(huán)境具有高振動和高離心力負載。通過在冰管理系統(tǒng)的部件中使用固態(tài)繼電器，本系統(tǒng)的可靠性得以增強，并提供了加強錯誤探測和隔離的能力。本發(fā)明的系統(tǒng)為每個固態(tài)繼電器提供一種簡單的開路/接地控制，這一方案非常強健和簡單，與串行和其它數(shù)據(jù)連接相比，需要更少的電子器件。使用固態(tài)繼電器允許通過在部件的每次運行之前或之后按選定的順序切換繼電器而進行錯誤探測，而以這種方式使用機械接觸器式繼電器將會明顯地減少它們的使用壽命。
本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是在每個旋翼螺旋槳上只需要6個高功率電連接器來控制通往對應(yīng)旋翼螺旋槳中的部件電流，這是由于切換是在旋翼螺旋槳中安裝的固態(tài)繼電器內(nèi)進行的。這就允許使用滑環(huán)、或相似的連接器用于旋轉(zhuǎn)裝置，只包括6個高電流的接觸環(huán)，因此沒有必要使用多個電連接和數(shù)據(jù)連接來操作旋翼螺旋槳上安裝的每一個部件。
圖1示出裝備有根據(jù)本發(fā)明的冰管理系統(tǒng)的旋翼飛行器11。飛行器11具有機身13，在機身13的前部安裝有駕駛艙15。機翼17A、17B安裝在機身13上，發(fā)動機短艙19A、19B分別可旋轉(zhuǎn)地安裝在每個機翼17A、17B的外端。每個短艙19A、19B里面安裝著發(fā)動機(未示出)，發(fā)動機操作連接到可轉(zhuǎn)動的旋翼螺旋槳21A和21B上。每個旋翼螺旋槳21A和21B都包括3個葉片23。旋翼螺旋槳21A和21B以相反方向旋轉(zhuǎn)，并且包含相似的部件，只是旋翼螺旋槳21A和21B的部件可能以與相對旋翼螺旋槳21A和21B鏡像或相反的方式構(gòu)造和/或安裝。下列說明將描述冰管理系統(tǒng)安裝在稱為旋翼螺旋槳21和短艙19的旋翼螺旋槳21A、21B和短艙19A、19B其中之一的情況，但是應(yīng)該理解，該說明可應(yīng)用于在飛行器11兩側(cè)上安裝的情況。
圖2示出冰管理系統(tǒng)25的部件。主控制器27安裝在駕駛艙15(圖1)中，使得飛行員能夠選擇性地控制系統(tǒng)25的操作。短艙控制單元(NCU)29安裝在每個短艙19中，并與控制器27相連。旋轉(zhuǎn)部件包括中央冰分離分配器(CDD)31，其安裝在每個旋翼螺旋槳21的中央部分，以及3個葉片冰分離分配器(BDD)33，每一個都安裝在每個旋翼螺旋槳21的每個葉片23上。如下面將要進一步描述的，NCU 29容納多個繼電器用來切換通往系統(tǒng)25的旋轉(zhuǎn)部件的電能流動。另外，每個CDD 31和BDD 33容納了其他的繼電器，用來通過旋翼螺旋槳21內(nèi)的冰控制裝置控制電能的流動。圖3示出裝在旋翼螺旋槳21內(nèi)的每個BDD 33和CDD 31，一個BDD 33安裝在每個葉片23的根部，CDD 31與旋翼螺旋槳21同軸安裝。
控制器27和每個NCU 29容納基于計算機的電子器件，這些電子器件根據(jù)位于駕駛艙15內(nèi)的機組成員的控制輸入以及由在每個NCU 29和控制器27的電子器件內(nèi)操作的軟件所執(zhí)行的選定操作模式來操作系統(tǒng)25?？刂破?7和控制器29串行通信，其操作安裝在短艙19和旋翼螺旋槳21二者內(nèi)的系統(tǒng)25的部件，該圖中只示出一套旋翼螺旋槳。另外，控制器27優(yōu)選地控制其它冰管理設(shè)備的操作，例如安裝在機翼17A、17B上的部件，駕駛艙擋風玻璃，以及其它飛行器部件，例如皮托管(未示出)。
圖4示出旋翼螺旋槳21的一部分，葉片23從由整流罩35覆蓋的中央部分沿徑向伸出，整流罩35是覆蓋中央部分的氣動容腔。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在旋翼螺旋槳21上安裝3種類型的冰管理設(shè)備。
隔條37位于每個葉片23的前緣，每個隔條37由金屬構(gòu)成，并且能夠使用通過隔條37傳導(dǎo)的電能進行加熱。隔條37的加熱使得在葉片23的前緣形成的冰塊融化，局部融化的冰塊被旋翼螺旋槳21旋轉(zhuǎn)時來流的空氣所產(chǎn)生的氣動力剝落。
第二冰控制設(shè)備包括嵌入整流罩35中的3套電熱加熱元件39，元件39可在圖4中整流罩35的剖開部分中看到。加熱元件39由通過其傳導(dǎo)的電能加熱，熱能傳送跨過整流罩35的表面，阻止冰塊形成在整流罩35上或至少使得已經(jīng)在整流罩35上形成的冰塊局部融化。
旋翼螺旋槳21中安裝的第三種類型的冰控制設(shè)備是安裝在葉片23中的電熱加熱單元41，單元41可在葉片23的剖開部分中看到。每個葉片23被分成多個加熱區(qū)域，在圖中由沿著葉片23的弦長方向的虛線來指示。例如，區(qū)域4在葉片23上的虛線43和45之間沿徑向向外分布。每個加熱區(qū)域具有一套分離的加熱單元41用于加熱葉片23的這一部分，使得每個區(qū)域中的單元41都可以獨立于同一葉片23上的其它區(qū)域的單元41而進行操作。旋翼螺旋槳21的所有3個葉片23上的相同區(qū)域是同時工作的，從而避免3個葉片23中的每一個上累積有不同數(shù)量的冰而導(dǎo)致的不平衡。在所示的實施例中，葉片23被分為9個加熱區(qū)域，但是每個葉片23還可被分為更多的或更少的區(qū)域。
圖5至圖7是本發(fā)明的系統(tǒng)的各個部件之間的電連接的示意圖。在圖5中，一個示意圖示出用于每個隔條37的操作的控制系統(tǒng)。NCU 29容納基于計算機的控制器47和饋送繼電器49、51、53、55，每個饋送繼電器49、51、53、55都是固態(tài)繼電器，用于控制通往葉片23上的隔條37(未示出)的電能的流動。響應(yīng)于來自操作員的操作隔條37的手動指令，控制器27發(fā)信號通知控制器47開始工作，控制器47給饋送繼電器49、51、53、55供能，允許電能流過電導(dǎo)體57、59、61到達隔條37。3個隔條溫度傳感器63檢測在隔條37中和/或接近隔條37的區(qū)域的溫度并產(chǎn)生信號，這些信號在電纜65上通過CDD 31傳遞到NCU 29中的控制器47?？刂破?7使用這些信號通過操作繼電器49、51、53、55選擇性地向隔條37供電從而將隔條37的溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。
滑環(huán)組件67用于在每個旋翼螺旋槳21(未示出)上的系統(tǒng)25的部件和系統(tǒng)25的非旋轉(zhuǎn)部件之間提供電連接?；h(huán)67優(yōu)選采用現(xiàn)有技術(shù)公知的類型，例如具有與每個連接的一側(cè)傳導(dǎo)連接的非旋轉(zhuǎn)刷并且滑動地與傳導(dǎo)連接于每個連接的另外一側(cè)的旋轉(zhuǎn)環(huán)嚙合的滑環(huán)?；h(huán)67可選擇地采用其它適當?shù)墓夹g(shù)中的類型。
饋送繼電器49、51、53、55中的每一個控制用于操作隔條37的三相交流電的每一相，繼電器51和53二者控制相同的相。饋送繼電器49、51、53、55的每一個都是固態(tài)、單極性繼電器，圖中的虛線示出受每個饋送繼電器49、51、53、55控制的接觸點。例如，饋送繼電器49控制流過導(dǎo)體57的電流，而饋送繼電器51和53二者都控制通過導(dǎo)體59的電流。饋送繼電器55控制通過導(dǎo)體61的電流。如圖所示，饋送繼電器49、51連接到控制器47從而共同進行切換。同樣地，饋送繼電器53、55通過控制器47共同切換。盡管這些繼電器對是一起切換的，但是優(yōu)選地能夠讓這些饋送繼電器49、51、53、55實現(xiàn)過零點切換(zero-cross switching)，即當電流的波形到達零點時再切換電極。由于每個導(dǎo)體57、59、61內(nèi)電流的相位角不同，因此每對繼電器的電極變化時間會有微小的差異。
錯誤探測和隔離是通過當饋送繼電器對49、51、53、55處于選定的狀態(tài)時測量導(dǎo)體57、59、61內(nèi)的電流來實現(xiàn)的。每個導(dǎo)體57、59、61內(nèi)的電流是通過傳感器69來檢測的，例如電流變換器，由每個傳感器69產(chǎn)生的信號被送往控制器47來確定電流的量是否處于預(yù)想的或可接受的范圍內(nèi)。例如，太大或太小的電流可能指示在導(dǎo)體57、59、61其中之一中發(fā)生了短路，或者隔條37出現(xiàn)了問題。因為旋翼螺旋槳21上的3個隔條37以“三角形(delta)”布置結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)連接，三個葉片23的每個上有一個，如圖所示，所以傳感器69所產(chǎn)生的信號也可以用于確定三角形結(jié)構(gòu)的每一支上的電流。這就將可以探測到三角形的每一支上的錯誤，計算每支上電流的優(yōu)選方法如下所述。
為確?？刂聘魲l37的操作的冗余能力，饋送繼電器對49、51、53、55在隔條37的每次操作之前和/或之后以選定的順序通電。當饋送繼電器對49、51、53、55中只有一對通電時，傳感器69只能檢測到導(dǎo)體57、59、61中很小的電流或檢測不到電流，而檢測到電流則意味著饋送繼電器對49、51、53、55的其他對的至少一個在斷電之后仍然保持接觸。當這一情況發(fā)生時，所有的饋送繼電器對49、51、53、55都被斷電以防止隔條37或葉片23周圍的區(qū)域過熱。
在優(yōu)選實施例中，饋送繼電器對49、51、53、55中的第一對在隔條37操作之前首先通電，而另一對保持斷電。如果當?shù)谝粚ν姇r在導(dǎo)體57、59、61中沒有檢測到電流，則控制器47給第二對通電從而開始隔條37的正常操作。當控制器47停止隔條37的操作時，饋送繼電器對49、51、53、55中的第一對斷電而第二對還保持通電并且在導(dǎo)體57、59、61上不應(yīng)當測得電流。
在隔條37的操作過程中，饋送繼電器49、51、53、55是通電的，控制器47保持對隔條37供電直到達到選定控制溫度范圍的上限?？刂品秶鷥?yōu)選地根據(jù)環(huán)境條件和/或飛行器11的當前飛行參數(shù)(空速，等等)來選定。在隔條37的操作過程中，導(dǎo)體57、59、61中的電流應(yīng)當保持在選定的數(shù)值范圍內(nèi)。例如，選定的名義范圍可以是大約14.4安培到大約21.3安培，但是這一范圍可以對應(yīng)于給定應(yīng)用情況的任何適當值。如果導(dǎo)體57、59、61中任何一個的電流在操作過程中小于這個范圍，則會探測到電流不足的錯誤，饋送繼電器49、51、53、55會斷電以停止隔條37的操作。這一狀況可能意味著隔條37中出現(xiàn)不合適的負載或?qū)w57、59、61中出現(xiàn)開路。類似地，如果探測到大于這一范圍的電流，那么饋送繼電器49、51、53、55會斷電以防止隔條37或葉片23周圍面積的過熱，或者飛行器11的電路系統(tǒng)的過載。這一狀況可能意味著在隔條37或?qū)w57、59、61中出現(xiàn)短路。
圖6是整流罩35內(nèi)的3處加熱區(qū)域中的加熱單元39的控制系統(tǒng)的示意圖。如圖所示，NCU 29還容納了饋送繼電器71、73、75，它們分別控制著通過導(dǎo)體77、79、81的電流，通往葉片23內(nèi)的加熱單元39和加熱單元41(參見圖7)。饋送繼電器71、73、75的每個優(yōu)選為固態(tài)、單極性繼電器。加熱單元39的3個區(qū)域是以三角形結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)連接的，固態(tài)單極性控制繼電器83、85、87裝在CDD 31內(nèi)以提供對于三角形結(jié)構(gòu)的每一支的切換控制，該切換在旋翼螺旋槳21內(nèi)進行。在運行過程中，饋送繼電器71、73、75是單獨切換的，而控制繼電器83、85、87是由從控制器47經(jīng)過電纜89送往CDD 31的指令共同切換的。整流罩溫度傳感器91安裝在整流罩35上用來測量整流罩35的指定區(qū)域的溫度，并產(chǎn)生信號，這些信號在電纜93上通過CDD 31送往NCU 29中的控制器47?？刂破?7利用這些信號來調(diào)節(jié)整流罩35的溫度處于預(yù)定的溫度控制范圍之內(nèi)。導(dǎo)體77、79、81的旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)部分以及電纜89、93通過滑環(huán)67傳導(dǎo)連接。
錯誤探測和隔離是通過當饋送繼電器71、73、75和控制繼電器83、85、87處于選定的狀態(tài)時測量導(dǎo)體77、79、81中的電流來實現(xiàn)的。每個導(dǎo)體77、79、81中的電流使用電流傳感器69來檢測，由傳感器69產(chǎn)生的信號被送往控制器47以確定電流值是否落入預(yù)期的或可接受的范圍之內(nèi)。
為了確保加熱單元39的控制操作的冗余能力，饋送繼電器71、73、75和控制繼電器83、85、87(共同切換)在系統(tǒng)25的開啟過程中以組合的繼電狀態(tài)交替地供能。當饋送繼電器71、73、75中只有一個通電并且所有的控制繼電器83、85、87都斷電時，傳感器69應(yīng)當檢測到導(dǎo)體77、79、81中的很小電流或沒有電流。在斷電時，測得電流就意味著在導(dǎo)體77、79、81其中一個中出現(xiàn)短路和/或饋送繼電器71、73、75中剩余的一個仍保持接觸。
在系統(tǒng)25正常運行期間在加熱單元39的每次操作之前和/或之后，所有的饋送繼電器71、73、75被共同切換，控制繼電器83、85、87也如此。當饋送繼電器71、73、75被通電而控制繼電器83、85、87被斷電時，在導(dǎo)體77、79、81中應(yīng)當檢測到很小的電流或沒有電流。同樣地，控制繼電器83、85、87被通電而饋送繼電器71、73、75被斷電，在導(dǎo)體77、79、81中應(yīng)當測得很小的電流或沒有電流。如果在這兩種狀態(tài)下測得了電流，那么所有的繼電器71、73、75、83、85、87都被斷電以防止整流罩35的過熱或飛行器11的電路系統(tǒng)的過載。如果在這些狀態(tài)下沒有測得電流，那么控制器47就繼續(xù)加熱單元39的正常運行。
在加熱單元39的正常運行期間，所有的饋送繼電器71、73、75和控制繼電器83、85、87都是通電的，控制器47優(yōu)選地通過選擇性地斷開饋送繼電器71、73、75以及控制繼電器83、85、87來循環(huán)運行加熱單元39。在加熱單元39的運行過程中，任意導(dǎo)體77、79、81或三角形結(jié)構(gòu)的任意一支中的電流應(yīng)當保持在一個選定的數(shù)值范圍內(nèi)，但是低電流錯誤只是會被報告而正常運行會繼續(xù)。如果在加熱單元39的一個區(qū)域中探測到過高電流錯誤，那么控制繼電器83、85、87會被斷電以隔離整流罩35內(nèi)的錯誤，并允許葉片23中的加熱單元41繼續(xù)運行。
圖7是葉片23中的加熱單元41的控制系統(tǒng)的示意圖。優(yōu)選為固態(tài)、單極性繼電器的饋送繼電器71、73、75控制通過導(dǎo)體77、79、81通往整流罩35中的加熱單元39和加熱單元41的電流。用于3個葉片23的加熱單元41的所有區(qū)域是同時運行的，并組成三角形結(jié)構(gòu)。每個BDD 33包含相應(yīng)于對應(yīng)葉片23的每個加熱器區(qū)域的固態(tài)、單極性繼電器95，使得每個BDD 33中的控制繼電器95的數(shù)量與葉片23上的加熱器區(qū)域的數(shù)量相同。在所示的實施例中，這意味著相應(yīng)于每個葉片23的BDD 33包含9個控制繼電器95?？刂破?7可向NCU 29中的控制器47發(fā)送信號從而來操作加熱單元41，這通過由控制器47向相應(yīng)于選定加熱區(qū)域的每個BDD 33中的控制繼電器95和饋送繼電器71、73、75通電，允許電流通過導(dǎo)體77、79、81流向加熱單元41來實現(xiàn)。來自控制器47的控制信號傳送到電纜97上的CDD 31，并從CDD 31傳送到電纜99上的每個BDD 33。電纜97的旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)部分通過滑環(huán)67傳導(dǎo)相連。
錯誤探測和隔離以與上述對于整流罩35相同的方式實現(xiàn)。當饋送繼電器71、73、75和控制繼電器95(在每個區(qū)域內(nèi)共同切換)處于選定的繼電狀態(tài)時，傳感器69探測導(dǎo)體77、79、81中的電流，以探測到低電流或高電流的錯誤。
相應(yīng)于特定加熱器區(qū)域的所有饋送繼電器71、73、75和控制繼電器95在該區(qū)域的加熱單元41正常運行期間通電，控制器47優(yōu)選地通過選擇性地斷開控制繼電器95和/或饋送繼電器71、73、75來循環(huán)運行各個加熱單元41。加熱單元41的運行可以根據(jù)環(huán)境條件和/或飛行器11的當前飛行參數(shù)(空速，等等)來安排時間。
對于上述冰管理設(shè)備，當正常運行時，流至每個加熱器區(qū)域的電流值應(yīng)當保持在選定范圍內(nèi)。特別重要的是，導(dǎo)體77、79、81或者三角形結(jié)構(gòu)的任何一支上的電流必須保持低于選定值，因為葉片23的一部分的過熱會導(dǎo)致葉片23的災(zāi)難性損壞和飛行器11的損失。如果在三角形結(jié)構(gòu)的任何一支上探測到高電流錯誤，那么相應(yīng)于該葉片加熱器區(qū)域的控制繼電器95被斷電以隔離那個區(qū)域中的錯誤，并允許整流罩35的加熱單元39和其它加熱器區(qū)域繼續(xù)工作。低電流的探測也是很重要的，這樣可防止累積的冰塊融化得太慢，這會導(dǎo)致在葉片23的尾緣再次結(jié)冰，而不是冰塊從葉片23上干凈地脫落掉。
系統(tǒng)25的電流傳感器69只檢測每個關(guān)聯(lián)導(dǎo)體的電流幅值而不檢測相位角。為了計算三相三角形負載內(nèi)的相位電流幅值，在軟件內(nèi)采用新的計算技術(shù)從而有利于在只知道線電流幅值的時候進行這一計算。一般情況下，計算三相三角形負載內(nèi)的相電流時需要測量所有3個線電流的幅值和相位角。本發(fā)明的方法使得不測量線電流的相位角也可以計算相電流幅值，從而減少了相關(guān)電子硬件的成本、重量和空間尺寸。
圖8示出三角形負載的示例，其包括連接到三相電源的電負載a、b、c，其產(chǎn)生標記為A、B、C的線電流。這一系統(tǒng)內(nèi)電流的標準矢量方程是A＝a-c，B＝b-a，和C＝c-b圖9是基于這些矢量方程的矢量圖，A、B、C可以使用任意值。該示意圖畫出在x-y坐標系統(tǒng)中，并描述了線電流A、B、C和負載電流a、b、c之間的矢量關(guān)系。負載電流總是間隔120°并且它們的幅值限定了線電流的幅值和相位角。即使沒有測得線電流的角度，也很好理解由線電流幅值形成的三角形的頂點必須限定從x-y系統(tǒng)的原點發(fā)出的三相電流的端點。
在圖9中的幾何關(guān)系的基礎(chǔ)上，相電流的幅值可以計算如下。在計算中，角度以度的形式表示，并且為了便于示意，/2被圓整為0.866。
邊m是由B、b、v和m所組成的三角形的對邊，并且m＝Bsin(60-Θ1)邊m也是由a、v和m所組成的固定的60°三角形的對邊，因此a=msin60=Bsin(60-Θ1)0.866---(1)]]>由于r是由B和r所形成的三角形的對邊，并且B、r和x軸的將B連接至r的一部分形成直角三角形，那么r＝Bsin(Θ1)邊r也是由r、b以及x軸上連接r到b的那一部分所組成的固定的60度三角形的對邊，因此可以得到b=rsin60=Bsin(Θ1)0.866---(2)]]>邊s是由A、a、s形成的三角形的對邊，A、a、s以及x軸的將s連接到原點的一部分形成直角三角形，因此s＝Asin(Θ2)由于s也是由c、s組成的固定的60度三角形的對邊并且c、s以及x軸的將s連接到原點的一部分形成60度的直角三角形，因此下式成立c=ssin60=Asin(Θ2)0.866---(3)]]>方程(1)、(2)和(3)是以兩個線電流的幅值以及角度Θ1和Θ2表示的三相負載電流的幅值的方程。應(yīng)該指出的是，至今還沒有用到線電流C。還必須確定Θ1和Θ2，這需要依靠線電流幅值C。
首先使用余弦定理來計算ΘC如下C2＝A2+B2-2ABcosΘCcosΘC=A2+B2-C22AB]]>ΘC=cos-1(A2+B2-C22AB)---(4)]]>由于ΘC＝Θ1+Θ2，因此Θ1＝ΘC-Θ2Θ2＝ΘC-Θ1(5)因此，得知ΘC的值，但是Θ1和Θ2的值還需要確定。為了實現(xiàn)這一步，需要相應(yīng)于相電流a的幅值的方程，使得其成為Θ2的函數(shù)。由于n是由A、c、w和n組成的三角形的對邊，那么n＝Asin(60-Θ2)由于n也是由a、w和n確定的固定的60度三角形的對邊，那么a=nsin60=Asin(60-Θ2)0.866]]>這兩個關(guān)于a的方程可以設(shè)定為相等，并通過Θ2＝ΘC-Θ1的代換來求解a=Asin(60-Θ2)0.866=Bsin(60-Θ1)0.866]]>Asin(60-ΘC+Θ1)＝Bsin(60-Θ1)如果用K＝60-ΘC來進行代換，則Asin(K+Θ1)＝Bsin(60-Θ1)利用sin(x±y)＝sinxcosy±cosxsiny的關(guān)系，可以得到A[sin K cosΘ1+cos K sinΘ1]＝B[sin(60)cosΘ1-cos(60)sinΘ1]A[sin K cosΘ1+cos K sinΘ1]＝B
將正弦項和余弦項分開可以得到[Asin K-0.866B]cosΘ1＝[-Acos K-0.5B]sinΘ1[AsinK-0.866B][-AcosK-0.5B]=sinΘ1cosΘ1]]>利于tanx=sinxcosx]]>的關(guān)系，方程變成了tanΘ1=[AsinK-0.866B][-AcosK-0.5B]]]>
因此Θ1=tan-1[AsinK-0.866B][-AcosK-0.5B]---(6)]]>有了上述這些方程，相電流的幅值可以用如下方法求解1)利用方程(4)求解ΘC。
2)利用方程(6)求解Θ1。
3)利用方程(5)求解Θ2。
4)利用方程(1)、(2)和(3)求解3個相電流的幅值。
雖然本發(fā)明是參考示例性實施例來描述的，但這一說明并不能被理解為是一種限制。參考該說明書，本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知本發(fā)明的各種修改以及其它實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于具有至少一個轉(zhuǎn)子的飛行器的冰管理系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)子具有多個葉片，該系統(tǒng)包括適于由飛行器承載的遠離所述轉(zhuǎn)子的電源；由所述轉(zhuǎn)子承載的用于加熱所述轉(zhuǎn)子至少一個部分的至少一個加熱器；以及由所述轉(zhuǎn)子承載的固態(tài)控制繼電器，該固態(tài)控制繼電器在所述電源和所述至少一個加熱器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制從所述電源到所述至少一個加熱器的電能的流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰管理系統(tǒng)，其中，所述至少一個加熱器包含位于每個葉片上的至少一個加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰管理系統(tǒng)，其中，電流通過安裝在所述轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)傳導(dǎo)至所述控制繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰管理系統(tǒng)，還包括適于由所述飛行器承載的遠離所述轉(zhuǎn)子的固態(tài)饋送繼電器，所述饋送繼電器在所述電源和所述控制繼電器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制朝向所述控制繼電器流動的電能。
5.一種用于具有至少一個轉(zhuǎn)子的飛行器的冰管理系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)子具有多個葉片，該系統(tǒng)包括適于由所述飛行器承載的電源，所述電源遠離每個轉(zhuǎn)子安裝，并且與每個轉(zhuǎn)子的電源接頭傳導(dǎo)連接；位于每個葉片上的多個加熱器，用于加熱所述對應(yīng)葉片上的至少一部分；以及相應(yīng)于每個加熱器的固態(tài)控制繼電器，每個控制繼電器承載在所述轉(zhuǎn)子中并在電源接頭和對應(yīng)加熱器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制其間的電流流動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冰管理系統(tǒng)，還包括遠離所述轉(zhuǎn)子定位的固態(tài)饋送繼電器，所述饋送繼電器在所述電源和所述電源接頭之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制其間的電流流動。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冰管理系統(tǒng)，其中，電流通過承載在所述轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)傳導(dǎo)至所述電源接頭。
8.一種用于具有至少一個轉(zhuǎn)子的飛行器的冰管理系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)子具有多個葉片，該系統(tǒng)包括適于由所述飛行器承載的電源，所述電源遠離每個轉(zhuǎn)子安裝并且傳導(dǎo)連接至每個轉(zhuǎn)子中的電源接頭；位于每個葉片上的多個加熱器，用于加熱所述對應(yīng)葉片上的至少一部分；相應(yīng)于每個加熱器的固態(tài)控制繼電器，每個控制繼電器承載在所述轉(zhuǎn)子中并且在所述電源接頭和所述對應(yīng)加熱器之間傳導(dǎo)連接，從而選擇性地控制其間的電流；以及遠離所述轉(zhuǎn)子定位的固態(tài)饋送繼電器，所述饋送繼電器在所述電源和所述電源接頭之間傳導(dǎo)連接，從而選擇性地控制其間的電流。
8.一種防止在加熱單元運行期間由冰管理系統(tǒng)中的加熱單元加熱的轉(zhuǎn)子的一部分出現(xiàn)過熱的方法，該冰管理系統(tǒng)包含至少串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)，用于控制通往所述加熱單元的電流，該方法包括(a)在所述第二開關(guān)保持斷開的同時打開第一開關(guān)，然后測量電流值；(b)如果在步驟(a)中確定電流在流動，那么停止所述加熱單元的運行；然后(c)打開所述第二開關(guān)從而向所述加熱單元供電；(d)在所述第二開關(guān)保持打開的同時關(guān)閉所述第一開關(guān)，然后測量電流；(e)如果在步驟(d)中確定電流在流動，那么停止所述加熱單元的運行；然后(f)在每次運行加熱單元時重復(fù)步驟(a)到步驟(e)。
全文摘要
一種冰管理系統(tǒng)設(shè)置成用于具有至少一個轉(zhuǎn)子的飛行器，每個轉(zhuǎn)子具有多個葉片。該系統(tǒng)具有適于安裝在飛行器上遠離轉(zhuǎn)子的電源，并且至少一個加熱器安裝在轉(zhuǎn)子上，用于加熱轉(zhuǎn)子的至少一部分。固態(tài)控制繼電器安裝在轉(zhuǎn)子上，并在電源與每個加熱器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制從電源到每個加熱器的電流。另外，該系統(tǒng)還可包括安裝在飛行器上遠離轉(zhuǎn)子的固態(tài)饋送繼電器，該繼電器在電源和控制繼電器之間傳導(dǎo)連接，用于選擇性地控制通往控制繼電器的電流。
文檔編號B64D15/12GK101068715SQ200580041075
公開日2007年11月7日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者加里·S·弗羅曼, 丹尼爾·R·蒂皮特 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司