專利名稱：一種用于防止飛行器壁面結(jié)冰的方法和裝置的制作方法
一種用于防止飛行自面結(jié)冰的方法和，
駄領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于防止飛行,面結(jié)冰的方法和裝置。 本發(fā)明屬于直升機制造領(lǐng)域。
本發(fā)明尤其涉及一種用于加熱旋翼機的外部壁面以避免結(jié)^f口/或在戶; M壁 面累積的方法和裝置，還涉及一種旋翼機壁面，尤其是裝備有這種裝置的升力 和 旋翼的槳葉上。
背景駄
眾所周知，在飛行器外表面結(jié)冰和累積^fflil改變所述表面的空氣動力學(xué)
特性；尤其當(dāng)所述表面是一旋翼機的旋翼時，這種結(jié)冰能夠?qū)е略撔頇C墜毀。 大量的研究已被進行以防止和抵御這種結(jié)冰。
在專利US-4060212和FR-2346217中建議使用微波來防止結(jié)冰；在專利 US-4399967,US-4458865和US4501398中建議4頓電磁脈沖使得表皮變形以達 到防止機翼蒙皮結(jié)冰的目的。
在專利US-1819497中建議在飛豐幾機翼中安裝能夠接通高頻電源的導(dǎo)電線
圈，以在機翼的金屬結(jié)構(gòu)中感生電流，加熱所述結(jié)構(gòu)，最纟m御結(jié)冰。同樣的
原理被用于防止空氣壓縮機定子葉片上結(jié)冰的專利US-2547934所建議。
然而，至今仍然不能發(fā)展出一種對飛行,面的有效感應(yīng)加熱方法，尤其
慰寸旋翼機的旋翼槳葉的加熱；這樣的槳葉因此一M過導(dǎo)電加熱，例如在專
利US-2005/184193和FR-2863586中所描述的那樣。
另外，通過導(dǎo)電(依靠焦耳效應(yīng))加熱由包括增強纖維或嵌在熱塑性或熱
硬化性樹脂中的織物的復(fù)合材料所制成的飛行器壁面，肖^多導(dǎo)致在壁面中出現(xiàn)
"教，點或區(qū)域，進而導(dǎo)致復(fù)合結(jié)構(gòu)的退化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的就在于提供一種用于防止旋翼機壁面結(jié)冰的方法和裝
置，以及一種包含這種裝置的飛行體面，在同樣能夠獲得好的效率的同時， 還至少部分是對現(xiàn)有防冰系統(tǒng)中的缺點和短處的M和/或彌補。
一方面，本發(fā)明提供一種用于飛行器壁面除冰的裝置，壁面包括一個復(fù)合 結(jié)構(gòu)和一種由導(dǎo)電材料，尤其是一種金屬或者鐵基(例如鋼)，鎳基，或者鈦 基合金構(gòu)成的層或表皮，該裝置包括多個薄感應(yīng)元件，特別地是以板或殼的形 式，其被設(shè)計成大致平行于導(dǎo)電材料層或表皮延伸，處于相對層或表皮的一距 離處，該距離足夠小以保證當(dāng)導(dǎo)體以適當(dāng)頻率的交流電源(AC)通電時，該層
或表皮ma均勻地加熱，但不會顯著加熱復(fù)合結(jié)構(gòu)。
另一方面，本發(fā)明提供一種飛行器部件，尤其是一種用于旋翼機的旋翼葉 片，該部件包括 一個在樹脂中嵌入加強件構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中以導(dǎo)電表皮 覆蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)的一部分；以及設(shè)置在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的感應(yīng)器，這些感應(yīng)器m樹 脂與表皮絕緣，并且被設(shè)計鵬接通電源時能夠使表皮ilil感應(yīng)而被加熱的。
較佳地，感應(yīng)器包括由導(dǎo)線構(gòu)成(平的)的線圈和大量的圈或回路。感應(yīng) 器也可以是這樣的形態(tài) 一種絕緣玻璃纖維和導(dǎo)電的李茲線(絞合線)制成的 編織物或編結(jié)物，并浸漬于一種有機基體。該編織物可以被通電，且可以具有 嗶嘰、塔夫綢或緞子的編織或縫合。
在一個{腿實施例中，線圈的和/或感應(yīng)器的厚度小于它的直徑或等價直徑， 尤其小于它的直徑或等價直徑的十分之一。
由于線圈和感應(yīng)器是薄的，因此，它們可以成形為沿著一個表面延伸，該 表面可以是平面的，或者為圓柱的一部分或與被加熱的的表皮的形狀相匹配的 殼的一部分的形式，由此，感應(yīng)的效力由于磁力線而被增加，并且因此電流密 度分布將更為均勻，從而也使得金屬元件的加熱更為均勻，所述元件可以由不 辦H、鈦、鎳以及包含它們的合誠喊，例如^頓鈷(^鈷)。產(chǎn)生的感生電 流然后M焦耳效應(yīng)來加熱被置于磁場中的金屬元件。
在一個〗媳實施例中，齡感應(yīng)器線圈包括幾十個或幾百個湘琍/或交錯 的導(dǎo)線圈或回路，同樣也是為了gK感應(yīng)的效力。
根據(jù)本發(fā)明的其他特性，下列是 的
齡線圈沿著一W由線呈細長微，包括兩個編織或扭轉(zhuǎn)的李茲線的片件， 后者基本平行于線圈的軸線延伸，兩個片件由沒有感應(yīng)器電線的空間隔開。
每個感應(yīng)器包括并列的兩個這樣的線圈，每個線圈的每個片件包括幾十或
幾百股(或段)編線。
用于構(gòu)造感應(yīng)器的導(dǎo)線的直徑小于或等于約2毫米(mm)，尤其是大約 0.2mm到lmm的數(shù)量級，這樣，使得較為容易將這些導(dǎo)線整合到復(fù)合材料層的 纖維或織物中并限制感應(yīng)器的損耗。
均衡嗶嘰型或混合型(玻璃纖維順纖纟i/李茲線)的編織或縫合能夠用來增 強用于制造感應(yīng)器的織物的力度，同時也能增加織物織鵬的可塑性。
大量的李茲線用來增加電流密度，以獲得磁力線的交迭和保證前緣被均勻 加熱。
織物可以被供電并進行整形循環(huán)，以獲得用于感應(yīng)器的最終形狀和/或有可 能使得浸漬注射一種浸漬樹脂和聚合該樹脂，以獲得一個適于在前緣和旋翼機 槳葉之間粘附聯(lián)接的成品件。
在另一方面，本發(fā)明提供一種防止這樣的飛行器壁面結(jié)冰的方法，其中感 應(yīng)器以頻率為10千赫(kHz)到100kHz范圍內(nèi)的電流供電，雌40kHz到70kHz， 尤其接近大約50kHz。
另一方面，本發(fā)明的特性和優(yōu)勢將出現(xiàn)在下面的描述中，參照附圖所示和 本發(fā)明的4腿實施例，但不具都蹄啲'頓。


圖1顯示了一個由兩個并排的薄線圈構(gòu)成的感應(yīng)器。 圖2是包括兩個射非線圈的感應(yīng)器以及用于將感應(yīng)器連接于電源的導(dǎo)體的 透視圖。
圖3是一份垂直于感應(yīng)器線圈片件的軸線的平面截面的圖解視圖，示出了
構(gòu)成片件、嵌在樹脂中禾n/或整合在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)體的部署；圖3是圖2m-ni
向視圖。
圖4是旋翼截面(相對于槳葉縱軸)視圖，顯示了感應(yīng)器的片件是如何接
近于整合在旋翼機旋翼葉片中、鄰近它的前緣的金屬插入物而被植入的。
圖5題示了近似于圖2和3中感應(yīng)器的圖解透視圖，其中線圈的形狀匹 酉改P圖4中所示的在直升機旋翼葉片前緣中的插入物的形沃。
圖6到8顯示了用于在直升機旋翼葉片中植入感應(yīng)器的三種相應(yīng)的構(gòu)造； 圖6顯示了沿著前緣、并沿著吸力面-或沿著壓力面分布的七個感應(yīng)器；圖7顯
示了沿著前緣規(guī)則分布的七個圖5中所示的感應(yīng)器；圖8顯示了一1^W沿著 葉片長度方向上主體部分延伸的一個與蟲感應(yīng)器的槳葉。
依照本發(fā)明的一方面，該用于通過感應(yīng)來防ihi:升機葉片結(jié)冰的系統(tǒng)包括 嵌于葉片中的感應(yīng)器， 一旦接通高頻交流電，即可刻寸出一個自葉片中心朝向 外部的磁場。而后，該磁場導(dǎo)致保護葉片前緣的金屬覆蓋物(由導(dǎo)電材料制成) 中產(chǎn)生電流。
通過使覆蓋前緣的導(dǎo)電材料受到一可變磁場的作用，磁通量的變化使材料 中產(chǎn)生電動勢(洛侖茲法則)，這引起感生電流(渦電流)。渦電流然后通過 焦耳效應(yīng)加熱SM物中的材料。
在高頻率的情況下， 一種稱作集膚效應(yīng)(skin effect)的有害51^會破壞感 應(yīng)器中的電流密度分布；將被加熱的材料中的電流常常只能滲透到材料內(nèi)的一 部分；在滲透入材料的過程中，磁場強度以指數(shù)關(guān)系衰減，并且導(dǎo)致感生電流 的密度集中在表面層；通過〗頓依靠限定和控制李茲線圈的微來獲得能夠均 勻分布在金屬覆蓋物上的磁力線而在線圈憾應(yīng)器的片件中獲得均勻電流密度的 李茲線(絞合線)來制造感應(yīng)器，這種1旨肯嫩被消弱禾口/或避免。
當(dāng)感應(yīng)電流的頻率從接近10kHz的值增加到一個接近70kHz或更大的值 時，磁力線變成集中在感應(yīng)器周圍。為了使得分布均勻而在覆蓋物中沒有磁力 線穿透的區(qū)域，優(yōu)選的是使用一個包含兩個線圈的感應(yīng)器，其中四個片件形成 三個扁平的導(dǎo)體(感應(yīng)器元件)，其中一個放置于前緣上，另外兩個被放置于 前緣兩邊相反的側(cè)面(壓力側(cè)面和吸力側(cè)面)，每一個片件和/或線圈呈現(xiàn)的厚 度在一個到幾個毫米量級。
在某些構(gòu)造中，發(fā)現(xiàn)耗散在第二回路(覆蓋物)的板或片中的能量隨著感 應(yīng)電路中的片件的數(shù)量而減少。發(fā)現(xiàn)從一個具有單個片件的系統(tǒng)至U—個具有兩 個片件的系統(tǒng)， 一個電流順著"正"方向，另一個順著相反的("負(fù)")方向，片件 在板中分別弓l發(fā)負(fù)的和正的電流。這兩種電流在板上的兩個片件之間的交界面 上相遇，并且在這個區(qū)域它們相互抵消從而呈現(xiàn)零電流密度，因此減少了在板 中耗散的能量。
片件與第二電路之間的距離越遠，在那里耗散的能量就越小。因此，較佳
地，感應(yīng)器的片件鵬可能地放置得離鶴物近一些。
因此，獲得對覆蓋物有效的加熱是可能的，例如使下面目的成為可能，當(dāng)
開始時SM物處于"4(TC的初始溫度，在電流密度為4xl()6安培^P方米(A/m2) 時加熱幾秒鐘達到表面M^ io°c。
艦幾股(例如3股)"李茲線"為感應(yīng)器提供能量，使得回路中的電流 減少到低于100安培(A)，特別是幾安培，例如大約5A至lj IOA，同時， 片件中流動的總電流較大，例如大約400A。
為了以局部和周期的方式防止前緣結(jié)冰，例如圖6或7所示，可以沿著前 緣放置數(shù)個感應(yīng)器。
當(dāng)覆蓋物呈現(xiàn)出顯著的侵蝕和撞擊程度而需被替換時，包括在槳葉中的感 應(yīng)發(fā)熱系統(tǒng)也可以用作一種用于從前緣去除保護覆蓋物的裝置。因為前緣是使 用具有一個低于板在電磁感應(yīng)系統(tǒng)中所育繼到的最大溫度的軟化溫度的熱融粘 結(jié)劑保持的，因此，在槳葉維護中，可以加熱前緣直至它能夠被剝離去除，例 如在專利FR-2787366和US-6470544中所詳細描述的。
當(dāng)執(zhí)行快速修復(fù)時，包括在槳葉中的感應(yīng)發(fā)熱系統(tǒng)也可以被用來傳遞熱量，
用以M聚合前緣，其中根據(jù)粘結(jié)劑的聚合動力學(xué)的函ids制加熱。
另外，在一個相當(dāng)?shù)偷碾娏鲝姸认录せ罡袘?yīng)系統(tǒng)，可能是在還沒有出現(xiàn)結(jié)
冰的情況下，可以!細于執(zhí)行電磁干擾以避免旋穀幾被敵方設(shè)繊領(lǐng)倒。
特別參照附圖l，感應(yīng)器lla包括兩個線圈12和13，它們并聯(lián)到交流電源 (未示出)端子14和15。
線圈12包括由導(dǎo)電線束17組成的一個第一片件16，導(dǎo)電線束17中電流沿 著方向18流動，以及由導(dǎo)電線束20組成的一個第二片件19，導(dǎo)電線束20中的 電流沿著與方向18相反的方向21流動。類似t也，線圈13包括一個由導(dǎo)電線束 23組成的第一片件22，導(dǎo)電線束23中電流沿著方向24流動，以及一個由導(dǎo)電 線束26組成的第二片件25，導(dǎo)電線束20中的電流沿著方向27流動。
線束17和20被連接在一起，構(gòu)成線圈12的回路或圈；線束23和26也是 同樣被連接在一起并構(gòu)成線圈13的回路。
線束17、 20、 23和26以及片件16、 19、 22和25平行于軸線28延伸。
通迚'堆疊"三個圖1所示類型的薄感應(yīng)器lla，可獲得如圖2所示的的感應(yīng) 器llb，其中*線圈被三個導(dǎo)體29、 30接通。
在圖1和2中，可以看出兩個中間片件19和22是接觸的，而片件16和25 片件分別通過兩個空間31和32相對片件19和22分隔開。
當(dāng)片件被包在樹脂39和/或嵌在三個通過矩形平行六面體(參見圖3)概要 呈現(xiàn)的(絕緣的)復(fù)合材料組成的結(jié)構(gòu)33、 34和35中，t個感應(yīng)器元件(33 到35)放置在離鐵磁性的將被M感艦行加熱的粉蓋41較短的距離40處； 該距離 地具有大約為O.lmm到大約3mm的量級，特別是具有大約為O.lmm 到大約lmm的量級。
每個線圈12、 13和^元件33、 34和35的厚度36可以是大約1毫米到 大約2毫米的量級；每個線圈12、 13和*元件33、 34和35的寬度37可以 是大約10就至伏約50毫米的量級；取決于戶腿擇的結(jié)構(gòu)，長度38可以處于 幾毫米到幾米范圍內(nèi)(參見圖6至8)。
參照圖4和6至8，槳葉42呈現(xiàn)出一個壓力側(cè)面43， 一個吸力側(cè)面44， 一 個前緣45和一個尾緣46。
尤其參照圖4， 一個金屬蓋41覆蓋前緣和壓力側(cè)面43和吸力側(cè)面44盼'fr， 部分，對它們Jii射尉戶以防撞擊。
感應(yīng)器的元件33至35被收納于槳葉的復(fù)合結(jié)構(gòu)47中，且它們對準(zhǔn)蓋41 在一個較短的距離內(nèi)延伸。
感應(yīng)器分別依靠導(dǎo)體29和30連接于兩錯給導(dǎo)體49、 50，后者相對于槳 葉42的縱軸線48縱向延伸。
尤其參照圖4和5，當(dāng)兩個感應(yīng)器元件33和35呈現(xiàn)基本平坦或少許彎曲的 板的形式，中間的感應(yīng)器元件34呈現(xiàn)彎曲的薄板或殼的形式以匹配Sm物41 前部的形狀。
盡管在圖6顯示的實施例中感應(yīng)器的片件垂至于槳葉的縱軸線48延伸，但 在圖7和8中感應(yīng)器的片件也可平行于所述軸線延伸。
在這三個實施例中，感應(yīng)器以基本規(guī)則的方式在槳葉長度方向上的大部分 位于槳葉兩端(葉根52和葉梢51)之間沿著前緣45和軸線48延伸，其中在圖 8中感應(yīng)器是連續(xù)延伸的，在圖6和7中為非連續(xù)延伸。
導(dǎo)體49和50 —同被歸并入一條總線53，其Mii旋轉(zhuǎn)集電環(huán)起作用以從旋 翼機上的能量供給站中進給導(dǎo)體以電流。
權(quán)利要求
1.一種用于防止飛行器壁面結(jié)冰的裝置，該壁面包括一個復(fù)合結(jié)構(gòu)(47)，帶有一個由導(dǎo)電材料尤其是金屬或金屬合金材料所構(gòu)成的層或表皮(41)，其特征在于該裝置包括多個薄感應(yīng)器元件(33-35)，感應(yīng)器元件被設(shè)計成基本平行于導(dǎo)電材料構(gòu)成的層或表皮并相對其處于一個的距離(40)延伸，所述距離設(shè)置成足夠小以保證當(dāng)感應(yīng)器元件以一個適當(dāng)頻率的交流電源供電時，所述層或表皮快速且均勻地加熱而不會明顯加熱復(fù)合結(jié)構(gòu)；感應(yīng)器呈現(xiàn)板或殼的形式，并包括由導(dǎo)線構(gòu)成的扁平的且包括大量圈或回路的線圈(12，13)，線圈和/或感應(yīng)器的厚度小于其直徑或等價直徑的十分之一；以及每個線圈呈沿軸線(28)的細長形狀，并包括兩張由基本平行于線圈軸線延伸的編織的或扭轉(zhuǎn)的線所構(gòu)成的片件(16，19，22，25)，所述兩個片件被沒有導(dǎo)線的空間(31，32)分離開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個感應(yīng)器包括兩個并排線 圈，每個線圈的每個片件包括幾十或幾百股編織電線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，每個感應(yīng)器線圈包括幾 十個并排或交錯的圈或回路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的裝置，其特征在于，每個感應(yīng)器線圈包 括幾百個并排或交錯的圈或回路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的裝置，其特征在于，感應(yīng)器包括一種絕 緣纖維和導(dǎo)線的編織物或編結(jié)物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求i-5中任一所述的裝置，其特征在于，感應(yīng)器包括一種絕緣纖維和導(dǎo)線的編織物或編結(jié)物，其具有嗶嘰、塔夫綢、緞子或混合形態(tài)的編 織或縫合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的裝置，其特征在于，用于構(gòu)造感應(yīng)器的 導(dǎo)線的直徑在大約0.2mm到大約lmm之間。
8. —種飛行器部件(42)，所述飛行器部件(42)本身包括嵌在樹脂中的 加強件的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中帶有一個導(dǎo)電表皮(41)覆蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)的一部分，其特征在于所述部件包括放置于復(fù)合結(jié)構(gòu)中的感應(yīng)器(33-35)，通過樹脂相對表皮電絕緣，并被設(shè)計成當(dāng)被供電時M31感應(yīng)導(dǎo)致表皮加熱；感應(yīng)器以板或殼的形式存在，并包括導(dǎo)線構(gòu)成的線圈(12， 13)，所述線圈是扁平的并具有大量的圈或回路；線圈和/感應(yīng)器的厚度小于它的直徑或等價直徑的十分之一； 每個線圈沿軸線(28)呈細長形，并包括由基本平行于線圈軸延伸的編織的或扭轉(zhuǎn)的電線所構(gòu)成的兩個片件(16,19,22,25)，該兩個片件被沒有導(dǎo)線的空間(31,32)所分離開；
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的部件，其特征在于，感應(yīng)器呈現(xiàn)如權(quán)利要求1-7 中任一所具有的特征。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的部件，其特征在于，線圈和感應(yīng)器的開沐被 塑造成一部分沿著一個平坦的表面延伸， 一部分沿著以圓柱的或^ifi于表皮安 裝用于加熱的殼體的一部分的形式的一，面延伸。
11. 一種旋穀幾旋翼槳葉(42)，其包含根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一戶腿的裝 置，或呈現(xiàn)權(quán)禾腰求8-10中任一個所具有的特征。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的槳葉，其特征在于，包括一個單獨的感應(yīng)器，該 感應(yīng)器沿著槳葉長度方向上的主體部分并沿著前緣(45)延伸。
13. 根據(jù)權(quán)禾腰求11所述的槳葉，其特征在于，包括多個感應(yīng)器，這些感應(yīng)器沿著槳葉長度方向上的主體部分并沿著前緣延伸。
14. 一種用于防止飛行器壁面結(jié)冰的方法，其中使用根據(jù)權(quán)利要求1-7中任 一戶腿的裝置，其中感應(yīng)^^皮接通頻率在10kHz到100kHz的范圍內(nèi)，雌地 在40kHz到70kHz的范圍內(nèi)，特別接近約50kHz內(nèi)的電流。
15. 根據(jù)權(quán)禾腰求14所述的方法，其特征在于，感應(yīng)器皮供給小于100A的 電流。
16. —種修復(fù)飛行器避面的方法，其中4頓根據(jù)權(quán)禾腰求1-7中任一戶腿的 裝置。
17. —種減輕飛行器電磁信號的方法，其中4OT根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所 述的裝置，其中感應(yīng)系統(tǒng)以相對低的電流水平致動。
全文摘要
一種用于防止飛行器壁面結(jié)冰的裝置，該壁面包括一個復(fù)合結(jié)構(gòu)(47)和一個由導(dǎo)電材料構(gòu)成的層(41)，該裝置包括多個薄感應(yīng)器元件(33-35)，感應(yīng)器元件被設(shè)計成基本平行于導(dǎo)電材料構(gòu)成的層或殼并處于一個足夠小的距離(40)延伸，以保證當(dāng)感應(yīng)器元件被一個適當(dāng)頻率的交流電源供給能量時，所述層或殼能夠快速而且均勻地加熱而不會顯著加熱復(fù)合結(jié)構(gòu)。
文檔編號B64D15/12GK101200219SQ20071030686
公開日2008年6月18日 申請日期2007年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者B·羅塞特, P·波士切特 申請人:尤洛考普特公司