ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1997 года по МПК B64D15/16 

Изобретение относится к авиации, а именно противообледенительным устройствам противообледенительной системы летательного аппарата, и может быть применено для защиты от обледенения конструкций самолетов и вертолетов, в частности крыльев и оперения самолета, лопастей несущего винта вертолета.

Известно противообледенительное устройство для конструкций летательного аппарата, содержащее накопитель энергии, состоящий из конденсатора с нагрузкой и цепи управления, N катушек индуктивности, размещенных вдоль поверхности, освобождаемой ото льда, программное устройство, последовательно управляющее тиристорами, находящимися в цепи катушек индуктивности [1]
Недостатком известного противообледенительного устройства является то, что при его работе возможны повреждения защищаемой конструкции посредством образования трещин. Физика указанного явления проявляется в том, что посредством катушек индуктивности формируются колебания непосредственно защищаемой конструкции, при этом обшивка под действием знакопеременного магнитного поля начинает вибрировать, а возникающие при этом напряжения в материале обшивки могут привести к образованию микротрещин и, в дальнейшем, к трещинам, приводящим к недопустимым повреждениям усталостного характера защищаемой конструкции. В случае, если защищаемая конструкция выполнена из композиционных материалов, то наведение вихревых токов в обшивки, необходимых для создания вибрации обшивки, практически невозможно.

Ближайшим аналогом является противообледенительного устройство для конструкций летательного аппарата, содержащее укрепленные для конструкций летательного аппарата, содержащее укрепленные на защищаемой конструкции слой резины с металлическими пластинами внутри последней, равномерно расположенными с зазором относительно друг друга в своей плоскости, и плоские электромагнитные катушки, связанные между собой, и подключенные к источнику питания с помощью электрической системы, создающей пульсирующее электромагнитное поле [2]
Недостатком этого противообледенительного устройства является то, что оно ограниченно в применение из-за большого расхода электроэнергии, необходимой для работы данного типа противообледенительного устройства (при установке последнего на конструкции большой площади). При применение резины с большим удельным весом увеличивается масса конструкции и масса летательного аппарата в целом.

Целью изобретения является повышение эффективности работы противообледенительного устройства за счет снижения расхода электроэнергии.

Цель достигается тем, что в противообледенительном устройстве для конструкций летательного аппарата металлические пластины выполнены в виде постоянных магнитов с четко обозначенными полюсами, плоские электромагнитные катушки размещены на внутренней поверхности слоя из резины, примыкающей к защищаемой конструкции, а слой резины и плоские электромагнитные катушки скреплены с защищаемой конструкции посредством слоя токонепроводящего герметика.

На фиг.1 представлена схема конструкции противообледенительного устройства в варианте установки его на передней кромке крыла; на фиг.2 схеме расположения элементов конструкции противообледенителя; на фиг.3 схема работы противообледелительного устройства при совпадении полярностей электромагнитного поля и постоянных магнитов; на фиг.4 схема работы при несовпадении полярностей.

Противообледенительное устройство для конструкции летательного аппарата содержит слой резины 1, металлический наполнитель 2, выполненный в виде плоских постоянных магнитов (N/S), встроенных в слой резины 1 и расположенных в ней с зазором относительно друг друга в своей плоскости, слой металлизации, выполненный в виде N плоских электромагнитных катушек 3, связанных между собой и подключенных к выходу усилителя мощности 4, вход которого связан с выходом задающего генератора частоты 5, блок управления 6, выходы которого связанны с входами усилителями мощности 4 и задающего генератора 5. Слой резины 1 по внутренней поверхности по которой нанесен слой металлизации в виде N плоских катушек индуктивности 3 (электромагнитных катушек), скрепленной с защищаемой конструкцией 8 посредством слоя токопроводящего герметика 9. Постоянные магниты 2 имеют четко обозначенные полюса (N/S).

Противообледенительное устройство для конструкций летательного аппарата устанавливается на передней кромке защищаемой конструкции, например на передней кромке крыла, посредством приклеивание слоя резины 1 конструкции 8 токопроводящего герметика 9. При этом слой металлизации, выполненный в виде N плоских электромагнитных катушек 3, не касается металлической обшивки защищаемой конструкции 8. Слой резины 1 выполнен в форме, аналогичной передней кромке конструкции 8, и имеет плавное сопряжение с защищаемой конструкцией 8. В связи с этим лед образуется на слое резины 1.

Противообледенительное устройство для конструкций летательного аппарата работает следующим образом.

При образование льда на переохлажденном слое резины 1, включается система защиты от обледенения. При этом ток с блока питания 7 подается на задающий генератор частоты 5 и на усилитель мощности 4. Одновременно с этим с блока управления 6 управляющий сигнал подается на усилитель мощности 4 и на задающий генератор 5. По управляющим командам с блока управления 6 выводится на рабочий режим задающий генератор 5 и включается в работу усилитель мощности 4. Сигнал f определенной частотой задающего генератора 5 подается на усилитель мощности 4, а с последнего, уже усиленный, на электромагнитные катушки 3. При этом катушки 3 создают электромагнитное поле (N/S), вектор которого направлен в сторону защищаемой конструкции 8. В связи с тем, что электромагнитное поле (N/S) от электромагнитных катушек 3 будет воздействовать на металлический наполнитель 2, выполненный в виде установленных в слое резины 1 постоянных магнитов с четко обозначенными полюсами (N/S) полярность которых не меняется в отличие от полярности от полярности электромагнитного поля, где полярность меняется в зависимости от поступления сигналов "+" или "-" на обмотки катушек 3. Переменное магнитное поле (N/S) от катушек 3 будет поочередно (в каждый из полупериодов колебаний сигнала выдаваемого задающим генератором 5) либо притягивает к себе постоянные магниты 2 (при разности полюсов электромагнитного поля и постоянных магнитов 2), либо их отталкивать (при совпадении полярности полюсов).

Например, если в первый полупериод колебаний электромагнитное поле имеет знак полярности, который совпадает со знаком полярности постоянного магнита 2 ("+" "+" или "-" "-"), то постоянные магниты 2 будут отталкиваться в сторону от защищаемой поверхности конструкции 8. Вследствие упругости резины 1 они будут при своем перемещении растягивать слой резины 1 и воздействовать на ее внешние участки на которых образовался лед. При этом в следствие деформации резинового слоя 1 лед будет растрескиваться и частично сбрасываться с наружной поверхности резинового слоя 1 набегающим потоком воздуха V.

Во второй полупериод, когда знак электромагнитного поля изменится на противоположный (например, "минус" на "плюс" и наоборот) и будет отличен от знака магнитного поля постоянного магнита 2 (где полярность не меняется), постоянные магниты 2 будут притягиваться к катушкам 3, перемещаясь в сторону защищаемой конструкции 8. Вслед за собой они будут увлекать внешнюю поверхность слоя резины 1, дополнительно воздействуя на оставшиеся частички льда. Такое воздействие будет дополнительно дробить оставшийся после первичной деформации слоя резины лед, после чего раздробленный и оторванный от поверхности резины 1 частички льда будут сбрасываться набегающим потоком воздуха V.

Большая частота вибраций слоя резины 1 будет способствовать эффективному дроблению льда. Варьированием силы тока, подаваемого на обмотки плоских электромагнитных катушек 3, можно регулировать амплитуды колебаний наружной поверхности слоя резины 1. При этом противообледенительное устройство будет с одинаковой эффективностью воздействовать как на лед большой толщины (более 5 мм), так и на лед меньшей толщины, обладающей большой упругостью к механическим деформациям своей поверхности.

Эффективность работы предлагаемого противообледенительного устройства для конструкций летательного аппарата заключается в минимальном потребление энергии от блока питания. Усиление сигнала с задающего генератора способствует повышению силы тока, подаваемого на плоские электромагнитные катушки, что, скажется на повышение напряженности электромагнитного поля, вырабатываемого ими. Противообледенительное устройство может работать или в постоянном режиме, не допуская образования льда на поверхности слоя резины, или и в импульсном режиме, по командам сигнализатора обледенения (например, связанного с блоком управления). При этом незначительные деформации поверхностного слоя резины, достаточные для дробления льда, практически не будут ухудшать аэродинамические характеристики обтекания потоком воздуха несущих поверхностей, на которых будут установлены противообледенительные устройства. Данный фактор положительно сказывается на летных характеристиках летательного аппарата (самолета ил вертолета).

Использование: в устройствах противообледелительных систем для конструкций летательных аппаратов, в частности для крыльев и оперения самолетов, лопастей несущего винта вертолетов различного назначения. Сущность изобретения: противообледенительное устройство содержит укрепленный на защищаемой конструкции слой резины с металлическим наполнителем внутри поледеней, выполненным в виде встроенных в слой резины постоянных магнитов с четко обозначенными полюсами, расположенными с зазором относительно друг друга в своей плоскости и плоские электромагнитные катушки, связанные между собой и подключенные к источнику питания с помощью электрической системы, создающей пульсирующее электромагнитное поле. Слой резины скреплен по внутренней поверхности защищаемой конструкции посредством слоя токонепроводящего герметика. 4 ил.

Противообледенительное устройство для конструкций летательного аппарата, содержащее укрепленные на защищаемой конструкции слой резины с металлическими пластинами внутри, равномерно расположенными с зазором относительно друг друга в своей плоскости, и плоские электромагнитные катушки, связанные между собой и подключенные к источнику питания с помощью электрической системы, создающей пульсирующее электромагнитное поле, отличающееся тем, что металлические пластины выполнены в виде постоянных магнитов с четко обозначенными полюсами, плоские электромагнитные катушки размещены на внутренней поверхности слоя из резины, примыкающей к защищаемой конструкции, а слой резины и плоские электромагнитные катушки скреплены с защищаемой конструкцией посредством токонепроводящего герметика.