ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЕ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2015 года по МПК B64D15/00 

Предложение относится к пртивообледенительным электроимпульсным устройствам и может быть использовано для удаления льда с металлических обшивок транспортных средств, таких как самолеты, вертолеты, экранопланы и суда, а также с металлических крыш зданий.

Известно электроимпульсное противообледенительное устройство для самолета (патент US 4678144, МПК B64D 15/16, 07.07.1987), содержащее индукторы, расположенные внутри крыла самолета и подключенные параллельно через тиристоры к накопителю энергии, связанному с высоковольтным преобразователем напряжения, и логическую импульсную цепь, выходы которой подключены к управляющим входам тиристоров. Недостаток устройства заключается в том, что тиристоры, закрывающиеся при первом же переходе разрядного тока через ноль, не обеспечивают полного использования запасенной в накопителе энергии для сброса льда.

Известно противообледенительное устройство (патент RU 2112708, МПК B64D 15/16, 10.06.1998), содержащее зарядный элемент, накопительный конденсатор, катушки, тиристоры, блок управления и формирователь импульсов напряжения, выполненный в виде тиристорного ключа, дросселя, двух диодов и выходного конденсатора. Недостаток устройства состоит в том, что при достижении разрядным током в одной из катушек максимального значения и при смене полярности напряжения на накопительном конденсаторе катушка шунтируется диодом, прерывающим колебательный процесс в разрядной цепи и снижающим эффект преобразования энергии накопителя в энергию удара.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является электроимпульсный антиобледенитель (патент US RE 38,024 Е, МПК B64D 15/00, B64D 15/16, 11.03.2003), включающий в себя размещенные в крыле самолета электромагнитные индукторы, подключенные через тиристоры параллельно шунтирующему диоду и накопительному конденсатору, соединенному с зарядным устройством, и распределитель управляющих импульсов, выходы которого связаны с управляющими электродами тиристоров.

Недостаток устройства также заключается в недостаточно полном преобразовании энергии накопителя в энергию удара, осуществляющего сброс льда с обшивки крыла.

Предлагаемое устройство обеспечивает полное преобразование энергии накопителя в энергию удара за счет введения в разрядную цепь индуктора двунаправленного коммутационного элемента и отсутствия шунтирующего накопительный конденсатор диода.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электроимпульсного противообледенительного устройства, на фиг. 2 - вариант выполнения двунаправленного коммутационного элемента с помощью выпрямительного моста и тиристора, а на фиг. 3 -вариант элемента с использованием симистора, на фиг. 4 и 5 изображены временные диаграммы напряжения на накопительном конденсаторе и тока через электромагнитный индуктор соответственно для прототипа и для предлагаемого устройства.

Устройство содержит укрепленные вблизи металлической обшивки 1 транспортного средства электромагнитные индукторы 2, подключенные через управляемые коммутационные элементы 3 параллельно накопительному конденсатору 4, соединенному с зарядным устройством 5. Устройство включает в себя также распределитель 6 управляющих импульсов, выходы которого связаны с управляющими входами элементов 3. При этом элементы 3 выполнены двунаправленными, иначе говоря, сохраняющими проводимость при изменении направления тока. В одном из вариантов выполнения элемент 3 содержит выпрямительный мост 7, диагональ переменного тока которого подключена к внешним выводам элемента 3, а к диагонали постоянного тока подсоединен тиристор 8, управляющий электрод которого связан с управляющим входом элемента 3. В другом варианте выполнения элемента 3 он представляет собой симистор 9, основные выводы которого связаны с внешними выводами элемента 3, а управляющий электрод - с управляющим входом элемента 3.

Электроимпульсное противообледенительное устройство работает следующим образом.

При включении устройство 5 заряжает конденсатор 4. По окончании заряда распределитель 6 подает импульс на управляющий вход первого (верхнего по схеме) элемента 3, под действием которого он переводится в проводящее состояние. Конденсатор 4 разряжается через элемент 3 на первый индуктор 2. Процесс разряда носит колебательный характер, определяемый параметрами разрядной цепи - величинами емкости конденсатора 4 и индуктивности индуктора 2 с учетом влияния обшивки 1. Обычно величина собственной частоты цепи составляет 1-2 кГц. Колебательный процесс носит затухающий характер и практически полностью завершается в течение двух-трех периодов собственной частоты. В течение этого времени индуктор 2 наводит в обшивке 1 вихревые токи, взаимодействие которых с током индуктора 2 вызывает эффект удара, деформирующего обшивку 1 и сбрасывающего с нее лед. Для того чтобы колебательный процесс в разрядной цепи не прерывался в течение времени его действия, длительность импульса управления составляет не менее двух-трех периодов собственной частоты разрядного контура, при этом элемент 3 проводит ток, меняющий свое направление. Диаграммы напряжения на конденсаторе 4 и тока в индукторе 2 показаны на фиг. 5. Учитывая, что амплитуда второй (отрицательной) полуволны тока составляет величину порядка 60-70% от амплитуды первой (положительной) полуволны тока, ее вклад в суммарную силу удара будет достаточно велик - порядка 30-40%. По окончании действия управляющего импульса элемент 3 при первом же пересечении тока в индукторе 2 через ноль самопроизвольно закрывается. Устройство 5 вновь заряжает конденсатор 4, распределитель 6 подает сигнал управления на управляющий вход второго элемента 3, через который конденсатор 4 разряжается на второй индуктор 2, сбрасывающий лед со второго участка обшивки 1. Аналогичным образом срабатывают и все последующие индукторы 2. Частота «обегания» индукторов 2 составляет, как правило, не более 1 Гц.

В качестве элемента 3, обладающего двусторонней проводимостью, может быть использован выпрямительный мост 7 в сочетании с тиристором 8, включенным в его диагональ переменного тока, или симистор 9 при условии, что он обладает требуемыми мощностными характеристиками. Возможно также совместное использование моста 7 и транзистора IGBT (вместо тиристора 8) с соответствующим драйвером управления.

В известных устройствах, в которых конденсатор 4 зашунтирован диодом в обратной полярности, а в качестве элемента 3 использован обычный тиристор, естественный колебательный процесс в индукторе 2 нарушается - см. диаграмму 4. Задний фронт импульса тока оказывается растянутым и не обеспечивает наведения в обшивке 1 больших вихревых токов (из-за эффекта просачивания поля через достаточно тонкую обшивку 1), что существенно уменьшает силу удара. Что касается снижения надежности высоковольтного импульсного накопительного конденсатора 4 из-за кратковременного (доли миллисекунды) изменения на нем полярности напряжения во время колебательного процесса и с учетом длительных пауз между разрядами - порядка секунды, то оно не существенно.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает повышение его эффективности и снижение потерь мощности. По сравнению с известными устройствами заданная сила удара может быть достигнута при меньшем рабочем напряжении конденсатора или при его меньшей емкости.

Электроимпульсное противообледенительное устройство содержит электромагнитные индукторы, управляемые коммутационные элементы, накопительный конденсатор, зарядное устройство, распределитель управляющих импульсов, тиристор, соединенные определенным способом. Электромагнитные индукторы расположены вблизи металлической обшивки транспортного средства. Коммутационные элементы выполнены двунаправленными в виде выпрямительного моста с тиристором. Обеспечивается высокая эффективность устройства за счет снижения потерь мощности. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электроимпульсное противообледенительное устройство, содержащее укрепленные вблизи металлической обшивки транспортного средства электромагнитные индукторы, подключенные через управляемые коммутационные элементы параллельно накопительному конденсатору, соединенному с зарядным устройством, и распределитель управляющих импульсов, выходы которого связаны с управляющими входами коммутационных элементов, отличающееся тем, что коммутационные элементы выполнены двунаправленными.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из двунаправленных коммутационных элементов содержит выпрямительный мост, диагональ переменного тока которого подключена к внешним выводам элемента, а к диагонали постоянного тока подсоединен тиристор, управляющий электрод которого связан с управляющим входом элемента.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из двунаправленных коммутационных элементов представляет собой симистор, основные электроды которого связаны с внешними выводами элемента, а управляющий электрод - с управляющим входом элемента.