ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ Российский патент 2023 года по МПК B64D15/12 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №62/723,270, поданной 27 августа 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящая заявка относится к системам нагрева для проводящих материалов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Многие проводящие поверхности, такие как поверхности автомобилей, летательных аппаратов и спутников, ежедневно подвергаются воздействию условий низких температур и обледенения. Скопление льда или воды на проводящих поверхностях этих конструкций может привести к неэффективным или небезопасным условиям эксплуатации. Например, скопление льда на крыльях летательного аппарата может привести к снижению подъемной силы и увеличению сопротивления.

Многие из этих конструкций не оснащены системами нагрева или же оснащены системами нагрева, требующими использования громоздкого электронного оборудования или оборудования другого типа. Использование громоздких устройств в данной отрасли промышленности является проблемой.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящей заявке описаны технологии нагрева проводящих поверхностей. Эти технологии, как правило, предусматривают использование высокочастотных сигналов переменного тока (например, с частотой выше 1 кГц) для формирования плотности тока в целевой области проводящей объемной среды (например, проводящего материала), что приводит к джоулеву нагреву среды.

Джоулев нагрев, также известный как омический нагрев или резистивный нагрев, представляет собой процесс, в ходе которого при прохождении электрического тока через проводник вырабатывается тепло. Количество тепла, вырабатываемого проводящей средой, зависит от количества тока, прошедшего через среду, и электрического сопротивления среды. Следовательно, нагрев можно регулировать (например, увеличивать или уменьшать) путем регулировки тока, напряжения, сопротивления или их комбинации.

Сопротивление определенного проводника может быть увеличено путем ограничения объема проводника, в котором может протекать ток, и увеличения длины, вдоль которой течет ток. Варианты реализации настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью осуществления нагрева объемной среды путем управления механизмами формирования (например, сужения, удлинения и т.д.) тока в проводящей среде (например, объемной среде, проводнике): например, с использованием поверхностного эффекта и эффекта близости. Оба эффекта основаны на пропускании высокочастотного переменного тока через проводящую среду, которая должна быть нагрета. Поверхностный эффект ограничивает протекание тока за счет использования тенденции переменного электрического тока к распределению в проводнике таким образом, что плотность тока увеличивается вблизи поверхности проводника и уменьшается в направлении вглубь проводника. Эффект близости может использоваться для дополнительного ограничения протекания тока в проводнике путем размещения другого пути переменного тока вблизи существующего тока, протекающего в проводнике. Эффект близости также может удлинять путь тока.

Например, варианты реализации настоящего изобретения выполнены с возможностью увеличения сопротивления объемной среды вдоль пути тока через среду путем сужения тока вдоль пути. Следовательно, варианты реализации могут обеспечивать повышенную эффективность нагрева в проводящих средах и при этом позволяют уменьшить количество тока, необходимого для выработки тепла. То есть за счет увеличения эффективного сопротивления проводящей среды вдоль конкретного пути тока для осуществления джоулева нагрева среды может потребоваться меньшее количество тока, чем потребовалось бы в ином случае.

В общем, согласно первому аспекту настоящего изобретения система для нагрева объемной среды включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; и систему управления питанием, подключенную к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью создания эффективного сопротивления объемной среды вдоль пути тока между электродами путем формирования плотности тока в объемной среде, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек пути тока с помощью системы управления питанием путем регулировки эффекта близости тока.

Второй общий аспект может быть воплощен в системе для нагрева объемной среды, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; и систему управления питанием, подключенную к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока в объемной среде, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек пути тока с помощью системы управления питанием путем регулировки эффекта близости тока.

Третий общий аспект может быть воплощен в системе, которая включает в себя два или более электродов, выполненных с возможностью подключения к объемной среде; и систему управления питанием, выполненную с возможностью подключения электродов и нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек участка пути тока с помощью системы управления питанием путем регулировки эффекта близости тока.

Четвертый общий аспект может быть воплощен в системе, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами с частотой выше 1 кГц и ниже 300 ГГц; и второй путь тока, расположенный вблизи поверхности объемной среды и вдоль пути тока через объемную среду.

Пятый общий аспект может быть воплощен в системе нагрева, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через объемную среду для нагрева объемной среды; и схему регулировки импеданса, подключенную между системой управления нагревом и электродами и выполненную с возможностью регулировки импеданса системы управления нагревом в соответствии с импедансом объемной среды.

Шестой общий аспект может быть воплощен в системе нагрева, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде, причем каждый из двух или более электродов включает в себя материал, обладающий по меньшей мере такой же электропроводностью, как объемная среда, и подключенный к объемной среде таким образом, чтобы уменьшать контактное сопротивление между электродом и объемной средой; и систему управления питанием, выполненную с возможностью подключения к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, причем система нагрева формирует плотность тока путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока.

Седьмой общий аспект может быть воплощен в противообледенительной системе летательного аппарата, которая включает в себя два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к участку летательного аппарата; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами путем: выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через участок летательного аппарата между электродами с частотой от 1 МГц до 50 МГц, причем частота вызывает формирование плотности тока в первом направлении путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока; и обеспечения второго пути тока, расположенного вдоль по меньшей мере участка пути тока через участок летательного аппарата и в пределах 10 см от поверхности участка летательного аппарата, причем близость второго пути тока к поверхности участка летательного аппарата вызывает формирование плотности тока во втором отличном направлении путем регулировки эффекта близости тока вдоль участка пути тока.

Восьмой общий аспект может быть воплощен в системе для нагрева внешней поверхности объемной среды. Система включает в себя две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к объемной среде. Каждая из соединительных полос имеет многослойную конструкцию, проходящую вдоль поверхности объемной среды, которая в комбинации с объемной средой образует линию электропередачи. Многослойная конструкция включает в себя первый диэлектрический слой поверх объемной среды, проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя, второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя. Система управления питанием подключена к проводящему слою каждой из соединительных полос и к объемной среде. Система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности объемной среды путем подачи электрического тока на соединительные полосы. В различных вариантах реализации объемная среда может представлять собой обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.

Девятый общий аспект может быть воплощен в системе для нагрева внешней части конструкции, причем конструкция выполнена из непроводящего материала. Конструкция включает в себя объемный проводящий материал, встроенный в нее. Система включает в себя две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к конструкции. Каждая из соединительных полос имеет многослойную конструкцию, проходящую вдоль конструкции, которая в комбинации с объемным проводящим материалом, встроенным в конструкцию, образует линию электропередачи. Многослойная конструкция включает в себя проводящий слой, перекрывающий объемный проводящий материал, и первый диэлектрический слой между объемным проводящим материалом и первым проводящим слоем. Система управления питанием подключена к проводящему слою каждой из соединительных полос и к конструкции. Система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности конструкции путем подачи электрического тока на соединительные полосы. В различных вариантах реализации конструкция может представлять собой обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.

Десятый общий аспект может быть воплощен в способе установки системы для нагрева объемной среды. Способ включает в себя этап, на котором получают соединительные полосы, причем каждая соединительная полоса содержит многослойную конструкцию, которая включает в себя первый диэлектрический слой, проводящий слой, перекрывающий первый диэлектрический слой, проводящий экранирующий слой, перекрывающий проводящий слой, и второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем. Способ включает этап, на котором прикрепляют каждую из соединительных полос к поверхности объемной среды на расстоянии друг от друга, при этом первый диэлектрический слой каждой соединительной полосы расположен между объемной средой и проводящим слоем. Способ включает в себя этап, на котором подключают проводящий слой каждой из соединительных полос к системе управления питанием, выполненной с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы. В различных вариантах реализации объемная среда содержит обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.

Объект настоящего изобретения, описанный в настоящей заявке, может быть реализован так, чтобы осуществлять одно или более следующих преимуществ. Для нагрева проводника может использоваться менее громоздкая электрическая система меньшего веса. Кроме того, нагрев может быть локализован в целевой области, чтобы не перегревать схемы системы нагрева. Система нагрева может быть более эффективной, например, за счет выработки тепла непосредственно в самой объемной среде (например, крыле летательного аппарата), а не в нагревательном элементе или нагревательном слое, прикрепленном к объемной среде. Система также может использовать меньший ток и напряжение для нагрева, что потенциально повышает безопасность и надежность. В некоторых вариантах реализации может быть также уменьшено напряжение компонентов. Установка или модернизация системы может происходить проще, быстрее или дешевле. Обслуживание системы может быть дешевле или проще. Система может не требовать вмешательства при установке в существующие системы. Система может быстрее устранять обледенение.

Подробная информация об одном или более вариантах реализации объекта настоящего изобретения приведена на приложенных чертежах и в следующем далее описании. Другие признаки, аспекты и преимущества объекта настоящего изобретения станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение примерной системы для нагрева объемной среды.

Фиг. 2A-2B представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие примерную систему для нагрева объемной среды, в которой используется поверхностный эффект для концентрации плотности тока в первом направлении в объемном проводнике.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий повышенную концентрацию плотности тока в зависимости от подаваемого переменного тока за счет поверхностного эффекта.

Фиг. 4A-D представляют собой схематические изображения, иллюстрирующие примерные системы для нагрева объемной среды, в которых используется эффект близости для концентрации плотности тока во втором направлении в объемном проводнике.

Фиг. 5A-B представляют собой результаты графического моделирования, иллюстрирующие повышенную концентрацию плотности тока в объемном проводнике вблизи второго проводника в зависимости от расстояния между проводниками за счет эффекта близости.

Фиг. 6A представляет собой схематическое изображение примерной системы для нагрева объемной среды с использованием группы электродов.

Фиг. 6B-D представляют собой схематические изображения примерных систем для нагрева объемной среды с использованием различных электродных устройств.

Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение примерного блока преобразования сигнала, включающего в себя основные подблоки преобразования в стандартизированное питание и выработки переменного тока.

Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение примерного блока преобразования сигнала, включающего в себя основные подблоки преобразования в стандартизированное питание, выработки переменного тока и управления.

Фиг. 9A представляет собой схематическое изображение примерного подблока преобразования в стандартизированное питание, включающего в себя обратноходовой преобразователь и синфазный дроссель.

Фиг. 9B представляет собой схематическое изображение примерного обратноходового преобразователя.

Фиг. 10A представляет собой схематическое изображение примерного подблока выработки переменного тока, включающего в себя усилитель класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор с температурной компенсацией и драйвер затвора.

Фиг. 10B представляет собой схематическое изображение примерного коммутирующего усилителя класса D.

Фиг. 10C представляет собой схематическое изображение примерного подблока выработки переменного тока, включающего в себя усилитель класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор с температурной компенсацией, драйвер затвора и каскад преобразования малой мощности.

Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение примерного подблока управления, включающего в себя микроконтроллер и каскад преобразования малой мощности.

Фиг. 12 представляет собой схематическое изображение схемы регулировки импеданса между источником и нагрузкой.

Фиг. 13A-D представляют собой схематические изображения примерных структурных блоков схемы регулировки импеданса.

Фиг. 14 представляет собой схематическое изображение примерного блока схемы регулировки, включающего в себя подблок пассивной регулировки.

Фиг. 15A представляет собой схематическое изображение примерного блока схемы регулировки, включающего в себя подблок активной регулировки и подблок управления.

Фиг. 15B представляет собой схематическое изображение примерного блока схемы регулировки, включающего в себя подблок активной регулировки, каскад преобразования малой мощности и подблок управления.

Фиг. 16 представляет собой схематическое изображение ступеней кабелей в примерной системе нагрева.

Фиг. 17 представляет собой схематическое изображение примерного электрода для системы нагрева.

Фиг. 18A представляет собой схематическое изображение примерного крепления между электродом и объемной средой посредством паяного соединения.

Фиг. 18B представляет собой схематическое изображение примерного крепления между электродом и объемной средой посредством заклепок.

Фиг. 18C представляет собой схематическое изображение примерного крепления между электродом и объемной средой посредством герметизирующей ленты.

Фиг. 18D представляет собой схематическое изображение примерного комбинированного крепления между электродом и объемной средой.

Фиг. 19 представляет собой вид в разрезе примерной соединительной полосы для подачи высокочастотных сигналов нагрева на объемную среду в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

Фиг. 20 представляет собой примерную схему расположения соединительных полос по Фиг. 19 на крыле летательного аппарата.

Фиг. 21 представляет собой вид сверху нескольких примерных соединительных полос для иллюстрации различных конфигураций проводящего слоя в соединительной полосе.

Фиг. 22A представляет собой график моделируемой плотности тока, создаваемой в обшивке летательного аппарата примерной соединительной полосой, и плотности электрического поля между соединительной полосой и обшивкой летательного аппарата.

Фиг. 22B представляет собой график моделируемой плотности тока, создаваемой в обшивке летательного аппарата, проиллюстрированной на Фиг. 22A.

Фиг. 23 представляет собой схематические изображения схем расположения нескольких примерных компоновок проводящего слоя в соединительной полосе.

Фиг. 24A представляет собой вид в разрезе, взятом по линии A-A', соединительной полосы согласно схеме A расположения на Фиг. 23.

Фиг. 24B представляет собой вид в разрезе, взятом по линии B-B', соединительной полосы согласно схеме B расположения на Фиг. 23.

Фиг. 24C представляет собой вид в разрезе, взятом по линии C-C', соединительной полосы согласно схеме C расположения и схеме D расположения на Фиг. 23.

Фиг. 25A представляет собой вид в разрезе примерной конфигурации для крепления соединительной полосы к объемной среде.

Фиг. 25B представляет собой вид в разрезе другой примерной конфигурации для крепления соединительной полосы к объемной среде.

Фиг. 26A представляет собой вид в разрезе соединительной полосы с двусторонним адгезивным нижним слоем до установки на объемную среду; Фиг. 26B представляет собой вид в разрезе соединительной полосы по Фиг. 26A, установленной на объемную среду.

Фиг. 27A-27F представляют собой виды в разрезе различных вариантов реализации встроенных соединительных полос.

Фиг. 28 представляет собой схематические изображения варианта реализации соединителя соединительной полосы.

Фиг. 29 представляет собой схематические изображения другого варианта реализации соединителя соединительной полосы.

Фиг. 30 представляет собой структурную схему первой примерной системы для нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения.

Фиг. 31 представляет собой структурную схему второй примерной системы для нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения.

Фиг. 32 представляет собой структурную схему третьей примерной системы для нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения.

Одинаковые элементы указаны на различных чертежах одинаковыми ссылочными позициями и обозначениями.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В системе нагрева согласно настоящему изобретению используется переменный ток для увеличения эффективного электрического сопротивления проводящих материалов (например, алюминия, углепластиков) с целью облегчения их нагрева. В общем, тепло, вырабатываемое в проводящем материале, может использоваться для плавления льда, образовавшегося на поверхности проводящего материала. Кроме того, тепло может использоваться для поддержания повышенной температуры проводящих материалов с целью предотвращения осаждения паров на поверхности или предотвращения замерзания воды на поверхности, а также предотвращения скопления замерзающих осадков (например, снега, ледяной крупы, тумана, ледяного дождя) на поверхности. Например, тепло, вырабатываемое в проводящем материале, может распространяться (например, рассеиваться) по всему проводящему материалу. Кроме того, вырабатываемое тепло может вызывать конвекцию на границе раздела проводящего материала и какой-либо жидкости на поверхности, например, для нагрева жидкости и предотвращения ее замерзания.

Для создания ряда электромагнитных эффектов, повышающих эффективное сопротивление проводящего материала, может использоваться переменный ток, что облегчает выработку тепла с использованием джоулева нагрева проводящего материала. К таким эффектам относятся поверхностный эффект, эффект близости, индукция, вихревые токи, гистерезисные потери и диэлектрические потери. Что касается поверхностного эффекта, если частота тока в проводнике установлена на достаточно высокое значение, большая часть тока будет проходить через глубину скин-слоя проводящего материала, которая значительно меньше геометрической толщины проводящего материала. Кроме того, для создания эффекта близости в проводящем материале может использоваться определенная геометрия устройства, которая будет дополнительно ограничивать ширину плотности тока и тем самым дополнительно увеличивать эффективное сопротивление вдоль пути тока в проводящем материале. Комбинация этих двух эффектов может использоваться для увеличения электрического сопротивления проводящего материала и, как результат, джоулева нагрева.

Например, джоулев нагрев в общем связан с теплом, вырабатываемым при прохождении электрического тока через проводник. Тепло, вырабатываемое в определенном токопроводящем проводнике, пропорционально сопротивлению материала, умноженному на среднеквадратичное значение амплитуды тока, возведенное в квадрат:

Тепло, выделяемое нагревательным элементом, как правило, увеличивается за счет увеличения тока, проходящего через проводник, и за счет обеспечения нагревательных элементов, имеющих относительно более высокое сопротивление. Однако в вариантах реализации настоящего изобретения осуществляется джоулев нагрев за счет эффективного использования определенных электромагнитных явлений (например, поверхностного эффекта и эффекта близости) для ограничения плотности локализованного тока в объемной среде. Это ограничение плотности тока приводит к увеличению эффективного сопротивления вдоль пути тока в объемной среде. Хотя конкретные эффекты могут различаться в разных материалах, имеющих разную геометрию, эффективное сопротивление для заданной длины вдоль пути тока через объемную среду в общем может быть представлено следующим образом:

где ρ - удельное сопротивление материала, через который проходит ток, l - длина пути тока, и A_eff - ограниченная площадь поперечного сечения плотности тока. В вариантах реализации настоящего изобретения используются электромагнитные явления для уменьшения A_eff до площади, меньшей, чем поперечное сечение объемной среды вдоль пути тока, что повышает эффективное сопротивление объемной среды выше эффективного сопротивления объемной среды постоянному току.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения эти электромагнитные явления могут использоваться для увеличения длины пути тока через объемную среду. Например, как описано ниже со ссылкой на Фиг. 4D, технологии, описанные в настоящей заявке, могут использоваться для «направления» пути тока по непрямому маршруту (например, по серпантинному пути) между двумя электродами, прикрепленными к объемной среде. Непрямой маршрут может создавать путь тока, эффективная длина (l_eff) которого больше, чем по существу прямой путь, который обычно образуется при пропускании тока между двумя электродами при отсутствии таких электромагнитных эффектов, как, например, эффект близости. Таким образом, системы, описанные в настоящей заявке, могут увеличивать длину l пути тока до эффективной длины (l_eff), превышающей прямой путь, по которому проходит ток при отсутствии различных систем и компоновок проводников, описанных в настоящей заявке. Соответственно, такие варианты реализации могут увеличивать эффективное сопротивление (R_eff) как путем ограничения эффективной площади (A_eff) поперечного сечения тока, проходящего через объемную среду, так и путем увеличения эффективной длины (l_eff), которую проходит ток через объемную среду, что дополнительно повышает эффективное сопротивление объемной среды выше эффективного сопротивления объемной среды постоянному току. В таких вариантах реализации эффективное сопротивление может быть в общем представлено следующим образом:

За счет использования таких технологий варианты реализации настоящего изобретения могут обеспечивать высокое локализованное сопротивление в проводящих объемных материалах (например, в алюминии, меди, стали и их сплавах).

Поверхностный эффект в контексте настоящей заявки в общем относится к тенденции переменного электрического тока к неравномерному распределению в проводнике таким образом, что плотность тока больше вблизи поверхности проводника и уменьшается по мере увеличения расстояния до поверхности проводника. Интенсивность поверхностного эффекта увеличивается с увеличением частоты тока и проводимости материала, по которому проходит ток. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения поверхностный эффект может регулироваться так, чтобы электрический ток протекал по большей части по внешней поверхности проводника (например, «в глубине скин-слоя») при более высоких частотах переменного тока.

В общем поверхностный эффект в проводнике может быть представлен следующей формулой:

$$J=J_S{e}^{-(1+j)d/\delta }\text{ with }\delta =\sqrt{\frac{2\rho }{\omega \mu }}\sqrt{\sqrt{1+{(\rho \omega \epsilon )}^2}+\rho \omega \epsilon }$$ ,

где J - плотность тока, J_s - поверхностная плотность тока, d - глубина точки, в которой рассчитывается плотность тока, δ - глубина скин-слоя, ρ - удельное сопротивление проводника, ω - угловая частота тока, μ - магнитная проницаемость проводника, ε - диэлектрическая проницаемость проводника. В случае цилиндрического проводника, имеющего радиус R основания, плотность тока может быть дополнительно получена следующим образом:

$$J=J_S\frac{J_0(\sqrt{\frac{-j\omega \mu }{\rho }}(R-d))}{J_0(\sqrt{\frac{-j\omega \mu }{\rho }}R)}$$ ,

где J₀ - функция Бесселя первого рода нулевого порядка.

В случае прямоугольной бесконечно длинной и широкой пластины, по которой проходит поверхностный ток, поверхностный эффект может быть представлен следующей формулой:

$$J=J_S\frac{sh(\sqrt{j\omega \sigma \mu }d)}{sh(\sqrt{j\omega \sigma \mu }e)}$$ ,

где J_s - вынужденная составляющая поверхностного тока, σ - проводимость пластины, e - толщина пластины, и sh - функция гиперболического синуса. Например, на графике, показанном на Фиг. 3, который будет более подробно рассмотрен ниже, показан пример ограничения плотности тока в глубине материала (например, в глубине скин-слоя) в цилиндрическом проводнике, вызванного поверхностным эффектом. Как описано выше, такое ограничение эффективного поперечного сечения увеличивает эффективное сопротивление проводника.

Например, на графике, показанном на Фиг. 3, который будет более подробно рассмотрен ниже, показан пример ограничения плотности тока в глубине материала (например, в глубине скин-слоя), вызванного поверхностным эффектом.

Эффект близости в контексте настоящей заявки в общем относится к влиянию переменного тока, текущего в первом пути тока (например, в проводнике), на плотность переменного тока, текущего во втором расположенном вблизи пути тока. Например, как показано на Фиг. 5A-5B и более подробно описано ниже, переменный ток в первом пути тока вызывает «сужение» или ограничение плотности переменного тока во втором пути тока вокруг первого пути тока. В вариантах реализации настоящего изобретения, например, плотность тока, проходящего через объемную среду, «притягивается» к другому проводнику, по которому проходит переменный ток, при размещении проводника вблизи тока, проходящего через объемную среду. Степень и направление ограничения плотности тока (например, концентрации), вызванного эффектом близости, зависят от нескольких переменных, включая, например, расстояние между двумя или более путями переменного тока, направление прохождения тока по отдельным путям тока относительно друг друга, частоту переменного тока в путях тока и величину отдельного тока в путях тока.

Для лучшего понимания система нагрева согласно настоящему изобретению будет описана со ссылкой на систему устранения обледенения и предотвращения обледенения для внешней поверхности самолета в качестве примерного контекста. Однако система нагрева согласно настоящему изобретению может использоваться в другом контексте, включая без ограничения нагрев поверхностей других летательных аппаратов, беспилотников, ветровых турбин, установок, участвующих в криогенных операциях, тепловых насосов, автомобилей, радиовышек, железнодорожных путей, пилотируемых или беспилотных военных транспортных средств, крыш или нагрев других проводящих поверхностей, на которых желательно контролировать образование льда и воды. Система нагрева может использоваться для устранения обледенения или предотвращения обледенения. В некоторых вариантах реализации система нагрева может использоваться для нагрева менее проводящих материалов, например, путем нанесения проводящего слоя поверх непроводящего материала или внутри него. Такие реализации могут использоваться для нагрева поверхностей дорог (например, проезжей части), строительных материалов, крыш, перекрытий или других материалов с низкой проводимостью или непроводящих материалов.

Устранение обледенения в контексте настоящей заявки в общем относится к удалению снега, льда или инея (в совокупности называемых «льдом») с поверхности. В некоторых вариантах реализации система нагрева может растапливать только часть льда, имеющегося на проводящей поверхности. Затем лед может быть удален с поверхности (например, за счет сползания с поверхности после начала процесса плавления и разрыва связей между льдом и поверхностью).

Предотвращение обледенения в контексте настоящей заявки в общем относится к предотвращению образования или налипания снега, льда или инея (в совокупности называемых «льдом») на поверхности. В некоторых вариантах реализации система нагрева поддерживает достаточно высокую температуру поверхности для предотвращения образования льда на поверхности и для предотвращения налипания или нарастания льда (например, из-за замерзающих осадков, таких как снег, иней, ледяная крупа, замерзающий дождь и т.д.).

На Фиг. 1 показана структурная схема примерной системы 100 нагрева для нагрева объемной среды. Система 100 нагрева включает в себя систему 104 управления питанием, подключенную к электродам 116 и 118. Электроды 116 и 118 подключены к целевой области объемной среды 102 (например, к части крыла летательного аппарата). Система 104 управления питанием вырабатывает переменный ток (например, с частотой 1 кГц или выше) в замкнутой цепи по проводу (или пути, или кабелю) 106, через объемную среду 102 и, наконец, по проводу (или обратному пути) 108. Направление 112 тока по проводам показано пунктирной стрелкой.

В некоторых вариантах реализации система 100 нагрева может включать в себя, без ограничения, систему 104 управления питанием, электроды 116 и 118 и специальные кабели (например, провода 108 и 106). В некоторых вариантах реализации система нагрева выполнена с возможностью подключения к электродам 116 и 118. В некоторых вариантах реализации система нагрева выполнена с возможностью подключения к специальным кабелям (например, 108 или 116). В некоторых вариантах реализации система 104 управления питанием может включать в себя, без ограничения, блок выработки сигнала, источник питания, блок преобразования сигнала, схему регулировки импеданса, блок управления и датчики, конкретные конфигурации которых более подробно описаны ниже. Как подробно описано ниже, в некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса представляет собой схему согласования импеданса.

В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 представляют собой контактные электроды. Например, электроды 116 и 118 физически соединены с объемной средой 102 для подачи электрического тока от системы 104 управления питанием на объемную среду. В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 могут быть подключены к объемной среде 102, но при этом электрически изолированы от объемной среды 102. Например, в таких вариантах реализации электроды 116 и 118 могут представлять собой ввод и вывод катушки индуктивности, расположенной вблизи объемной среды 102 для индуцирования тока в объемной среде 102 за счет магнитного поля.

Система 104 управления питанием может подавать ток с достаточно высокой частотой (например, выше 1 кГц) для ограничения протекания тока в направлении z между электродами 116 и 118 путем регулировки поверхностного эффекта, результатом которой является более высокое сопротивление объемной среды 102. Например, система 104 управления питанием может обеспечивать переменный ток с частотой от 1 кГц до 300 ГГц. В некоторых вариантах реализации частота тока составляет от 10 кГц до 30 ГГц. В некоторых вариантах реализации частота тока составляет от 100 кГц до 450 МГц. В некоторых вариантах реализации частота тока находится в диапазоне от 1 МГц до 50 МГц, от 100 МГц до 150 МГц, от 200 МГц до 300 МГц, от 400 МГц до 500 МГц или от 800 МГц до 1 ГГц.

В некоторых вариантах реализации обратный путь 108 расположен в непосредственной близости от поверхности объемной среды 102. Близость обратного пути 108 к поверхности объемной среды может использоваться для регулировки эффекта близости тока, протекающего между электродами 116 и 118 и, следовательно, дополнительного ограничения тока и увеличения нагрева объемной среды. Для использования эффекта близости с целью формирования тока, протекающего между электродами 116 и 118, необязательно использовать обратный путь 108 тока от самой цепи системы нагрева. В некоторых вариантах реализации в непосредственной близости (например, на расстоянии 120a) от объемной среды 102 может быть расположен другой путь 122 тока (например, от другой цепи). Например, когда расстояние 120 или 120a от пути 108 или 122 тока до объемной среды 102 достаточно мало, эффект близости может использоваться для дополнительного ограничения прохождения тока через объемную среду.

Например, для создания эффекта близости расстояние 120 (или 120a) между объемной средой и путем 108 (или 122) может составлять менее 1 м, или менее 50 см, или менее 10 см. Если имеется возможность обеспечения меньших расстояний с учетом конструктивных ограничений (например, если в случае крыла самолета в качестве объемной среды нервюра или лонжерон самолета не находятся на обратном пути 108/122), расстояние 120 (или 120a) может составлять менее 25 см или менее 10 см.

Объемная среда 102 может включать в себя такие материалы, как, без ограничения алюминий, металлические сплавы, углепластики, медь, серебро, титан или сталь. Например, объемная среда может представлять собой любую часть планера летательного аппарата (например, внешнюю оболочку или поверхность самолета, также известную как «обшивка» самолета), такую как фюзеляж, крылья, шасси, хвостовое оперение и т.д.

Электроды (116 и 118) могут включать в себя такие материалы, как, без ограничения, алюминий, серебро, медь, их сплавы или другие проводящие материалы. В некоторых вариантах реализации материал электродов имеет по меньшей мере такую же электропроводность, как объемная среда 102. В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 могут быть расположены в матрицах электродов. Электроды могут быть подключены к объемной среде различными способами, например, к верхней или нижней поверхности среды, или могут быть встроены в среду.

Система 100 нагрева выполнена с возможностью обеспечения эффективного сопротивления в объемной среде 102 путем формирования плотности тока через среду. Другими словами, в случае самолета существующий планер самолета будет использоваться как часть электрической цепи системы нагрева. Система 100 нагрева формирует плотность тока путем регулировки поверхностного эффекта, эффекта близости или их комбинации для увеличения эффективного сопротивления объемной среды 102 вдоль пути тока между электродами 116 и 118. В некоторых случаях эффект близости также используется для направления пути тока, например, как показано на Фиг. 4D, для нагрева необходимых участков объемной среды. Участок объемной среды, который должен быть нагрет, может называться «целевым местом нагрева» или «целевым местом».

В некоторых вариантах реализации переменный ток с частотой 1 кГц или выше может пропускаться непосредственно через планер самолета. В результате на участке планера вблизи поверхности, через которую проходит ток, будет происходить джоулев нагрев. Кроме того, тепло, вырабатываемое при прохождении тока, за счет теплопроводности будет распространяться по всей объемной среде 102.

Со ссылкой на Фиг. 2A-2B, система 100 нагрева формирует плотность тока через среднюю целевую область 102 путем использования поверхностного эффекта. Как и на Фиг. 1, переменный ток (в направлении 212) подается посредством электродов 116 и 118 через целевую область объемной среды 102. Фиг. 2A представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее профиль (например, вид сбоку) плотности 202 тока через целевую область объемной среды 102 без поверхностного эффекта (например, с частотой тока менее 1 кГц). Ток течет в направлении y (212), при этом большая часть тока протекает в объеме среды 102, обозначенном стрелками. Например, ток имеет глубину 206 около 2 мм, например, почти по всей толщине объемной среды. Таким образом, на Фиг. 2A показана работа системы 100 с незначительным формированием плотности тока за счет поверхностного эффекта или без такого формирования.

Фиг. 2B представляет собой схематическое изображение профиля плотности 202 тока, полученного в результате подачи переменного тока более высокой частоты (например, выше 1 кГц) посредством электродов. На Фиг. 2B показана работа системы 100 при формировании плотности тока за счет поверхностного эффекта. Например, за счет поверхностного эффекта, создаваемого при работе системы 100 нагрева с высокой частотой, глубина плотности 202 тока, протекающего через объемную среду 102, ограничивается в направлении z до узкой области вблизи поверхности объемной среды 102. Кроме того, эффективное сопротивление объемной среды 102 в области протекания тока значительно увеличивается, так что в этой области может осуществляться джоулев нагрев без перегрева остальной части цепи (например, проводов, источника питания, инвертора, схемы регулировки, электродов). Эффективное сопротивление объемной среды переменному току в целевой области может быть больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току. Например, эффективное сопротивление может быть на два или более порядков выше, чем сопротивление объемной среды постоянному току.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий концентрацию плотности тока (ось y, приведенная к 1) в глубине материала (ось х, приведенная к 1) в зависимости от подаваемого переменного тока за счет поверхностного эффекта. Плотность тока экспоненциально снижается по толщине (направление z) среды. При увеличении частоты от 1 кГц до 10 МГц плотность тока становится более концентрированной вблизи поверхности объемной среды. Таким образом, чем выше частота, тем более выражено снижение. Другими словами, поверхностный эффект ограничивает плотность тока, вызывая прохождение тока через тонкий слой вблизи поверхности объемной среды. Следовательно, в этом слое будет происходить джоулев нагрев.

Фиг. 4A представляет собой схематический вид сбоку системы 400 для использования эффекта близости с целью дополнительного ограничения плотности тока. Как и на Фиг. 1, электроды 116 и 118 прикреплены к объемной среде 102 (например, к целевой области планера) и пропускают сигнал переменного тока (например, с частотой выше 1 кГц) для создания плотности 410 (или пути) тока с направлением 412 через среду. Обратный путь 108 расположен на расстоянии 120 от пути 410 (или плотности) тока в среде и имеет направление 112, отличное от направления 412. В некоторых вариантах реализации обратный путь 108 электрически изолирован от объемной среды 102. Например, обратный путь 108 может представлять собой провод или кабель, расположенный на расстоянии 120 от объемной среды 102. Обратный путь 108 может представлять собой провод или кабель, замыкающий цепь системы 400.

Если обратный путь 108 расположен достаточно близко к пути 410 тока (например, на расстоянии менее 50 см), переменный ток в обратном пути 108 ограничивает ток в пути 410 тока в направлении поперек пути протекания тока в пути 410 тока. Другими словами, размещение обратного пути 108 достаточно близко к пути 410 тока приводит к ограничению площади поперечного сечения тока в пути 410 тока. Например, со ссылкой на Фиг. 4A-4C ток ограничивается в двух направлениях (например, в направлении х и направлении z, как показано) между электродами 116 и 118. Например, как показано на Фиг. 4D, эффект близости ограничивает плотность 410 тока либо в направлении x, либо в направлении y в зависимости от направления протекания тока. Например, если ток течет в направлении х, эффект близости ограничивает ток в направлении y. Например, эффект близости преимущественно ограничивает ток поперек направления протекания тока, тогда как поверхностный эффект преимущественно ограничивает плотность тока в глубине объемной среды (например, в направлении z, как показано на Фиг. 2A и 2B). В некоторых случаях эффект близости также может дополнять сужение плотности тока в глубине (например, в направлении z) объемной среды 102, например, за счет усиления поверхностного эффекта в вариантах реализации, в которых используется как поверхностный эффект, так и эффект близости. В некоторых вариантах реализации эффект близости также может использоваться для задания направления протекания тока через объемную среду (например, маршрута, по которому проходит ток через объемную среду 102).

Фиг. 4B-C представляют собой примерные схематические изображения системы 400 на виде сверху. Электроды 116 и 118 прикреплены к целевой области объемной среды 102 и пропускают сигнал переменного тока (например, с частотой выше 1 кГц) для создания плотности 410 (или пути) тока с направлением 412 через среду. Обратный путь 108 расположен в другой плоскости x-y (пунктирная линия), отличной от плоскости пути 410 (или плотности) тока в объемной среде 102. В некоторых вариантах реализации протекание тока в обратном пути 108 осуществляется в направлении 112, отличном от направления 412 протекания тока в пути 410 тока через объемную среду 102. Например, в некоторых вариантах реализации направление 112 протекания тока в обратном пути 108 противоположно направлению 412 протекания тока в пути 410 тока. Если расстояние 120 от обратного пути 108 до пути 412 тока достаточно мало (например, составляет менее 50 см), ток, протекающий между электродами 116 и 118 в объемной среде 102, будет концентрироваться вблизи провода обратного пути (например, сужаться в направлении y и направлении z) за счет эффекта близости, как показано на Фиг. 4C. Чем больше расстояние от обратного пути 108 до объемной среды 102, тем меньше ограничивается путь 412 тока в объемной среде 102, как показано на Фиг. 4B.

Фиг. 4D представляет собой примерное схематическое изображение другого варианта реализации системы 450 на виде сверху. Как и в предыдущей системе 100, электроды 116 и 118 прикреплены к целевой области объемной среды 102. Обратный путь 108 расположен вблизи объемной среды 102 и в плоскости x-y, отличной от плоскости пути 410 тока в объемной среде 102. Показанный вариант реализации демонстрирует, как можно использовать обратный путь 108 (или другой отдельный путь тока) для формирования пути прохождения тока 410 через объемную среду 102. Например, при размещении второго пути тока (например, токопроводящего провода или кабеля, такого как обратный путь 108) вблизи объемной среды 102 эффект близости может использоваться как для ограничения ширины плотности тока поперек направления протекания тока, так и для формирования пути 410 тока в объемной среде 102. На Фиг 4D также показано, что эффект близости ограничивает плотность тока вдоль пути 410 тока поперек направления протекания тока. Например, на Фиг. 4D плотность тока вдоль пути 410 тока ограничена в направлении, по существу перпендикулярном направлению протекания тока в каждом сегменте пути 410, и путь 410 тока в объемной среде 102 соответствует форме обратного пути 108. В частности, на участке A пути 410 тока ток направляется так, чтобы он протекал в направлении х, а плотность тока ограничивается в направлении y и направлении z. На участке B пути 410 тока ток направляется так, чтобы он протекал в направлении y, а плотность тока ограничивается в направлении x и направлении z.

Возможность придания пути тока более сложной геометрии за счет эффекта близости, как показано на Фиг. 4D, может иметь ряд преимуществ. Во-первых, такая геометрия пути может использоваться для увеличения эффективной длины l пути тока. Как описано выше, увеличение длины пути приводит к увеличению сопротивления и, следовательно, увеличению джоулева нагрева. Во-вторых, геометрия пути тока может быть выполнена с возможностью направления тока к стратегически важным местам для их нагрева. В-третьих, геометрия пути тока может использоваться для создания областей повышенного нагрева (например, горячих точек) на острых углах пути тока.

За счет комбинации эффекта близости и поверхностного эффекта эффективное сопротивление объемной среды переменному току в целевой области может быть больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току. Например, эффективное сопротивление может быть на два или более порядков выше, чем сопротивление объемной среды постоянному току.

На Фиг. 5A-B показаны результаты графического моделирования, иллюстрирующие повышенную концентрацию плотности тока в целевой области объемного проводника 102 вблизи второго проводника/пути 108 в зависимости от расстояния 120 между проводниками за счет эффекта близости. Ток в объемном проводнике и втором пути достаточен для создания эффекта близости (например, частота выше 1 кГц или 10 МГц) при уменьшении расстояния 120. Например, когда расстояние 120 составляет 20 см, плотность 410 тока остается приблизительно одинаковой в плоскости x-y, как показано на Фиг. 5A. При уменьшении расстояния 120 до 2 см, как показано на Фиг. 5B, эффект близости вызывает «концентрацию» или «ограничение» тока 410 вокруг обратного пути 108 в плоскости x-z. Это реализуется за счет того, что большая часть тока 410 концентрируется на узкой полосе вдоль объемного проводника и повторяет путь второго проводника (108) (например, обратного пути или других токопроводящих проводов). Другими словами, ток 410 следует по пути наименьшей индуктивности, а не распределяется по объемной среде равномерно.

В некоторых вариантах реализации для создания эффекта близости используется провод, отличный от обратного пути 108, показанный как путь 122 на Фиг. 1. В этом случае колебания тока в этом проводе могут находиться под управлением той же системы (например, системы 104 управления питанием), что и пути 106 и 108, или нет. В этом случае эффект близости провода 122 будет зависеть от расстояния от провода 112 до пути 412 тока в объемном проводнике. Как и в случае обратного пути 108, может потребоваться, чтобы провод 122 находился достаточно близко (например, на расстоянии менее 50 см) к пути 412.

В общем система 104 управления питанием подает ток в объемную среду 102 посредством электродов (например, 116 и 118) и специальных электрических проводников (например, специальных проводов или специальных кабелей) для образования замкнутой цепи (смотри Фиг. 1). Три этих компонента будут более подробно рассмотрены ниже.

В некоторых вариантах реализации электроды 116 и 118 включают в себя матрицу входных и выходных электродов, как показано на Фиг. 6A. Система 600 электродов включает в себя три входных электрода 116(1)-(3), образующих матрицу 116 электродов, и три выходных электрода 118(1)-(3), образующих матрицу 118 электродов и формирующих смежные пути 410 тока в объемной среде. Эффект близости за счет тока 112 в обратных проводах 108 ограничивает плотность 410 тока в объемной среде, как описано выше.

В общем, для достижения необходимого нагрева в целевых областях объемной среды 102 могут использоваться электроды различной геометрии. Например, со ссылкой на Фиг. 6B, система 610 иллюстрирует два электродных устройства 116 и 118, используемых для подачи тока через целевую область объемной среды 102 (с входным/выходным проводами 106 и 108). Электродное устройство 116 и 118 может представлять собой матрицу из одного или более электродов, как показано на Фиг. 6A. Фиг. 6C-D представляют собой схематические изображения других конфигураций 620 и 630 электродов соответственно для нагрева целевой области (областей) 120, например, на крыле летательного аппарата. Электродные устройства, обозначенные ссылочными позициями 116, 118 и 640, могут представлять собой одиночные электроды или матрицу из одного или более электродов, как показано на Фиг. 6A. Дополнительная информация о форме и конструкции электродов приведена ниже.

В некоторых вариантах реализации объемная среда представляет собой обшивку самолета, а целевые области нагрева включают в себя, без ограничения: крылья, фюзеляж, вертикальные стабилизаторы, горизонтальные стабилизаторы, окна, законцовки, лобовое стекло, поверхности управления (закрылки, элероны, руль направления, руль высоты, воздушные тормоза и т.д.), носовую часть/носовой обтекатель, шасси, тормоза шасси, створки шасси, двигатели и гондолы двигателей, впуски и выпуски системы кондиционирования, вентиляционные отверстия топливных баков, приемники воздушного давления, приемники статического давления и другие антенны, датчики и внешние сигнальные огни, эксплуатационные щитки. Другими словами, в некоторых случаях предложенная технология может предусматривать размещение электродов на внутренней части планера в одной или более конфигурациях, показанных на Фиг. 6A-D. В некоторых вариантах реализации система 100 нагрева будет осуществлять джоулев нагрев на участках целевой области, а затем теплопроводность материала может обеспечивать более «распределенный» нагрев.

В общем, система 104 управления питанием включает в себя систему выработки сигнала, выполненную с возможностью выработки высокочастотного (например, с частотой выше 1 кГц) сигнала переменного электрического тока и передачи его через вышеуказанную целевую область объемной среды 102. В некоторых вариантах реализации, в которых импеданс целевой области мал (в некоторых случаях значительно меньше 1 Ω), система выработки сигнала выполнена с возможностью выработки и поддержания необходимого уровня тока для осуществления джоулева нагрева целевой области. В некоторых случаях, поскольку импедансы других частей системы (например, электрических проводников или проводов, по которым передается сигнал) выше нуля, высокий ток, проходящий через эти части, будет осуществлять нежелательный джоулев нагрев за пределами целевой области. По этой причине в некоторых вариантах реализации система выработки сигнала спроектирована так, что высокий ток подается только вблизи целевой области.

В некоторых вариантах реализации некоторые или все элементы/блоки системы выработки сигнала, а также проводящие блоки/кабели, соединяющие их, спроектированы так, чтобы максимально снижать нежелательные потери мощности, обычно возникающие при передаче высокого тока и высокочастотных электромагнитных сигналов.

В некоторых вариантах реализации система выработки сигнала может получать питание от существующих источников питания (например, от существующих электрических шин летательного аппарата). В некоторых вариантах реализации в системе используется специальный аккумулятор или специальный источник питания, который является частью системы. Например, такие специальные источники питания могут включать в себя, без ограничения: электрические генераторы, работающие на топливе, электрические генераторы, работающие на солнечной энергии, электрические генераторы, работающие на энергии ветра, электрические генераторы, работающие на газу, и т.д. В некоторых вариантах реализации система выработки сигнала может быть расположена в цепи между источником питания (например, существующей электрической шиной, специальным аккумулятором, специальным источником питания) и целевой областью.

Кроме того, в некоторых вариантах реализации система выработки сигнала может включать в себя схемы и устройства управления, существующие в виде независимых блоков и/или встроенные в совокупность других блоков, которые являются частью системы выработки сигнала.

В некоторых вариантах реализации система 100 нагрева используется для нагрева нескольких отдельных целевых областей. В таком случае каждый элемент или блок системы нагрева (например, блок преобразования сигнала, схема регулировки импеданса, и т.д.) либо может быть централизованным для всей системы, либо может быть распределен в виде отдельного блока или нескольких блоков из расчета на целевую область или группу целевых областей. Конфигурации централизации или распределения, помимо прочего, могут использоваться для улучшения функциональности системы, повышения энергоэффективности, снижения стоимости, соответствия нормативным документам, уменьшения веса, размера и сложности. Например, в некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала является централизованным, тогда как схема регулировки импеданса распределена из расчета один или более блоков на целевую область. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала является частично централизованным и включает в себя централизованный подблок преобразования в стандартизированное питание и подблок выработки переменного тока, распределенный из расчета один или более подблоков на целевую область или группу целевых областей. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала является полностью распределенным, при этом каждый из его подблоков распределен из расчета один или более подблоков на целевую область или группу целевых областей.

В некоторых вариантах реализации система 104 управления питанием непрерывно подает питание на целевую область 102 до тех пор, пока операция нагрева/устранения обледенения/предотвращения обледенения не будет завершена. В некоторых вариантах реализации система может включать и выключать подачу питания (например, с использованием блока управления) улучшенным/эффективным образом для достижения необходимой выработки и распределения тепла в проводящем материале 102. Например, когда система включена, тепло вырабатывается в конкретных местах целевой области и передается по целевой области, «распределяясь» на остальную часть целевой области. Когда система выключена, выработанное тепло продолжает распространяться по целевой области.

В некоторых вариантах реализации в качестве улучшения система может включать в себя разные уровни мощности для включенного состояния и циклически переключать выключенное состояние и разные уровни мощности. В некоторых вариантах реализации конкретные уровни мощности могут быть достигнуты с помощью плавного увеличения/уменьшения мощности в отличие от одноступенчатого увеличения или уменьшения мощности. Такие импульсные режимы работы системы управления питанием могут быть либо полностью предварительно запрограммированы при настройке системы, либо могут изменяться и динамически улучшаться на основе контуров обратной связи, образующих часть блока управления системы, как подробно описано ниже.

В некоторых вариантах реализации, в которых система нагрева включает в себя несколько целевых областей, импульсный режим подачи питания, описанный выше, может асинхронно использоваться по всем целевым областям, так что все целевые области будут нагреваться за необходимое количество времени, при этом как общие средние, так и общие мгновенные уровни мощности будут оставаться ниже заданного порогового значения. Например, в случае противообледенительной системы летательного аппарата, предусматривающей нагрев обоих крыльев, фюзеляжа, а также горизонтального и вертикального стабилизаторов, такой поэтапный режим подачи питания может быть разработан так, чтобы система включалась только для одной целевой области за раз. В некоторых вариантах реализации, поэтапный режим подачи питания может быть следующим: включение системы для левого крыла, затем для фюзеляжа, затем для правого крыла, затем для вертикального стабилизатора и затем для горизонтального стабилизатора.

В некоторых вариантах реализации на каждом этапе для достижения необходимого нагрева, средней мощности, мгновенного уровня мощности, а также приемлемого распределения тепла может использоваться улучшенная синхронизация. В некоторых вариантах реализации, аналогично вышеописанному режиму, в заданное время может быть нагрето любое подмножество целевых областей.

В некоторых вариантах реализации один или более блоков или элементов, указанных как часть конструкции системы нагрева, имеют кожух. Такой кожух может быть разработан для одного блока или для любой совокупности блоков. В некоторых вариантах реализации кожухи разработаны в соответствии со стандартами аттестации по воздействию на окружающую среду. Например, кожухи могут быть разработаны в соответствии такими критериями, как негорючесть, защита от осадков, крепление и конструкция, обеспечивающие защиту от внешних ударов и вибраций, электрическая изоляция, защита от внешних электромагнитных помех и экранирование излучения внешних электромагнитных помех в замкнутых цепях, а также тепловая разгрузка.

В некоторых вариантах реализации некоторые кожухи могут быть разработаны так, чтобы использовать конструкцию нагреваемого объекта (например, объемного проводящего материала) в качестве теплоотвода. Например, один или более блоков системы нагрева могут быть размещены в металлических или проводящих конструкциях, установленных так, чтобы они имели высокую теплопроводность по отношению к объемной среде, на которой они находятся. Одним возможным преимуществом этой конструкции является нагрев объемной среды, а также обеспечение необходимого охлаждения электронного оборудования. Другим возможным преимуществом этой конструкции является уменьшение веса системы нагрева (или устройства) за счет исключения необходимости обеспечения отдельного теплоотвода для рассеивания потерь. В некоторых вариантах реализации целевые области могут использоваться как часть теплоотводов блоков системы нагрева. Такое использование может повысить эффективность системы нагрева, поскольку цепи системы нагрева неизбежно создают потери тепла, которые могут передаваться в целевые области для их нагрева.

В некоторых вариантах реализации для крепления кожуха к объемной среде могут использоваться адгезивы или крепежные средства различных типов. Например, один адгезив, используемый в основном для сохранения механической жесткости, может использоваться для удержания кожуха на месте, тогда как другой адгезив (или слой) может использоваться для обеспечения пути с более низким тепловым импедансом для выполнения теплоотводящей функции кожуха.

В некоторых вариантах реализации один или более блоков системы нагрева могут быть выполнены с возможностью определения одного или более измерений, включая, без ограничения, напряжение, ток, температуру, прямую мощность и отраженную мощность, измеренные в цепях блока, окружающих кабелях, других блоках или целевых областях. В некоторых вариантах реализации такие измерения в дальнейшем могут использоваться для отслеживания рабочего состояния блока (блоков) и управления их работой (с использованием механизма обратной связи), в том числе включением/выключением, уровнями выходного сигнала и внутреннего управления переключающими и настраиваемыми деталями для повышения эффективности (более подробная информация об управлении переключающими и настраиваемыми деталями в схеме динамической регулировки приведена ниже). Регулируемые параметры могут включать в себя отношение мощности к нагрузке и/или тока к нагрузке, управление напряжением в схеме регулировки и другие соответствующие сигналы.

В некоторых вариантах реализации вышеописанные измерения, используемые в рамках контуров обратной связи, также могут включать в себя специальные датчики обледенения, которые могут быть установлены на целевых областях или вблизи них. Такие датчики могут использоваться, например, для информирования системы нагрева и/или пользователя о статусе завершения устранения обледенения, а также могут обеспечивать входные данные для регулировки уровней мощности на этапах устранения обледенения и предотвращения обледенения. В некоторых вариантах реализации датчики обледенения также могут использоваться для обнаружения отказов системы и/или необходимости технического обслуживания.

В некоторых вариантах реализации система нагрева может включать в себя блок управления преобразователем протокола (или «блок управления» или «подблок управления»), который принимает входные данные от пользователя (которым может быть пилот или второй пилот в случае противообледенительной системы летательного аппарата) и/или от датчиков системы и выводит сигналы управления в другие блоки. В некоторых вариантах реализации входные данные от пользователя могут включать в себя, без ограничения, состояние включения/выключения, состояние устранения обледенения/предотвращения обледенения/выключения, целевые температуры для целевых областей и целевую выходную мощность для целевых областей. В некоторых вариантах реализации входные данные от датчиков могут включать в себя, без ограничения, напряжение, ток, температуру, прямую мощность и отраженную мощность, импеданс, данные от датчиков обледенения, предохранительного фиксатора, различных логических блоков летательного аппарата, информацию от радиоэлектронного оборудования, а также другие данные. В некоторых вариантах реализации блок управления преобразователем протокола является централизованным для всей системы. В некоторых вариантах реализации он является распределенным из расчета один блок управления преобразователем протокола на целевую область или группу целевых областей.

В некоторых вариантах реализации входные данные пользователя могут быть переданы в блок управления либо по проводной (например, с использованием стандартов передачи данных, таких как ARINC 429), либо по беспроводной связи (например, с использованием соединения по Bluetooth или Wi-Fi с низким энергопотреблением). В некоторых вариантах реализации пользовательское устройство ввода может быть либо встроено в систему нагрева (например, встроено в экранные элементы управления в кабине в случае противообледенительной системы летательного аппарата), либо может представлять собой отдельное устройство, например, планшет с сенсорным экраном (например, отдельный планшет, установленный в кабине, или специальное приложение, установленное на планшете пилота с сенсорным экраном в случае противообледенительной системы летательного аппарата).

В некоторых вариантах реализации система 104 управления питанием включает в себя блок или схему преобразования сигнала, который или которая преобразует сигнал от существующих электрических шин, или специального аккумулятора, или любого другого источника питания системы нагрева в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока для выработки тока в объемной среде. Например, в случае летательного аппарата блок преобразования сигнала может принимать питание постоянного тока, доступное от электрической шины самолета, и преобразовывать его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В другом примере летательного аппарата блок преобразования сигнала может принимать питание, доступное от электрической шины самолета, в виде сигнала переменного тока, и преобразовывать его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала может принимать питание постоянного тока, доступное от специального аккумулятора или от любого специального источника питания (например, образующего часть системы нагрева), и преобразовывать его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В некоторых вариантах реализации специальные аккумуляторы или источники питания могут быть встроены в тот же кожух и/или монтажную плату, что и блок преобразования сигнала.

Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение примерного блока 700 преобразования сигнала для системы 104 управления питанием, включающего в себя основной подблок 710 преобразования в стандартизированное питание и основной подблок 720 выработки переменного тока, которые предшествуют другой схеме 730 в остальной части устройства 100. Система 104 управления питанием может получать питание от существующих источников питания, как показано на Фиг. 7.

Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение примерного блока 800 преобразования сигнала для системы 104 управления питанием, включающего в себя подблок 810 преобразования в стандартизированное питание, подблок 820 выработки переменного тока и подблок 830 управления.

В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание получает питание от существующих источников питания или от аккумулятора системы нагрева и преобразует его в стандартизированный входной сигнал, например, 250 В постоянного тока, для улучшения работы подблока выработки переменного тока, а также для повышения эффективности передачи питания блока преобразования сигнала.

В некоторых вариантах реализации, в которых существующие электрические шины подают питание в виде сигнала 400 Гц, 115 В переменного тока в подблок преобразования в стандартизированное питание, подблок преобразования в стандартизированное питание может включать в себя обратноходовой преобразователь с фильтром на выходе, таким как синфазный дроссель, предотвращающий попадание электромагнитных помех в подблок выработки переменного тока или его повреждение. Фиг. 9A представляет собой схематическое изображение примерного подблока 900 преобразования в стандартизированное питание, включающего в себя обратноходовой преобразователь 910 и синфазный дроссель 920. Фиг. 9B представляет собой схематическое изображение примерного обратноходового преобразователя 910.

В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание представляет собой мостовой выпрямитель, преобразующий питание переменного тока, поступающее от существующих источников питания, в любое необходимое напряжение постоянного тока. В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание получает питание постоянного тока от аккумулятора или существующих источников питания (например, на 28 В постоянного тока, что типично для летательного аппарата) и преобразует его в другое напряжение постоянного тока или напряжение переменного тока. Например, преобразование напряжения постоянного тока может быть предпочтительно для питания блоков управления и элементов системы нагрева, в этом случае возможные уровни напряжения могут включать в себя ±3,3 В, ±5 В и/или ±12 В. Наконец, в некоторых вариантах реализации в конструкцию подблока преобразования в стандартизированное питание может быть включен каскад коррекции коэффициента мощности в зависимости от источника питания. В некоторых вариантах реализации коррекция коэффициента мощности может служить для коррекции нелинейной нагрузки источника питания, которая может быть необходима. Возможны каскады активной и пассивной коррекции коэффициента мощности.

В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока использует входное питание от подблока преобразования в стандартизированное питание и преобразует его в необходимый высокочастотный сигнал переменного тока. В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока предназначен для повышения эффективности передачи питания блока преобразования сигнала. В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока включает в себя усилитель мощности или генератор переменного тока/радиочастотный генератор.

В некоторых вариантах реализации основной каскад усиления мощности усилителя мощности является либо «линейным», либо «коммутирующим». Соответствующие компромиссы между этими двумя архитектурами могут включать в себя эффективность, допустимую мощность и линейность. Примерные линейные усилители могут включать в себя усилители класса A, класса B и класса C. Примерные коммутирующие усилители могут включать в себя усилители класса D, класса E и класса F. В некоторых вариантах реализации линейные усилители имеют высокую линейность и низкую эффективность по сравнению с коммутирующими усилителями. Низкая эффективность может означать более сложное управление тепловым режимом, более высокие требования к компонентам и т.д. Низкая линейность может означать повышенное содержание гармоник, потенциально вызывающее проблемы соответствия нормативным требованиям, более низкую эффективность, более сложную конструкцию физических и электрических схем расположения и т.д.

В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока включает в себя полномостовой усилитель класса D. Например, в конструкции усилителя используются двойные полевые МОП-транзисторы, питаемые от драйвера затвора и кварцевого генератора с температурной компенсацией, генерирующего необходимую частоту. Фиг. 10A представляет собой схематическое изображение примерного подблока 1000 выработки переменного тока, включающего в себя усилитель 1010 класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор 1020 с температурной компенсацией и драйвер 1030 затвора. Фиг. 10B представляет собой теоретическое схематическое изображение примерного усилителя класса D с использованием двойных полевых МОП-транзисторов. В некоторых вариантах реализации полномостовая архитектура может обеспечивать возможность дифференциальной (сбалансированной) передачи, а также в четыре раза большую выходную мощность для заданного уровня напряжения шины при заданной нагрузке по сравнению с полумостовой архитектурой. Дифференциальная передача также может иметь значение с точки зрения соблюдения нормативов излучения в условиях сбалансированной нагрузки, представленной предполагаемой конструкцией крыла. Кроме того, в некоторых вариантах реализации архитектуры класса D могут иметь более высокий коэффициент использования коммутатора, чем другие архитектуры коммутации.

В некоторых вариантах реализации в архитектуре класса D с одночастотной передачей многие входные параметры могут быть изменены для достижения улучшенных выходных параметров. Примерный входной параметр включает в себя бестоковую паузу. Примерные выходные параметры включают в себя эффективность, пиковые напряжения компонентов и т.д.

В некоторых вариантах реализации архитектуры класса D могут иметь высокий коэффициент использования коммутатора и полностью кремниевые реализации компонентов, что делает их подходящими для потенциальной разработки интегральных схем специального назначения. В таких разработках возможна реализация системы на кристалле, в которой все компоненты управления и силовая электроника находятся либо на одном кристалле, либо в многокристальном корпусе. В некоторых вариантах реализации архитектура класса D имеет распределенные модули, вмещающие системы на кристалле и поддерживающие схемы, прикрепленные к различным, распределенным местам на заданном элементе летательного аппарата.

В других вариантах реализации используются другие конструкции коммутации, такие как архитектуры с одним коммутатором, например, класса E или класса F. В некоторых вариантах реализации такие архитектуры могут иметь реализации с более высокой частотой коммутации, в которых драйвер затвора верхнего плеча сложно или практически невозможно реализовать. В некоторых вариантах реализации архитектуры с одним коммутатором могут использоваться вместо реализаций класса D при увеличении частоты из-за потенциальных ограничений реализаций класса D на этих частотах.

В некоторых вариантах реализации для ослабления отрицательного влияния нелинейных искажений, присущих некоторым архитектурам коммутации, с коммутирующими усилителями могут использоваться технологии уменьшения и устранения гармоник. Например, для устранения гармоник во время выработки сигнала могут использоваться изменение основного рабочего цикла сигнала, гасящие импульсы и другие технологии.

В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока включает в себя транзисторы, в том числе кремниевые полевые МОП-транзисторы. В некоторых вариантах реализации транзисторы представляют собой полевые МОП-транзисторы на основе нитрида галлия (GaN). В некоторых вариантах реализации транзисторы на основе GaN имеют следующие предпочтительные свойства: сопротивление во включенном состоянии, заряд затвора при включении и заряд обратного восстановления. В некоторых вариантах реализации GaN подходит для более высоких частот.

В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание дополнительно включает в себя каскад преобразования малой мощности, например, линейный регулятор, для получения питания от существующих источников питания и преобразования его в подходящий входной сигнал питания для элементов, приводящих в действие подблок выработки переменного тока, например, драйверов затвора или кварцевых генераторов. Фиг. 10C представляет собой схематическое изображение примерного подблока 1050 выработки переменного тока, включающего в себя усилитель 1010 класса D с двойными полевыми МОП-транзисторами, кварцевый генератор 1020 с температурной компенсацией, драйвер 1030 затвора и каскад 1050 преобразования малой мощности.

В некоторых вариантах реализации подблок выработки переменного тока расположен вблизи целевой области. Возможным преимуществом этой конструкции является ограничение потерь и излучений, которые происходят при передаче переменного тока от подблока выработки переменного тока через схему регулировки на целевую область. В некоторых вариантах реализации подблок преобразования в стандартизированное питание может быть расположен вблизи подблока выработки переменного тока или вблизи существующего источника питания или специального аккумулятора. Когда подблок преобразования в стандартизированное питание расположен ближе к подблоку выработки переменного тока, он может быть объединен с подблоком выработки переменного тока, что потенциально снижает количество модулей в системе и ее сложность. Когда подблок преобразования в стандартизированное питание расположен ближе к существующему источнику питания или специальному аккумулятору, он может быть предназначен для улучшения передачи питания (включая повышение эффективности и уменьшение электромагнитных помех) от источника питания или аккумулятора в подблок выработки переменного тока. Например, когда существующий источник питания обеспечивает питание с частотой 400 Гц и напряжением 115 В переменного тока, подблок преобразования в стандартизированное питание может включать в себя преобразователь переменного тока в постоянный, преобразующий напряжение источника питания в 250 В постоянного тока, что уменьшает электромагнитные помехи, которые могут быть вызваны переменным током, и повышает эффективность за счет увеличения напряжения и уменьшения количества тока, передаваемого из подблока преобразования в стандартизированное питание в подблок выработки переменного тока.

В некоторых вариантах реализации подблок управления управляет состоянием блока преобразования сигнала, включением/выключением, выходной мощностью, частотой и другими параметрами на основе соответствующих входных данных, доступных в области применения, для которой разработано устройство (система нагрева), путем вывода сигналов управления в другие подблоки преобразования сигнала, включая подблок преобразования в стандартизированное питание, а также драйверы подблока выработки переменного тока. В примере системы нагрева для устранения обледенения и предотвращения обледенения летательного аппарата в некоторых вариантах реализации ввод данных может включать в себя ручной ввод данных пилотом посредством переключателя в кабине, температуру от датчиков температуры внутри и снаружи планера, состояние обжатия шасси от предохранительного фиксатора, различные логические блоки летательного аппарата, информацию от радиоэлектронного оборудования, обратную связь от самого устройства (системы нагрева), а также другие данные. В некоторых вариантах реализации подблок управления включает в себя супервизор микроконтроллера, питаемый от каскада преобразования малой мощности, такой как линейный регулятор, получающий питание от существующих источников питания и преобразующий его в подходящий входной сигнал питания, и выводящий сигналы управления в подблок преобразования в стандартизированное питание и подблок выработки переменного тока. Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение примерного подблока 1100 управления, включающего в себя микроконтроллер 1110 и каскад 1120 преобразования малой мощности.

В некоторых вариантах реализации, например, в случае модернизированной противообледенительной системы нагрева летательного аппарата блок преобразования сигнала может быть установлен вблизи доступных электрических шин в централизованном месте. Это может снизить сложность установки, время установки и затраты на блок. В некоторых вариантах реализации блок преобразования сигнала децентрализован и установлен ближе к целевым областям. Это может уменьшить расстояние, которое должен преодолеть сигнал переменного тока между блоком преобразования сигнала и целевыми областями, что потенциально может снизить затраты, связанные с экранированием сигнала от электромагнитных помех и требованиями к кабелю, по которому передается такой сигнал переменного тока.

В некоторых вариантах реализации система нагрева имеет схему регулировки импеданса, выполненную с возможностью регулировки выходного импеданса системы нагрева до необходимых уровней. Например, схема регулировки импеданса может быть выполнена с возможностью регулировки выходного импеданса системы нагрева в соответствии с входным импедансом объемной среды, которая должна быть нагрета. Например, схема регулировки импеданса может быть выполнена с возможностью регулировки импедансов между выходом системы нагрева и входом объемной среды так, чтобы они находились в требуемом диапазоне относительно друг друга. В некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки выходного импеданса системы нагрева в соответствии с импедансом объемной среды. Другими словами, схема согласования выполнена с возможностью согласования выходного импеданса блока преобразования сигнала («источника») с импедансом целевой области («нагрузки») в пределах разумных технических допусков. В некоторых вариантах реализации согласование импедансов источника и нагрузки включает в себя регулировку импеданса источника системы нагрева таким образом, чтобы он был комплексно-сопряженным с импедансом объемной среды. В некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса регулируется так, чтобы выходной импеданс системы нагрева находился в пределах 10-30% от импеданса объемной среды, которая должна быть нагрета.

Фиг. 12 представляет собой концептуальное схематическое изображение схемы 1200 регулировки между источником 1210 и нагрузкой 1220. На Фиг. 12 показана схема регулировки, получающая входное питание от блока преобразования сигнала («источника») через входной порт, импеданс которого отрегулирован в соответствии с выходным сигналом блока преобразования сигнала, и выводит питание на целевые области («нагрузка») через выходной порт, импеданс которого отрегулирован в соответствии с целевыми областями.

В общем, в случае сигнала переменного тока, когда выходной импеданс источника не соответствует импедансу нагрузки, часть сигнала, переданного от источника нагрузке, отражается обратно в источник, а не проходит через нагрузку. В некоторых вариантах реализации схема регулировки импеданса может обеспечивать ряд преимуществ за счет предотвращения отражения сигнала и наращивания стоячей волны напряжения, в том числе:

- Уменьшение напряжения при вероятности нагрева и электрической дуги

- Повышение эффективности системы нагрева

- Уменьшение полной выходной мощности, которая требуется от блока преобразования сигнала, и, следовательно, уменьшение размера, веса и стоимости блока преобразования сигнала

- Снижение нагрузки на компоненты системы

- Повышение надежности

- Уменьшение температурных градиентов в кабельной разводке и объемной среде.

В некоторых вариантах реализации выходной импеданс блока преобразования сигнала выше, чем импеданс целевых областей. В этом случае схема регулировки преобразует питание с относительно высоким напряжением и низким током от блока преобразования сигнала в питание с относительно низким напряжением и высоким током, подаваемое на целевые области. В вариантах реализации это означает, что высокий ток подается только после схемы регулировки и, таким образом, ближе к целевой области, что снижает джоулевы потери в остальной части блока преобразования сигнала и повышает общую эффективность системы нагрева.

В различных вариантах реализации схема регулировки может быть либо централизованной, либо распределенной по всем целевым областям. Распределение схемы регулировки может позволить кабельной разводке служить в качестве фильтра, что потенциально снижает пиковое напряжение, пиковый ток и/или температурные воздействия на любой заданный компонент. Распределение также может добавить модульности конструкции системы, что может повысить удобство обслуживания/замены деталей. Кроме того, распределение потенциально позволяет исключить из системы чувствительное оборудование и/или взрывоопасные области, например, топливные баки.

Кроме того, в некоторых вариантах реализации схема регулировки может быть сбалансирована путем включения дополнительных емкостных компонентов и заземления средних точек симметрии в схеме. При приведении в действие от полностью дифференциального источника балансировка схемы может обеспечить высокий уровень ослабления синфазного сигнала и лучшую помехоустойчивость. В некоторых вариантах реализации такой баланс не достигается, и конец обратного пути схемы регулировки находится на заземлении цепи.

В общем, в некоторых вариантах реализации схемы регулировки могут включать в себя пассивные электронные компоненты, расположенные в определенных конфигурациях структурных блоков. Например, эти конфигурациях структурных блоков могут включать в себя трансформаторы, L-образные схемы, π-образные схемы, T-образные схемы и другие конфигурации. Фиг. 13A-D представляют собой схематические изображения примерных структурных блоков схемы регулировки импеданса.

В некоторых вариантах реализации схема регулировки системы нагрева включает в себя подблок пассивной регулировки. Фиг. 14 представляет собой схематическое изображение примерного блока 1400 схемы регулировки, включающего в себя подблок 1410 пассивной регулировки. В некоторых вариантах реализации подблок пассивной регулировки может включать в себя одну или более конфигураций структурных блоков, описанных выше, а также другие конфигурации, собранные вместе. В некоторых вариантах реализации пассивные электронные компоненты подблока пассивной регулировки выбраны с учетом высоких показателей качества, например, для повышения эффективности схемы.

В некоторых вариантах реализации схема регулировки системы нагрева может быть выполнена так, чтобы она имела высокий показатель качества или низкий показатель качества. Схемы регулировки с высоким показателем качества могут использоваться для фильтрации гармоник в сигнале. Фильтрация может быть предпочтительна в конструкции коммутирующего усилителя, поскольку в этом случае содержание гармоник может выше, чем в случае линейного усилителя. Однако схемы с высоким показателем качества могут быть более чувствительны к допускам деталей, эксплуатационным изменениям во внешних условиях, вариациям сборки и любым другим изменениям в системе. Таким образом, системы с высоким показателем качества могут повлечь за собой практические проблемы при реализации систем. Например, если в случае противообледенительной системы крыла летательного аппарата система имеет высокий показатель качества, настойки схемы регулировки импеданса могут сбиваться из-за незначительных возмущений (например, перемещения закрылков), что вызывает вероятность отказа. Снижение содержания гармоник за пределами основной частоты возбуждения может быть предпочтительно для официальной сертификации, а также для решения практических задач проектирования, включая содержание паразитных сигналов в конструкции, перенапряжение компонентов (либо при пиковых нагрузках, либо при усредненных нагрузках), нестабильность алгоритма управления и т.д. В некоторых случаях можно уменьшить или даже исключить эти проблемы чувствительности за счет использования элементов с динамической настройкой.

В некоторых вариантах реализации конструкция схемы регулировки системы нагрева может быть основана на концепциях регулировки линии передачи. Например, кабельную разводку на входе и/или выходе схемы регулировки можно рассматривать как часть схемы регулировки. В некоторых вариантах реализации за счет выбора правильных материалов, форм-фактора, размеров и длины кабелей можно добиться подходящей регулировки импеданса.

В некоторых вариантах реализации схема регулировки системы нагрева представляет собой схему динамической регулировки, включающую в себя подблок активной регулировки и подблок управления. Фиг. 15A представляет собой схематическое изображение примерного блока 1500 схемы регулировки, включающего в себя подблок 1510 активной регулировки и подблок 1520 управления. В некоторых вариантах реализации подблок активной регулировки включает в себя одну или более конфигураций схемы регулировки под управлением подблока управления. В некоторых вариантах реализации пассивные электронные компоненты подблока активной регулировки выбраны с учетом высоких показателей качества, например, для повышения эффективности схемы. В некоторых вариантах реализации подблок управления получает входные данные из сигнала, передаваемого и поступающего из целевых областей (такие как прямая мощность, отраженная мощность или коэффициент стоячей волны напряжения), и динамически управляет подблоком активной регулировки для регулировки настройки импеданса в реальном времени. Например, такое управление может быть достигнуто путем настройки элементов, входящих в конструкцию подблока активной регулировки. Например, элементы с динамической настройкой могут включать в себя настраиваемые конденсаторы и/или настраиваемые индукторы. Кроме того, примеры настраиваемых элементов включают в себя: точечные диоды, конденсаторы из титаната бария-стронция, отдельные настроечные конденсаторы, варакторные диоды, микроэлектромеханические системы, сегнетоэлектрические варакторы, ферромагнитные компоненты, фильтры на основе железоиттриевого граната и т.д. Примерные показатели, которые могут учитываться при оценке таких устройств, включают в себя: диапазон рабочих частот, настройку напряжения постоянного тока, настройку линейности сигнала управления, сложность управления, отношение настройки емкости/индуктивности, скорость настройки, показатель качества (Q), срок службы при переключениях, стоимость упаковки, допустимую мощность, потребляемую мощность, напряжение пробоя, линейность, перехват составляющих третьего порядка, возможность интеграции и т.д.

В некоторых вариантах реализации использование блока управления с обратной связью между целевыми областями и схемой регулировки может позволить схеме адаптироваться к любым внешним изменениям, которые могут повлиять на импеданс целевой области или выходной импеданс блока преобразования сигнала, включая изменения температуры, геометрическую конфигурацию целевых областей, местоположение системы нагрева, окружающую среду системы и целевых областей и другие параметры. В некоторых вариантах реализации схема регулировки дополнительно включает в себя каскад преобразования малой мощности, такой как линейный регулятор, получающий питание от существующих источников питания и преобразующий его в подходящий входной сигнал питания для подблока управления. Фиг. 15B представляет собой схематическое изображение примерного блока 1550 схемы регулировки, включающего в себя подблок 1510 активной регулировки, каскад 1560 преобразования малой мощности и подблок 1520 управления.

В некоторых вариантах реализации в целевых областях могут выполняться специальные измерения импеданса для всех конфигураций и условий окружающей среды, покрывающих спектр возможных ситуаций при использовании системы нагрева. Эти измерения могут позволить разработать блок схемы динамической регулировки, адаптированный к наименьшему диапазону импеданса, который позволяет адекватно регулировать импеданс для всего спектра вышеуказанных ситуаций. В некоторых вариантах реализации такая конструкция достигается за счет использования алгоритмической оптимизации или компьютерного моделирования для повышения эффективности системы при снижении веса, сложности и стоимости схемы регулировки.

В некоторых вариантах реализации в системе нагрева могут использоваться специальные кабели, специально разработанные или выбранные на каждой ступени с целью повышения эффективности и экранирования сигнала питания, передаваемого на целевые области. Фиг. 16 представляет собой схематическое изображение ступеней кабелей в примерной системе нагрева. В различных вариантах реализации ступени кабелей в системе нагрева могут быть выполнены с учетом особенностей, включая кабели между источниками 1620 питания и блоком 1610 преобразования сигнала (первая ступень 1630 кабелей), кабели в блоке преобразования сигнала между подблоком 1640 преобразования в стандартизированное питание и подблоком 1650 выработки переменного тока (вторая ступень 1660 кабелей), кабели между блоком 1610 преобразования сигнала и схемой 1670 регулировки (третья ступень 1680 кабелей), а также кабели между схемой 1670 регулировки и целевыми областями 1690 (четвертая ступень 1695 кабелей).

В общем, при проектировании специальных кабелей в системе нагрева важно учитывать различные конструктивные особенности. В некоторых вариантах реализации важно учитывать тепловые особенности. Например, в некоторых вариантах реализации кабель, соединяющий схему регулировки с целевой областью (или в некоторых случаях проходящий вблизи целевой области и возвращающийся в схему регулировки) зафиксирован для обеспечения увеличенного теплового потока от кабеля на целевую область. Это предпочтительно, если часть тепла, вырабатываемого при прохождении тока по кабелям (которое в противном случае было бы потеряно), рекуперируется и передается в целевую область, задачей которой является выработка тепла, что повышает эффективность системы.

В некоторых вариантах реализации кабели могут быть проложены вблизи целевой области с использованием крепежных элементов. В таких случаях для улучшения теплового контакта может использоваться термопаста, обладающая улучшенной теплопроводностью, для заполнения воздушных зазоров на границе раздела между кабелями, крепежными элементами и целевой областью.

В некоторых вариантах реализации кабели прикреплены непосредственно к целевой области. В таких случаях для улучшения теплового контакта для крепления кабеля к области контакта может использоваться адгезив, обладающий более высокой теплопроводностью. Кроме того, для заполнения некоторых или всех оставшихся воздушных зазоров между кабелем и целевой областью может использоваться термопаста, обладающая более высокой теплопроводностью.

В некоторых вариантах реализации могут использоваться кабели с поперечным сечением различной геометрии, а также с разными форм-факторами, в зависимости от блоков, целевых областей или источников питания, к которым подключаются кабели. В некоторых вариантах реализации кабель включает в себя только главный проводник с защитной оболочкой (в том числе для электрической изоляции и/или защиты от окружающей среды, например, коррозии, влажности, экстремальных температур, трения) или без нее. Эта конфигурация может быть предпочтительна для частей системы, по которым будет предаваться сигнал постоянного тока, или которые будут доставлять сигнал в целевую область.

В некоторых вариантах реализации кабель представляет собой коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель может включать в себя экран, который может уменьшать излучение электромагнитных помех при передаче сигнала переменного тока и может защищать от электромагнитных помех, окружающих систему, при передаче любого сигнала.

В некоторых вариантах реализации кабель представляет собой триаксиальный кабель. Эта конструкция может быть предпочтительна для защиты от электромагнитных помех и изоляции при передаче любого сигнала и, в частности, при передаче балансного сигнала, например, на выходе балансного варианта реализации блока схемы регулировки.

В некоторых вариантах реализации кабель представляет собой твинаксиальный кабель. Эта конструкция может иметь те же преимущества, которые обеспечивает триаксиальный кабель.

В некоторых вариантах реализации могут использоваться кабели с поперечным сечением разной геометрии в зависимости от блоков, целевых областей или источников питания, к которым подключаются кабели.

В некоторых вариантах реализации проводник (проводники) кабеля имеет круглое поперечное сечение. Преимуществом этой конструкции является относительно низкая стоимость производства (низкие единовременные затраты на проектирование) в случае коаксиального/триаксиального/твинаксиального форм-фактора.

В некоторых вариантах реализации поперечное сечение кабеля имеет плоскую и/или прямоугольную форму. Например, это поперечное сечение может быть предпочтительной геометрией кабеля на последней ступени системы, на которой кабель подводит ток к целевой области. На этой ступени прямоугольная форма может позволить снизить влияние эффекта близости и поверхностного эффекта на ток, проходящий по кабелю, что приводит к снижению потерь и повышению эффективности системы. Кроме того, такая геометрия может уменьшить общее количество проводящего материала кабеля и, следовательно, уменьшить вес системы, что является важным аспектом в случае противообледенительной системы летательного аппарата.

В некоторых вариантах реализации в зависимости от конкретного входного и выходного тока и сигналов, передаваемых по кабелю, а также в зависимости от геометрии поперечного сечения и других факторов, размер поперечного сечения может быть выбран так, чтобы ограничивать рабочие температуры до определенного диапазона (например, в соответствии и в зависимости от материалов, используемых для изготовления кабеля), а также чтобы уменьшить вес и размер.

В некоторых вариантах реализации может использоваться экранирование кабеля разных типов (и с разной геометрией поперечного сечения) в зависимости от блоков, целевых областей или источников питания, к которым подключаются кабели.

В некоторых вариантах реализации кабель не имеет экранирования. Это наиболее предпочтительно на ступенях, на которых передается постоянный ток (и, следовательно, имеются более низкие требования к устранению электромагнитных помех), и на которых отсутствует необходимость прокладывания обратного пути (например, на более поздней ступени системы в варианте реализации, в котором по целевой области проходит обратный ток, и близлежащий кабель подает этот ток на целевую область).

В некоторых вариантах реализации используется одинарное экранирование. Это предпочтительно, например, когда достаточно одного слоя экранирования для соответствия кабеля требованиям к электромагнитным помехам/электромагнитной совместимости, а также другим экологическим требованиям.

В некоторых вариантах реализации используется двойное экранирование. При этом добавляется еще один экранирующий слой, который, например, может дополнительно уменьшать излучение электромагнитных помех и снижать чувствительность кабеля к электромагнитным помехам.

В некоторых вариантах реализации используется экранирование тремя или более слоями. При этом добавляются дополнительные экранирующие слои, аналогичные указанным выше.

В некоторых вариантах реализации для заданной целевой области кабели, подводящие ток к этой области, могут проходить по разным возможным путям.

В некоторых вариантах реализации кабели просто проходят по приблизительно прямолинейным путям от одной стороны целевой области до другой. В некоторых случаях эти пути могут быть параллельными. В некоторых вариантах реализации кабели могут проходить через целевую область по диагонали, пересекаясь друг с другом в разных местах целевой области. Это, например, обеспечивает более равномерную выработку тепла по всей поверхности целевой области и позволяет создавать относительно более горячие точки в необходимых местах, где кабели пересекаются друг с другом.

В некоторых вариантах реализации кабели проходят по зигзагообразному пути, серпантинному пути или по пути, который может быть смоделирован двумерными сплайновыми кривыми. Эта конструкция позволяет повысить эффективность системы за счет удлинения пути, по которому проходит ток, проходящий через целевую область, и, следовательно, дополнительно увеличить эффективное сопротивление. Это, например, позволяет достичь более высокой эффективности, более низкого тока и более стабильной регулировки импеданса в системе.

В некоторых вариантах реализации конструкции путей кабеля основаны на комбинации вышеописанных, а также других вариантов.

В некоторых вариантах реализации в зависимости от конструкции, ступени и назначения кабеля при его изготовлении могут использоваться разные материалы.

В зависимости от требований к локальному напряжению, току, температуре, мощности, радиусу изгиба и износостойкости, а также других критериев, материалы проводников кабелей могут быть выбраны для повышения эффективности, улучшения электропроводности, уменьшения веса, стоимости и размера и улучшения тепловых характеристик.

В некоторых вариантах реализации материал проводника может представлять собой медь, серебро, алюминий, углепластик, титан или их сплав. В некоторых вариантах реализации проводник выполнен из любого из вышеуказанных материалов и покрыт другими материалами, например, серебряным покрытием для улучшения проводимости оболочки проводника.

В некоторых вариантах реализации проводники могут быть выполнены из монолитных материалов или могут быть скручены. Например, в некоторых вариантах реализации все жилы могут бы изолированы друг от друга с использованием изолирующего покрытия, например, эмали. Например, для снижения влияния поверхностного эффекта и эффекта близости в кабеле может использоваться литцендрат.

В некоторых вариантах реализации (например, в случае коаксиальных/триаксиальных/твинаксиальных кабелей) в зависимости от требований к локальному напряжению, току, температуре, мощности, радиусу изгиба и износостойкости, а также других критериев, могут быть выбраны диэлектрические материалы кабелей для улучшения таких параметров, как эффективность (например, за счет снижения диэлектрических потерь), вес, стоимость, гибкость, максимальное допустимое отклонение напряжения, максимальное допустимое отклонение мощности, температурный номинал (за счет выдерживания более высоких температур, и/или более высокой теплоемкости, и/или меньших диэлектрических потерь, и/или лучшей теплопроводности кабеля).

В некоторых вариантах реализации, в которых в блоке схемы регулировки используется регулировка линии передачи, в соответствующих кабелях могут использоваться диэлектрические материалы, также выбранные для достижения необходимых уровней импеданса. Примерные материалы включают в себя материалы на основе полиэтилена и тефлона, а также другие материалы.

В некоторых вариантах реализации в зависимости от требований к локальному напряжению, току, температуре, мощности, радиусу изгиба и износостойкости, а также других критериев, материалы оболочек кабелей выбраны для улучшения таких параметров, как вес, стоимость, гибкость, максимальное допустимое отклонение напряжения, температурный номинал и теплопроводность в отношении ближайших теплоотводов (например, целевой области, когда она используется в качестве теплоотвода).

В некоторых вариантах реализации в случае использования регулировки линии передачи в рамках схемы регулировки можно регулировать длину кабеля, используемого для регулировки импеданса, в дополнение к диэлектрическим материалам, для достижения целевого уровня импеданса. Например, кабель, подводящий ток к целевой области, используется как часть системы регулировки линии передачи, при этом его длина увеличивается для регулировки импеданса, и кабель локально сматывается, чтобы занимать меньше места.

В некоторых вариантах реализации могут использоваться особые технологии крепления для прокладывания кабелей через конструкцию системы. Такие технологии могут быть выбраны для улучшения таких параметров, как стоимость и время установки, вес системы (за счет уменьшения необходимой длины провода и веса крепежных элементов), а также для улучшения необходимых электромагнитных эффектов и теплопередачи кабелей вблизи целевой области.

В некоторых вариантах реализации крепежный элемент выбран для уменьшения расстояния между кабелем, подводящим питание к целевой области, и целевой областью. Эта конструкция может создавать более выраженный эффект близости. В некоторых вариантах реализации в случае небольшого расстояния между кабелем и целевой областью могут быть выбраны обычные конструкции крепежных элементов кабеля.

В некоторых вариантах реализации крепежные элементы также используются для увеличения теплопроводности от кабелей к целевой области.

В некоторых вариантах реализации материалы крепежных элементов выбраны для снижения веса и стоимости системы. Это может быть достигнуто, например, при использовании композитных материалов. В некоторых вариантах реализации, в которых крепежные элементы также используются для подвода тепла к целевой области, материалы также выбраны для увеличения теплопроводности (металлы, например, обычно имеют относительно высокую теплопроводность).

В некоторых вариантах реализации адгезивы, используемые для крепления крепежных элементов к областям крепления, выбраны для повышения прочности и обеспечения долговременного крепления к целевой области. Прочность адгезива особенно предпочтительна в случае, когда область крепления относительно мала, а механические ограничения, создаваемые в области крепления, относительно высоки. Кроме того, в некоторых вариантах реализации, в которых крепежные элементы используются для подвода тепла от кабеля к целевой области, адгезив также выбран для увеличения теплопроводности.

Наконец, в некоторых вариантах реализации, в которых крепежные элементы используются для подвода тепла от кабеля к целевой области, воздушные зазоры в области между кабелем, крепежными элементами и целевой областью заполнены термопастой, обладающей достаточной теплопроводностью для обеспечения улучшенного потока тепла от кабеля в целевую область.

В некоторых вариантах реализации кабели прикреплены непосредственно к окружающим конструкциям, таким как объемная среда, с использованием адгезива, что обеспечивает лучшую теплопередачу от кабеля на конструкцию, к которой он прикреплен. Адгезивы выбраны на основе критериев, аналогичных критериям, используемым для крепежных элементов.

В некоторых вариантах реализации конструкции кабельных узлов предусматривают разделение заданного пути кабеля на группу из двух или более отдельных ответвлений. Это, например, предпочтительно в вариантах реализации, в которых одна схема регулировки подает ток на группу из нескольких целевых областей. В таких вариантах реализации один кабель может быть единственным выходом схемы регулировки, и по мере приближения к целевым областям кабель может разделяться на отдельные ответвления, каждое из которых подводит ток к целевым областям. В некоторых вариантах реализации такое разделение может быть достигнуто путем разделения заданной жилы проводника на несколько меньших жил путем распределения подмножества жил в каждое из отдельных ответвлений, когда разделенный кабель имеет многожильный проводник, или путем использования делителя мощности. Делитель мощности может использоваться для управления величиной тока, напряжения и мощности, подаваемых на каждое из ответвлений, на которые разделен кабель.

Аналогичным образом в некоторых вариантах реализации два или более кабелей могут соединяться в меньшее количество кабелей, которые объединяют сигналы, поступающие от всех соединенных кабелей. Такое соединение может быть достигнуто путем соединения заданных жил проводника с другими жилами путем перегруппировки разных подмножеств жил в новые многожильные кабели, или путем использования сумматора мощности (например, устройства, аналогичного делителю мощности, но используемого противоположным образом). Сумматор мощности может использоваться для управления величиной тока, напряжения и мощности, подаваемых в каждое из ответвлений, в которые соединились кабели.

В некоторых вариантах реализации каждая ступень кабелей в системе нагрева имеет уникальные конструктивные особенности кабелей.

В некоторых вариантах реализации первая ступень кабелей выбрана так, чтобы обеспечивать эффективную передачу питания от источников питания в подблок преобразования в стандартизированное питание. В некоторых вариантах реализации, в которых источники питания выдают постоянный электрический ток, первая ступень кабелей включает в себя многожильный медный провод, изолированный подходящим материалом, общий эквивалентный калибр которого подходит для мощности, напряжения и тока, подаваемых в подблок преобразования в стандартизированное питание. В некоторых вариантах реализации, в которых источники питания выдают сигнал 400 Гц, 115 В переменного тока, первая ступень кабелей включает в себя многожильный и скрученный медный провод, изолированный подходящим материалом, общий эквивалентный калибр которого подходит для мощности, напряжения и тока, подаваемых в подблок преобразования в стандартизированное питание.

В некоторых вариантах реализации вторая ступень кабелей выбрана так, чтобы обеспечивать эффективную передачу питания от подблока преобразования в стандартизированное питание в подблок выработки переменного тока. В некоторых вариантах реализации, в которых подблок преобразования в стандартизированное питание выдает питание в виде сигнала 250 В постоянного тока, вторая ступень кабелей включает в себя многожильный медный провод, изолированный подходящим материалом, общий эквивалентный калибр которого подходит для мощности, напряжения и тока, подаваемых в подблок преобразования в стандартизированное питание.

В некоторых вариантах реализации третья ступень кабелей выбрана и адаптирована так, чтобы обеспечивать эффективную передачу высокочастотного сигнала питания переменного тока от выхода блока преобразования сигнала в схему регулировки. Например, кабель может быть выполнен с возможностью уменьшения омических и электромагнитных потерь, обусловленных высокой частотой сигнала, и может быть экранирован от внешних помех, которые могут нарушить целостность сигнала, а также для предотвращения утечки сигнала из кабеля, которая может повлиять на окружающее оборудование и материалы. В некоторых вариантах реализации третья ступень кабелей представляет собой линию передачи высокой мощности и высокой частоты в виде специального коаксиального кабеля. В некоторых вариантах реализации коаксиальный кабель включает в себя проводник с сердечником, по которому проходит входной сигнал схемы регулировки, и который выполнен из многожильного медного провода, достаточно большого внешнего диаметра, что позволяет передавать питание с меньшими омическими потерями, диэлектрический материал, окружающий сердечник, выбранный для улучшения электрической изоляции и выдерживания диапазонов высокого напряжения и температуры, экранирующий проводник, обеспечивающий обратный путь сигнала в подблок выработки переменного тока, выполненный из многожильного и плетеного медного провода, достаточно большого эквивалентного калибра, что позволяет передавать питание с меньшими омическими потерями, первый кожух, изолирующий проводящий экран, выбранный для выдерживания диапазонов высокого напряжения и температуры, внешний экран, аналогичный проводящему экрану, но непосредственно не проводящий ток и используемый для экранирования кабеля от внешних помех и для предотвращения утечки, и, наконец, второй кожух, аналогичный первому кожуху и изолирующий внешний экран.

В некоторых вариантах реализации четвертая ступень кабелей выбрана и адаптирована так, чтобы обеспечивать эффективную передачу сигнала питания переменного тока высокой частоты и высокого тока от схемы регулировки на целевые области. В некоторых вариантах реализации этот кабель выполнен с возможностью регулировки импеданса между схемой регулировки и целевыми областями для уменьшения омических и электромагнитных потерь, обусловленных высокой частотой сигнала, и может быть экранирован от внешних помех, которые могут нарушить целостность сигнала, а также для предотвращения утечки сигнала из кабеля, которая может повлиять на окружающее оборудование и материалы. В некоторых вариантах реализации четвертая ступень кабелей представляет собой линию передачи высокой мощности, высокой частоты и высокого тока в виде специального коаксиального кабеля, аналогичную варианту реализации, описанному выше в отношении третьей ступени кабелей, за исключением больших сечений и диаметров проводников и дополнительного серебряного покрытия тех же проводников для улучшения характеристик при высоком токе и дополнительного снижения омических потерь. В некоторых вариантах реализации четвертая ступень кабелей дополнительно адаптирована на основе литцендрата. Назначением такой конструкции является снижение потерь из-за эффекта близости и поверхностного эффекта в кабелях за счет изготовления проводников из материалов, более тонких, чем глубина скин-слоя, отдельно изолированных (например, с использованием эмалевого покрытия) и скрученных или сплетенных с идеальной симметрией.

В общем, электроды включают в себя материал, по которому ток будет попадать в целевую область объемной среды и покидать ее. В некоторых вариантах реализации для подключения электродов к объемной среде используется соединитель. Соединитель относится к крепежному приспособлению, соединяющему электроды с объемной средой. В некоторых вариантах реализации электроды и соединители выполнены с возможностью уменьшения контактного сопротивления между электродами и объемной средой. Другими словами, электроды выполнены с возможностью усреднения разности потенциалов, возникающей в целевой области, для заданного обратного пути. Если это контактное сопротивление выше, чем сопротивление целевой области между двумя электродами, в точках контакта будет происходить больший нагрев, чем вдоль целевой области, при прочих равных условиях, что снижает эффективность системы нагрева. В некоторых вариантах реализации по аналогичным причинам электроды и соединители выполнены с возможностью уменьшения контактного сопротивления между электродами и проводами (или кабелями) системы нагрева. В некоторых вариантах реализации электроды и соединители также могут быть выполнены с возможностью уменьшения электромагнитных потерь (например, электромагнитного излучения).

В некоторых вариантах реализации конструктивные особенности электродов для решения одной или более вышеуказанных задач включают в себя: (1) выбор материала электродов, имеющего высокую проводимость, и (2) увеличение «реальной» площади контакта между электродами и объемной средой, а также между электродами и проводами. «Реальная» область контакта относится к едва заметному контакту между металлами или между материалами, за счет которого ток перетекает с одного материала на другой, часто называемого «точками проводящего контакта». В некоторых вариантах реализации соединители также выполнены с возможностью решениях этих задач.

В некоторых вариантах реализации материал электродов может включать в себя серебро, медь, алюминий, углепластик, титан или их сплав.

В некоторых вариантах реализации электроды являются частью кабелей, используемых для передачи тока на объемную среду.

В некоторых вариантах реализации геометрия электродов выполнена в соответствии с конкретной целевой областью, и/или для уменьшения контактного сопротивления между электродами и объемной средой, и/или для уменьшения электромагнитных потерь.

В некоторых вариантах реализации электроды могут иметь круглую форму.

В некоторых вариантах реализации электроды имеют форму концов кабелей, используемых для подвода тока к объемной среде.

В некоторых вариантах реализации используются линейные электроды (например, прямоугольные электроды, длина которых больше, чем ширина).

В некоторых вариантах реализации используются электроды в форме двумерных сплайновых кривых малой толщины (в третьем пространственном измерении).

В некоторых вариантах реализации проводник кабеля может быть подключен к целевой области путем зажатия между пластиной соединителя и целевой областью. Например, участок стороны пластины соединителя, контактирующий с целевой областью, может быть отфрезерован. Проводник кабеля, посредством которого реализовано подключение к целевой области, может быть расположен в этом отфрезерованном участке. Эта конфигурация позволяет прижать или приклеить пластину соединителя электрода, под которой находится проводник кабеля, без необходимости сгибания соединения для обеспечения надлежащего крепления к целевой области.

В общем, предусмотрены различные реализации и конструктивные особенности электродов и соединителей.

Фиг. 17 представляет собой изображение примерного электрода 1700 со шпилькой круглого сечения для системы 100 нагрева. Электрод включает в себя шпильку заземления круглого сечения, соединенную с диском 1710, выполненным из проводящего материала (например, алюминия), на котором установлен резьбовой проводящий материал 1720 (например, алюминий).

В некоторых вариантах реализации проводник кабеля, соединенный с целевой областью посредством электрода 1700, равномерно намотан вокруг резьбового проводящего материала 1720, покрывая значительный участок площади поверхности как резьбового проводящего материала, так и диска. В некоторых вариантах реализации для прижатия проводника к диску 1710 на резьбовом материале 1720 может использоваться гайка и шайба, что обеспечивает большую площадь контакта и меньшее контактное сопротивление.

В некоторых вариантах реализации воздушные зазоры между шайбой, кабелем и диском 1710 заполнены с электропроводящей и/или теплопроводящей термопастой, что обеспечивает улучшенную теплопроводность и/или электропроводность от кабеля на шпильку 1700.

В некоторых вариантах реализации электрод 1700 со шпилькой круглого сечения прикреплен к целевой области с использованием специально выбранного адгезива, который обладает достаточной электропроводностью и теплопроводностью для передачи тепла и электрического сигнала от кабеля на целевую область. В некоторых вариантах реализации адгезив также обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать крутящий момент, создаваемый гайкой и шайбой.

В некоторых вариантах реализации соединитель представляет собой U-образное приспособление, прикрепленное к объемной среде и электродам таким образом, что между электродом и объемной средой создается значительное сопротивление сжатию.

В некоторых вариантах реализации материалы электрода и соединителя могут быть выбраны для снижения их веса. В некоторых вариантах реализации материал электрода выбран для улучшения электропроводности и/или теплопроводности через материал в дополнение к снижению веса. Улучшенная проводимость может быть предпочтительна для конструкций электрода, в которых ток, протекающий от кабеля на целевую область, проходит через электрод (например, шпильку круглого сечения, конструкцию с одной пластиной).

В некоторых вариантах реализации в конструкцию соединителя и электрода могут быть включены специальные кожухи. Например, такие кожухи могут быть выбраны для прохождения аттестации по воздействию на окружающую среду, включающей такие критерии, как тепловая разгрузка и/или теплоизоляция, электрическая изоляция, экранирование от электромагнитных помех, защита от коррозии, устойчивость к вибрации и ударам, долговечность, защита от внешних загрязнений и осадков.

В общем, предусмотрены различные конфигурации адгезии (и их комбинации) между электродами и/или соединителями и объемной средой. В некоторых вариантах реализации конфигурации уменьшают контактное сопротивление между электродами и объемной средой и/или снижают электромагнитные потери.

В некоторых вариантах реализации электроды соединены с объемной средой с использованием паяного соединения. Фиг. 18A представляет собой схематическое примерное крепление 1800 между электродом 1802 и целевой областью 102 объемной среды, которая является частью большей объемной среды 1806, посредством паяного соединения. Для получения паяного соединения 1804 используется паяльный материал. Например, с целью получения низкого контактного сопротивления для припаивания электродов к целевой области может использоваться низкотемпературный присадочный металл (например, AL 802). В некоторых вариантах реализации для уменьшения окисления (образования слоя оксида алюминия в месте пайки) твердый припой покрыт флюсом. Флюс представляет собой материал, который при высоких температурах растворяет оксиды и предотвращает повторное окисление поверхности до нанесения присадочного металла на поверхность.

В некоторых вариантах реализации электроды и целевая область соединены друг с другом под воздействием давления и температуры. Например, в некоторых вариантах реализации между электродами и целевой областью применяется сжимающее усилие. Чтобы не ограничиваться теорией, сжимающее усилие может уменьшать контактное сопротивление между электродами и объемной средой в соответствии со следующей формулой:

где ρ - удельное электрическое сопротивление контактных материалов, H - твердость по Виккерсу более мягкой из контактных поверхностей, и F - сжимающее или контактное усилие.

В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть применено для соединения электродов и объемной среды с использованием механического крепежного соединителя. Фиг. 18B представляет собой схематическое изображение примерной конфигурации 1820 крепления между электродом 1802 и целевой областью 102, которая является частью большей объемной среды 1806. Для приложения сжимающего усилия для соединения электрода с целевой областью используются сплошные заклепки 1822.

В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть приложено с использованием вакуумной ленты или аналогичного предмета, способного герметизировать соединение между электродами и целевой областью. Фиг. 18C представляет собой схематическое изображение примерной конфигурации 1840 крепления между электродом 1802 и целевой областью 102, которая является частью большей объемной среды 1806. Для соединения электрода и целевой области используется герметизирующая лента 1842. После завершения герметизации для создания вакуума между электродами и целевой областью может использоваться всасывающее устройство, что сводит их друг с другом и создает сжимающее усилие.

В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть приложено с использованием зажимов, зажимающих электрод и целевую область и увеличивающих давление на границе раздела, например, с использованием зажимных скоб.

В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие может быть приложено с использованием магнитов или намагниченных поверхностей. В некоторых вариантах реализации намагничена либо поверхность электрода, либо поверхность целевой области, что обеспечивает силу притяжения между магнитами и электродом и/или областью контакта, в результате чего возникает необходимое сжимающее усилие. В некоторых вариантах реализации используются два или более магнитов, а электрод и целевая область расположены между ними, что обеспечивает силу притяжения между магнитами, в результате чего возникает необходимое сжимающее усилие. В некоторых вариантах реализации намагничена поверхность электрода, а также поверхность целевой области, что обеспечивает силу притяжения между электродом и целевой областью, в результате чего возникает необходимое сжимающее усилие.

В некоторых вариантах реализации сжимающее усилие прикладывается внешним или внутренним зажимным соединителем, который прилипает к поверхности целевой области или вблизи нее и преобразует силу адгезии в необходимое сжимающее усилие. В некоторых вариантах реализации адгезивы (например, отверждающиеся адгезивы) могут использоваться в сочетании с зажимными соединителями.

В некоторых вариантах реализации электроды могут быть частично или полностью встроены в объемную среду с использованием одного из вышеуказанных способов или альтернативной технологии.

В некоторых вариантах реализации между электродами и целевой областью расположен проводящий материал (например, графен).

В некоторых вариантах реализации материал соединителя, используемый для соединения электрода с целевой областью, представляет собой адгезив, выбранный для повышения прочности, что обеспечивает долговременное крепление к целевой области. Прочность адгезива может быть предпочтительна в случае, когда область крепления относительно мала, а механические ограничения, создаваемые в области крепления, относительно высоки (например, в случае электрода с U-образной шпилькой). В одном варианте реализации, когда электрод должен оставаться в неподвижном положении для отверждения адгезива после нанесения, для удержания электрода на месте могут использоваться внутренние или внешние одноразовые приспособления с использованием адгезивов и механической силы.

В некоторых вариантах реализации материал соединителя, используемый для соединения электрода с целевой областью, также выбран для обеспечения более высокой теплопроводности и/или электропроводности для обеспечения улучшенного потока тепла и тока от кабеля на целевую область. Например, более высокая проводимость может быть рассмотрена в случае, когда используемый электрод прикреплен так, что адгезив находится на пути электрического тока, проходящего от кабеля/электрода на целевую область (например, в случае электрода со шпилькой круглого сечения и электрода с одной пластиной). С этой целью в некоторых вариантах реализации между электродами и объемной средой расположены наноматериалы (например, углеродные нанотрубки). В некоторых вариантах реализации поверхность электродов и участок поверхности объемной среды, который будет контактировать с электродами (например, целевая область), могут быть обработаны для увеличения «реальной» площади контакта между ними.

В некоторых вариантах реализации и в комбинации с вышеуказанными вариантами реализации, а также другими вариантами реализации, соединитель, электроды и часть целевой области покрыты материалом, который уменьшает или исключает электромагнитные потери.

В некоторых вариантах реализации любая комбинация вышеуказанных способов используется с любым вариантом реализации электрода и соединителя. Например, Фиг. 18D представляет собой схематическое изображение примерного комбинированного крепления 1860 между электродом 1802 и целевой областью 102 объемной среды 1806. Крепление включает в себя паяное соединение 1804 и сплошные заклепки 1822.

В некоторых вариантах реализации в системе могут быть не нужны никакие соединители/кабели, поскольку для выработки необходимого тока не требуется физический контакт. В этом случае в некоторых вариантах реализации обратный путь сигнала может представлять собой дополнительный участок провода, идущего обратно в схему регулировки.

Варианты реализации системы нагрева, описанные в настоящей заявке, могут использоваться в качестве устройства устранения обледенения/предотвращения обледенения для плавления льда на поверхности самолета путем подачи высокочастотного переменного тока на целевую область обшивки/планера самолета (например, для осуществления джоулева нагрева). Тепло, вырабатываемое в целевой области планера, передается на поверхность планера, а затем путем конвекции передается через границу раздела планера и льда на лед. В некоторых вариантах реализации лед плавится полностью. В некоторых вариантах реализации плавится часть льда (слой, непосредственно контактирующий с планером), что приводит к образованию слоя воды между льдом и планером, в результате чего лед может соскользнуть или может быть механически удален с планера. В некоторых вариантах реализации нагрев осуществляется до появления льда, что предотвращает его образование.

В некоторых вариантах реализации после плавления льда продолжается подача высокочастотного переменного тока для поддержания джоулева нагрева планера, который переносится на воду, образовавшуюся/оставшуюся на поверхности, за счет теплопроводности и конвекции.

На Фиг. 19-32 представлены примеры узлов для передачи и подвода электромагнитной энергии в системах нагрева объемной среды. Узлы (называемые в настоящей заявке «соединительными полосами») выполнены с возможностью функционирования аналогично линиям передачи в комбинации с объемной проводящей средой, к которой они прикреплены. Например, в некоторых вариантах реализации конструкция соединительных полос приводит к тому, что сама объемная среда проводит ток аналогично току, проходящему по линии передачи. Соединительные полосы могут обеспечивать электромагнитную передачу сигналов переменного тока от линий на объемную среду, тем самым вырабатывая соответствующие сигналы тока в объемной среде. Таким образом, по существу, можно сказать, что конструкция соединительный полосы приводит к тому, что объемная среда (в комбинации с соединительной полосой) служит в качестве линии передачи, или в качестве альтернативы приводит к тому, что объемная среда и соединительные полосы совместно образуют систему, которая ведет себя, как линия передачи, и которая может быть проанализирована и спроектирована как таковая.

Например, как рассмотрено выше, варианты реализации настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью осуществления нагрева объемной среды путем управления механизмами формирования (например, сужения, удлинения и т.д.) тока в проводящей среде (например, объемной среде, проводнике): например, с использованием поверхностного эффекта и эффекта близости. Оба эффекта основаны на пропускании высокочастотного переменного тока через проводящую среду, которая должна быть нагрета. Поверхностный эффект ограничивает протекание тока за счет использования тенденции переменного электрического тока к распределению в проводнике таким образом, что плотность тока является наибольшей вблизи поверхности проводника и уменьшается в направлении вглубь проводника. Эффект близости может использоваться для дополнительного ограничения протекания тока в проводнике путем размещения другого пути переменного тока вблизи существующего пути тока в проводнике. Эффект близости также может удлинять путь тока. Соединительные полосы могут использоваться для создания и управления такими эффектами в дополнение к системам и процессам, рассмотренным выше. Например, соединительные полосы могут использоваться с различными системами управления питанием, описанными выше.

Фиг. 19 представляет собой вид в разрезе примерной соединительной полосы 1900. Соединительная полоса 1900 может использоваться для подачи высокочастотных сигналов тока на объемную среду, такую как обшивка 1902 летательного аппарата, для нагрева объемной среды. Соединительная полоса 1900 имеет многослойную конструкцию, которая включает в себя первый диэлектрический слой 1908 поверх объемной среды 1902, проводящий слой 1904 поверх первого диэлектрического слоя 1908, второй диэлектрический слой 1908 поверх проводящего слоя 1904, и проводящий экранирующий слой 1906 поверх второго диэлектрического слоя 1908.

Первый диэлектрический слой 1908 имеет толщину D₁. Проводящий слой 1904 имеет толщину D₂. Второй диэлектрический слой 1908 имеет толщину D₃. Проводящий экранирующий слой 1906 имеет толщину D₄. Общая толщина соединительной полосы 1900 обозначена D₅. Проводящий слой 1904 может быть выполнен из проводящих материалов, включая, без ограничения, медь, медные сплавы (например, латунь или бронзу), серебро, серебряные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, титан, титановые сплавы, хром, никель, никелевые сплавы, кобальтовые сплавы, нержавеющую сталь, графит или их комбинации. Проводящий экранирующий слой 1906 может быть выполнен из проводящих материалов, включая, без ограничения, медь, медные сплавы (например, латунь или бронзу), серебро, серебряные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, титан титановые сплавы, хром, никель, никелевые сплавы, кобальтовые сплавы, нержавеющую сталь, графит или их комбинации. В некоторых вариантах реализации проводящий экранирующий слой 1906 может быть выполнен в виде металлической фольги (например, медной фольги или алюминиевой фольги) или в виде плетеного металлического слоя. Диэлектрические слои 1908 могут быть выполнены из диэлектрических материалов, включая, без ограничения, каптон, майлар, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), политетрафторэтилен (ПТФЭ), резину или их комбинации.

В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 включает в себя защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя. Например, защитный слой может включать в себя, без ограничения, один или более слоев полиуретана, полифторида, краски, пленки, заменяющей краску, герметика или их комбинации.

Как проиллюстрировано на Фиг. 20, соединительные полосы 1900 могут быть расположены на поверхности объемной среды, такой как обшивка 2000 летательного аппарата (например, крыла), для подачи электрического тока на объемную среду и нагрева объемной среды путем выработки и формирования тока в объемной среде. Соединительные полосы 1900 продолжаются вдоль поверхности обшивки летательного аппарата 2000 и расположены на расстоянии друг от друга. В некоторых вариантах реализации одна или более соединительных полос 1900 включают в себя короткозамкнутую оконечную нагрузку, которая электрически соединяет по меньшей мере участок соединительной полосы (например, проводящий слой 1904) с объемной средой 1902. Например, соединительная полоса 1900 может оканчиваться электродом, таким как электроды, рассмотренные выше, для образования замкнутой цепи (например, короткозамкнутой цепи) между содержащимся в ней проводящим слоем 1904 и объемной средой 1902. Оконечной нагрузкой соединительной полосы 1900 является дальний конец полосы, противоположный концу, на который подается ток (например, противоположный концу ввода питания). В некоторых вариантах реализации одна или более соединительных полос 1900 оканчиваются разомкнутой цепью. Разомкнутая оконечная нагрузка означает, что оконечный конец соединительной полосы 1900 оставлен в виде разомкнутой цепи; не подключен к электрическому заземлению через объемную среду 1902 или проводящий экранирующий слой соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации одна или более соединительных полос 1900 оканчиваются компонентом регулировки импеданса (например, элементом цепи), подключенным между соединительной полосой 1900 и объемной средой 1902. Например, соединительная полоса 1900 может оканчиваться емкостной, резистивной или индуктивной оконечной нагрузкой. Например, элемент цепи, такой как конденсатор, катушка индуктивности или резистор, может быть подключен между проводящим слоем 1904 соединительной полосы 1900 и объемной средой 1902.

Со ссылкой на Фиг. 19 и 20, система управления питанием (например, система 104 управления питанием, описанная выше) подключена к одному концу каждой из соединительных полос для подачи электрического тока на каждую полосу. Например, линия подачи питания от системы управления питанием может быть подключена к проводящему слою каждой проводящей полосы 1900, и одна или обе объемные среды 1902 (например, обшивка 2000 летательного аппарата) могут быть подключены к электрическому заземлению.

Система управления питанием подает переменный ток на каждую проводящую полосу 1900. Например, система управления питанием может подавать переменный ток с частотой от 1 кГц до 450 МГц. В некоторых вариантах реализации частота составляет от 1 МГц до 450 МГц. В некоторых вариантах реализации частота составляет от 1кГц до 1 МГц. Система управления питанием может быть выполнена с возможностью подачи переменного тока величиной от 0,1 А до 200 А на каждую соединительную полосу 1900. Например, источник питания системы управления питанием и электрическая компоновка соединительных полос 1900 могут быть выполнены с возможностью подачи необходимого количества тока (например, от 0,1 А до 200 А) на каждую соединительную полосу 1900. В качестве обобщающего примера, если соединительные полосы 1900 подключены к системе управления питанием последовательно, для подачи тока величиной 100 А на каждую соединительную полосу 1900 может использоваться источник питания на 100 А. Если десять соединительных полос 1900 подключены к системе управления питанием параллельно, для подачи тока величиной 10 А на каждую соединительную полосу 1900 может использоваться источник питания на 100 А. Следует отметить, что этот пример предполагает, что импедансы соединительных полос равны. Как рассмотрено ниже, импеданс соединительных полос 1900 может быть настроен различным образом для управления распределением тока между соединительными полосами, что может быть желательно или может требоваться в конкретных областях применения нагрева.

Переменный ток для нагрева обшивки 1902 летательного аппарата подается через проводящий слой 1904. Переменный ток, подаваемый через проводящий слой 1904, вырабатывает (например, за счет электромагнитной емкостной и индукционной связи) соответствующий ток в обшивке 1902 летательного аппарата, как показано на Фиг. 22A-22B. На Фиг. 22A-22B показаны графики, полученные в результате электромагнитного анализа методом конечных элементов, моделирующего работу примерной соединительной полосы 1900, прикрепленной к проводящей объемной среде 1902. На графике на Фиг. 22A обозначены объемная среда 1902 (например, моделируемая как обшивка летательного аппарата), проводящий слой 1904 и проводящий экранирующий слой 1906. На Фиг. 22B отдельные компоненты соединительной полосы 1900 не показаны, и обозначены только соединительная полоса 1900 (проиллюстрированная в общем) и объемная среда 1902. Область, обозначенная ссылочной позицией 2206 на обоих графиках, представляет фоновую среду (например, атмосферу). На обоих графиках показана приведенная плотность (в А/м²) тока, индуцированного в объемной среде 1902 и обозначенного затушеванной областью 2204. Плотность тока в объемной среде 1902 является максимальной в узкой области 2204 вблизи поверхности объемной среды 1902. Кроме того, на графике на Фиг. 22A показана приведенная напряженность электрического поля (светло-серая область 2202) в диэлектрических слоях соединительной полосы 1900. Следует отметить, что проводящий экранирующий слой 1906 экранирует окружающую среду 2206 от электрических полей, создаваемых током, проходящим через проводящий слой 1904, например, для уменьшения или исключения электромагнитного излучения и для защиты соединительной полосы 1900 от внешних электромагнитных помех. Объемная среда 1902 также служит в качестве экранирующего слоя, например, минимизируя или блокируя электрические поля. Таким образом, проводящий экранирующий слой 1906 и объемная среда 1902 в вариантах реализации соединительной полосы 1900 могут служить для сдерживания электрических полей в соединительной полосе 1900 (например, между проводящим экранирующим слоем 1906 и объемной средой 1902). Этот эффект уменьшает или исключает электромагнитные помехи между системой нагрева и другими близлежащими электрическими компонентами. Варианты реализации соединительной полосы 1900 в комбинации с объемной средой 1902 могут обеспечивать рабочие характеристики, сопоставимые с полосковыми линиями передачи.

Со ссылкой на Фиг. 19, нагревательное воздействие проводящих полос 1900 на объемную среду, а также импеданс каждой проводящей полосы 1900 могут регулироваться путем изменения характеристик проводящей полосы, таких как, например, толщина различных слоев 1904, 1906 и 1908; ширина проводящего слоя; схема расположения проводящего слоя; материалы каждого слоя, включая их диэлектрические постоянные и свойства проводимости; или путем добавления компонентов регулировки импеданса (например, конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов). Кроме того, нагревательное воздействие тока, вырабатываемого в объемной среде 1902, также может быть изменено путем изменения этих характеристик, которые также служат для регулировки эффекта близости и пути тока нагрева, проходящего через объемную среду 1902, как рассмотрено выше.

Например, каждый из слоев 1904, 1906, 1908 может иметь соответствующую толщину (D₁-D₄), как правило, находящуюся в диапазоне от 0,1 мила до 1 дюйма или в некоторых вариантах реализации от 0,5 мила до 10 милов. В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 может иметь разные расстояния, отделяющие проводящий слой 1904 от объемной среды 1902 и отделяющие проводящий слой 1904 от проводящего экранирующего слоя 1906. В некоторых вариантах реализации эти расстояния связаны соотношением. Например, соединительная полоса 1900 может быть образована так, что относительная толщина D₁ и относительная толщина D₃ диэлектрического слоя 1908 связаны соотношением. Например, в некоторых вариантах реализации соотношение D₁:D₃ может находиться в диапазоне от 1:1 до 1:5. в других вариантах реализации соотношение D₁:D₃ может находиться в диапазоне от 1:1 до 5:1, например, для получения необходимой плотности тока и/или значения импеданса для данной области применения. В одном примерном варианте реализации D₁ составляет 3 мила, D₂ составляет 1 мил, D₃ составляет 3 мила, и D₄ составляет 1 мил. В другом примерном варианте реализации D₁ составляет 7,2 милов, D₂ составляет 1,4 мила, D₃ составляет 2,4 мила, и D₄ составляет 1,4 мила. В еще одном варианте реализации D₁ составляет 1000 милов, D₂ составляет 50 милов, D₃ составляет 500 милов, и D₄ составляет 50 милов. В еще одном варианте реализации D₁ составляет 10 милов, D₂ составляет 2,5 мила, D₃ составляет 50 милов, и D₄ составляет 2,5 мила. В еще одном примере D₁ составляет 2,4 мила, D₂ составляет 1,4 мила, D₃ составляет 7,2 милов, и D₄ составляет 1,4 мила. В дополнительном примере D₁ составляет 17,6 милов, D₂ составляет 9,8 милов, D₃ составляет 24,5 мила, и D₄ составляет 9,8 милов. В еще одном примере D₁ составляет 100 милов, D₂ составляет 20 милов, D₃ составляет 250 милов, и D4 составляет 20 милов. В еще одном примере D₁ составляет 5,5 милов, D₂ составляет 2,5 мила, D₃ составляет 9,0 милов, и D₄ составляет 2,5 мила. В еще одном дополнительном примере D₁ составляет 1,5 дюйма, D₂ составляет 0,25 дюйма, D₃ составляет 2,2 дюйма, и D₄ составляет 0,25 дюйма. В еще одном примере D₁ составляет 3,8 мила, D₂ составляет 2 мила, D₃ составляет 3,8 мила, и D₄ составляет 2 мила. В еще одном примере D₁ составляет 2,9 мила, D₂ составляет 1,5 мила, D₃ составляет 5,8 милов, и D₄ составляет 2,5 мила. В дополнительном примере D₁ составляет 5 милов, D₂ составляет 2,5 мила, D₃ составляет 25 милов, и D₄ составляет 1,5 дюйма. В еще одном примере D₁ составляет 11 милов, D₂ составляет 3 мила, D₃ составляет 5,5 милов, и D₄ составляет 3 мила. В еще одном примере D₁ составляет 21 мил, D₂ составляет 1,5 мила, D₃ составляет 7 милов, и D₄ составляет 2,5 мила. В дополнительном примере D₁ составляет 10 милов, D₂ составляет 2,5 мила, D₃ составляет 2 мила, и D₄ составляет 2,5 дюйма. В еще одном дополнительном примере D₁ составляет 4,5 дюйма, D₂ составляет 0,25 дюйма, D₃ составляет 1,5 дюйма, и D₄ составляет 0,25 дюйма. В другом примерном варианте реализации D₁ составляет 3 мила, D₂ составляет 1 мил, D₃ составляет 3 мила, и D₄ составляет 1 мил. В еще одном примере D₁ составляет 10,2 милов, D₂ составляет 3,5 мила, D₃ составляет 40,8 милов, и D₄ составляет 2,5 мила. В еще одном примере D₁ составляет 4,8 мила, D₂ составляет 0,5 мила, D₃ составляет 14,4 милов, и D₄ составляет 0,5 мила. В еще одном примере D₁ составляет 15 милов, D₂ составляет 1,4 мила, D₃ составляет 3 мила, и D₄ составляет 1,4 мила. В еще одном примере D₁ составляет 113 милов, D₂ составляет 10 милов, D₃ составляет 28,25 милов, и D₄ составляет 10 милов. В еще одном примере D₁ составляет 127 милов, D₂ составляет 5 милов, D₃ составляет 254 мила, и D₄ составляет 10 милов. В еще одном примере D₁ составляет 53 мила, D₂ составляет 12 милов, D₃ составляет 159 милов, и D₄ составляет 12 милов. В еще одном примере D₁ составляет 13 милов, D₂ составляет 1,4 мила, D₃ составляет 2,6 мила, и D₄ составляет 1,4 мила. В еще одном примере D₁ составляет 23 мила, D₂ составляет 4 мила, D₃ составляет 46 милов, и D₄ составляет 4 мила. В еще одном примере D₁ составляет 11,5 милов, D₂ составляет 2,8 мила, D₃ составляет 57,5 милов, и D₄ составляет 2,8 мила. В еще одном примере D₁ составляет 10 милов, D₂ составляет 1,4 мила, D₃ составляет 2,5 мила, и D₄ составляет 1,4 мила.

Кроме того, ширина проводящего слоя 1904, как правило, может находиться в диапазоне нескольких дюймов или нескольких милов. На Фиг. 21 показан вид сверху нескольких примерных соединительных полос (примеры 1-9) для демонстрации различных конфигураций проводящего слоя 1904 в соединительной полосе 1900. Следует отметить, что в целях наглядности соединительные полосы 1900 на Фиг. 21 проиллюстрированы без слоев, расположенных над проводящим слоем 1904 (например, без второго диэлектрического слоя и проводящего экранирующего слоя). Площадь поперечного сечения проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине. Например, ширина проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине для регулировки импеданса соединительной полосы 1900 и в некоторых случаях для регулировки плотности тока в объемной среде и проводящем слое. Примеры 1-9 иллюстрируют несколько примерных вариантов изменения ширины проводящего слоя 1904 соединительной полосы 1900. Например, ширина проводящего слоя 1904 поперек соединительной полосы 1900 может изменяться от максимальной ширины до минимальной ширины. В некоторых вариантах реализации максимальная ширина всего в 1,5 раза больше минимальной ширины. В других вариантах реализации максимальная ширина в 100 раз больше минимальной ширины. Например, ширина проводящего слоя 1904, показанного в Примере 1, может составлять 1,5 дюйма в самом широком месте (например, на верхнем конце) и 1 дюйм в самом узком месте (например, на нижнем конце). В другом примере ширина проводящего слоя 1904, показанного в Примере 1, может составлять 1 дюйм в самом широком месте (например, на верхнем конце) и 10 мил в самом узком месте (например, на нижнем конце).

В некоторых вариантах реализации толщина проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине. Например, ширина проводящего слоя 1904 может изменяться по его длине для регулировки импеданса соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации толщина, ширина и материал проводящего слоя 1904 могут изменяться по его длине.

В некоторых вариантах реализации импеданс соединительной полосы 1900 может регулироваться путем добавления компонентов регулировки импеданса (например, конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов) в одном или более местах по длине проводящего слоя 1904. Например, проводящий слой может быть разделен на несколько сегментов по длине, при этом один или более компонентов регулировки импеданса соединяют сегменты. Например, со ссылкой на соединительную полосу из Примера 4 на Фиг. 21, проводящий слой 1904 может быть разделен на два сегмента в области 2102, и компонент регулировки импеданса (например, конденсатор, катушка индуктивности, резистор или их комбинация) может быть электрически подключен между каждым сегментом. В качестве альтернативы или в дополнение компонент регулировки импеданса может быть подключен к проводящему слою в качестве шунтирующего элемента между проводящим слоем 1904 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем 1906.

В некоторых вариантах реализации ширина, толщина или оба этих параметра проводящего экранирующего слоя 1906 могут изменяться по длине соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации ширина, толщина или оба этих параметра диэлектрических слоев 1908 могут изменяться по длине соединительной полосы 1900. Например, в некоторых вариантах реализации площади поперечных сечений проводящего слоя 1904, диэлектрических слоев 1908 и проводящего экранирующего слоя 1906 могут изменяться по длине полосы 1900.

На Фиг. 23 показаны схематические изображения схем расположения (Схемы A-E расположения) нескольких примерных компоновок проводящего слоя 1904 в соединительной полосе 1900. Первоначально, при линейном расположении (как показано на Фиг. 21) проводящий слой 1904 линейно проходит по длине соединительной полосы 1900. Схемы A-E расположения иллюстрируют соединительные полосы 1900, проводящий слой 1904 которых расположен так, чтобы следовать по нелинейному шаблону или пути. В частности, в примерах на Фиг. 23 показан проводящий слой 1904, расположенный в виде с различных змеевидных узоров. Проиллюстрированные змеевидные узоры предусматривают размещение сегментов проводящего слоя 1904 рядом друг с другом в направлении ширины соединительной полосы 1900. Такое расположение позволяет уменьшить общую длину соединительной полосы 1900 при сохранении необходимой общей длины проводящего слоя 1904. В некоторых областях применения сохранение относительно неизменной длины проводящего слоя 1904 в разных соединительных полосах 1900 способствует сохранению одинакового импеданса между соединительными полосами 1900 разной длины. Например, в каждой из Схем A и B расположения проводящий слой 1904 может иметь одинаковую общую длину. Однако общая длина соединительной полосы 1900 в Схеме B расположения может быть уменьшена до половины длины соединительной полосы 1900 с проводящим слоем с линейным расположением (например, как проиллюстрировано на Фиг. 21). Аналогичным образом общая длина соединительной полосы 1900 в Схеме C расположения может быть уменьшена до одной трети длины соединительной полосы 1900 с проводящим слоем с линейным расположением. Кроме того, соединительные полосы 1900 меньшей длины могут быть размещены в местах корпуса летательного аппарата с ограниченным пространством. Например, соединительные полосы 1900 с проводящим слоем, расположенным согласно Схемам A-E расположения, могут быть размещены в узких областях крыла (например, на концевых обтекателях крыла), в которых не может быть установлена слишком длинная соединительная полоса 1900 с линейным размещением проводящего слоя.

Каждая Схема A-E расположения иллюстрирует соединительную полосу 1900, имеющую проводящий слой 1904, расположенный вдоль нелинейного пути от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. Схема A расположения иллюстрирует соединительную полосу 1900 с проводящим слоем 1904, расположенным с двукратным перекрытием. Проводящий слой 1904 в Схеме A расположения включает в себя два сегмента, расположенных рядом друг с другом, например, вдоль U-образного пути от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. На Фиг. 24A показан вид разрезе, взятом по линии A-A', соединительной полосы 1900 согласно Схеме A расположения.

Схема B расположения иллюстрирует соединительную полосу 1900 с проводящим слоем 1904, расположенным с трехкратным перекрытием. Проводящий слой 1904 в Схеме B расположения включает в себя три сегмента, расположенных рядом друг с другом, например, вдоль S-образного пути от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. На Фиг. 24B показан вид в разрезе, взятом по линии B-B', соединительной полосы 1900 согласно Схеме B расположения.

Схемы C и D расположения иллюстрируют соединительные полосы 1900 с проводящим слоем 1904 с разными вариациями расположения с четырехкратным перекрытием. Проводящий слой 1904 в каждой из Схем C и D расположения включает в себя четыре сегмента, расположенных рядом друг с другом. В Схеме C расположения сегменты проводящего слоя 1904 расположены, например, вдоль M-образного пути (или W-образного пути) от входного конца 2302 до оконечного конца 2304. В Схеме D расположения сегменты проводящего слоя 1904 расположены, например, в виде расположения с двукратным перекрытием, сложенного вдоль самого себя. Аналогичная технология также может быть применена в отношении тройной конфигурации путем складывания проводящего слоя 1904 вдоль самого себя. На Фиг. 24C показан вид разрезе, взятом по линии C-C', соединительной полосы 1900 согласно Схеме C расположения и Схеме D расположения.

Схема E расположения иллюстрирует более общее расположение проводящего слоя 1904. Например, Схема E расположения иллюстрирует пример проводящего слоя 1904 с множеством сегментов разной ширины, расположенных рядом друг с другом. Кроме того, в некоторых вариантах реализации проводящий слой 1904 может включать в себя внутренние связи 2306 между сегментами в различных местах между сегментами, как показано в Схеме E расположения. В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 также может включать в себя множество входов 2302 сигнала.

На Фиг. 25A показан вид в разрезе примерной конфигурации для крепления соединительной полосы 1900 к объемной среде 1902. В частности, на Фиг. 25A показана конфигурация крепления снизу. В конфигурации крепления снизу адгезивный материал 2502 расположен между нижней поверхностью соединительной полосы 1900 (например, нижним диэлектрическим слоем) и поверхностью объемной среды 1902. Например, адгезивный материал может представлять собой, без ограничения, слой двухстороннего адгезива (например, двустороннюю клейкую ленту), смолы или эпоксидной смолы.

На Фиг. 25B показан вид в разрезе другой примерной конфигурация для крепления соединительной полосы 1900 к объемной среде 1902. В частности, на Фиг. 25B показана конфигурация крепления сверху. В конфигурации крепления сверху адгезивный слой 2504 нанесен поверх соединительной полосы 1900 для крепления соединительной полосы 1900 к обшивке 1902 летательного аппарата. Адгезивный слой 2504 может представлять собой, например, адгезивное покрытие, адгезивную пленку или ленту.

Фиг. 26A представляет собой вид в разрезе соединительной полосы 1900 с двухсторонним адгезивным нижним слоем до установки на объемную среду 1902, а Фиг. 26B представляет собой вид в разрезе соединительной полосы 1900 по Фиг. 26A, установленной на объемную среду 1902. В некоторых вариантах реализации, например, в конфигурации крепления снизу, соединительная полоса 1900 включает в себя адгезивный нижний слой 2608. Адгезивный нижний слой может быть выполнен из двухстороннего адгезивного материала (например, двусторонней клейкой ленты). В таких вариантах реализации двухсторонний адгезивный материал может служить в качестве нижнего диэлектрического слоя (например, нижнего диэлектрического слоя 1908 на Фиг. 19). В некоторых вариантах реализации адгезивный нижний слой 2608 может представлять собой, например, адгезивное покрытие или адгезивную пленку, нанесенную на нижнюю поверхность нижнего диэлектрического слоя 1908. Перед установкой соединительная полоса 1900 с адгезивным нижним слоем 2608 может включать в себя защитный слой 2610 поверх адгезивного нижнего слоя 2608. Защитный слой 2610 может представлять собой, например, отрывной слой. Например, защитный слой 2610 может защищать адгезивный нижний слой 2608 перед установкой. Во время установки защитный слой 2610 может быть удален с адгезивного нижнего слоя 2608, обнажая адгезивную поверхность, так что соединительная полоса 1900 может быть прикреплена к поверхности объемной среды 1902.

В некоторых вариантах реализации могут быть включены один или более адгезивных слоев 2604 и 2606 для крепления диэлектрического слоя 1908 к проводящему слою 1904 и/или для крепления проводящего экранирующего слоя 1906 к диэлектрическому слою 1908. В некоторых вариантах реализации соединительная полоса 1900 включает в себя защитный слой 2602 поверх проводящего экранирующего слоя 1906. Например, защитный слой 2602 может включать в себя, без ограничения, один или более слоев полиуретана, полифторида, краски, пленки, заменяющей краску, герметика или их комбинации.

В некоторых областях применения может потребоваться нагрев непроводящей объемной среды. В таких ситуациях системы нагрева и соединительные полосы, описанные в настоящей заявке, могут быть модифицированы для нагрева непроводящей объемной среды. Например, для нагрева непроводящей объемной среды с помощью системы нагрева с использованием соединительных полос может использоваться встроенный слой.

На Фиг. 27A-27F показаны виды в разрезе различных вариантов реализации встроенных соединительных полос. На Фиг. 27A показана соединительная полоса 2700, аналогичная соединительной полосе 1900 на Фиг. 19. Как и соединительная полоса 1900, соединительная полоса 2700 имеет многослойную конструкцию, которая включает в себя первый диэлектрический слой 1908 поверх объемной среды 1902, проводящий слой 1904 поверх первого диэлектрического слоя 1908, второй диэлектрический слой 1908 поверх проводящего слоя 1904 и проводящий экранирующий слой 1906 поверх второго диэлектрического слоя 1908, и, опционально, защитный слой 2706 поверх проводящего экранирующего слоя 1906. Защитный слой 2706 аналогичен защитному слою 2602, описанному выше. Соединительная полоса 2700 отличается от соединительной полосы 1900 тем, что она прикреплена к поверхности непроводящей объемной среды 2702, а непроводящая объемная среда 2702 включает в себя объемный проводящий материал 2704, встроенный в нее. Например, объемный проводящий материал 2704 может быть выполнен в виде металлической фольги, металлической ленты или в виде плетеного металлического слоя, встроенного в непроводящую объемную среду 2702. Например, непроводящая объемная среда 2702 может представлять собой слоистый материал (например, углепластик, стеклопластик или кевлар) с проводящим объемным материалом 2704, расположенным между слоями непроводящей объемной среды 2702. Объемный проводящий материал 2704 может быть выполнен из проводящих материалов, включая, без ограничения, медь, медные сплавы (например, латунь или бронзу), серебро, серебряные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, титан, титановые сплавы, хром, никель, никелевые сплавы, кобальтовые сплавы, нержавеющую сталь, графит или их комбинации.

В каждом из примеров, проиллюстрированных на Фиг. 27A-27F, переменный ток, проходящий через проводящий слой 1904 соединительной полосы 2700, вырабатывает ток нагрева в объемном проводящем материале 2704, а не в непроводящей объемной среде 2702. Затем тепло, выработанное в объемном проводящем материале 2704, передается непроводящей объемной среде 2702 (например, за счет теплопроводности). В некоторых примерах, если непроводящая объемная среда обладает некоторой электропроводностью, тепло также будет вырабатываться в непроводящем участке в дополнение к слою объемного проводящего материала.

На Фиг. 27B показан вариант реализации соединительной полосы 2700, которая включает в себя только защитный слой 2706, проводящий слой 1904 и диэлектрический слой 1908. Соединительная полоса 2700 скомпонована так, что защитный слой 2706 расположен поверх проводящего слоя 1904, а проводящий слой 1904 расположен поверх диэлектрического слоя 1908. Диэлектрический слой 1908 отделен от встроенного проводящего объемного материала 2704 участком непроводящей объемной среды 2702.

На Фиг. 27C показан вариант реализации соединительной полосы 2700, которая включает в себя проводящий слой 1904, встроенный в непроводящую объемную среду 2702. Соединительная полоса 2700 на Фиг. 27C включает в себя защитный слой 2706, проводящий экранирующий слой 1906, диэлектрический слой 1908 и проводящий слой 1904. Соединительная полоса 2700 скомпонована так, что защитный слой 2706, проводящий экранирующий слой 1906 и диэлектрический слой 1908 расположены поверх проводящего слоя 1904. Проводящий слой 1904 встроен в непроводящую объемную среду 2702 и отделен от проводящего объемного материала 2704 участком непроводящей объемной среды 2702. Например, каждый из проводящего слоя 1904 и проводящего объемного материала 2704 может быть расположен между разными слоями непроводящей объемной среды 2702.

На Фиг. 27D показан вариант соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27C, но без защитного слоя 2706, проводящего экранирующего слоя 1906 и диэлектрического слоя 1908.

На Фиг. 27E показан вариант соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27D, но с обратным расположением проводящего слоя 1904 и проводящего объемного материала 2704. То есть в компоновке соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27E, проводящий объемный материал 2704 расположен ближе к поверхности непроводящей объемной среды 2702, чем проводящий слой 1904.

На Фиг. 27F показан вариант реализации соединительной полосы 2700, которая включает в себя проводящий слой 1904 и проводящий экранирующий слой 1906, встроенный в непроводящую объемную среду 2702. В компоновке соединительной полосы 2700, проиллюстрированной на Фиг. 27F, участки непроводящей объемной среды 2702 (например, слои непроводящей объемной среды 2702) отделяют проводящий слой 1904 от проводящего экранирующего слоя 1906 и от проводящего объемного материала 2704. Непроводящая объемная среда 2702 выполняет ту же функцию, что диэлектрические слои 1908 в соединительной полосе 1900, показанной на Фиг. 19.

На Фиг. 28 показаны схематические изображения одного варианта реализации соединителя 2802 соединительной полосы. Схематическое изображение 2805 представляет собой принципиальную схему соединителя 2802. Соединитель 2802 включает в себя встроенную схему 2804 регулировки импеданса. Схема 2804 регулировки импеданса электрически подключена между входным сигнальным интерфейсом 2806 и соединительной полосой 1900. Например, входной сигнальный интерфейс 2806 может представлять собой подключение коаксиального кабеля. Входная клемма 2810 входного сигнального интерфейса 2806 (например, центральный провод подключения коаксиального кабеля) подключена к проводящему слою 1904 соединительной полосы 1900 проводом 2808. Клемма (клеммы) 2814 заземления входного сигнального интерфейса 2806 (например, экрана подключения коаксиального кабеля) подключена к объемной среде 1902 и/или к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 одним или более проводами 2812.

Схема 2804 регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки входного импеданса соединительной полосы 1900 до необходимого уровня, который измеряется на входном сигнальном интерфейсе 2806. Схема 2804 регулировки импеданса может представлять собой фиксированную или переменную схему регулировки импеданса. Например, схема 2804 регулировки импеданса может быть реализована как одна из схем регулировки импеданса, описанных выше со ссылкой на Фиг. 12-15B. На схематическом изображении 2850 схема 2804 регулировки импеданса реализована в виде шунтирующего конденсатора C₁ между заземлением, подключенным к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 и/или к объемной среде 1902 (или объемному проводящему материалу 2704 в случае реализации для непроводящей объемной среды).

На Фиг. 29 показаны схематические изображения другого варианта реализации соединителя 2902 соединительной полосы. Соединитель 2902 включает в себя два входных сигнальных интерфейса 2906A и 2906B, например, для последовательного подключения множества соединительных полос 1900 друг к другу. Схематическое изображение 2905 представляет собой принципиальную схему соединителя 2902. Соединитель 2902 включает в себя встроенную схему 2904 регулировки импеданса. Схема 2904 регулировки импеданса включает в себя последовательные шунтирующие компоненты 2904A, 2904B, 2904C регулировки импеданса, электрически подключенные между входными сигнальными интерфейсами 2906A, 2906B и соединительной полосой 1900. Например, входные сигнальные интерфейсы 2906A и 2906B могут представлять собой подключения коаксиальных кабелей. Соответствующие входные клеммы 22910 входных сигнальных интерфейсов 2906A, 2906B подключены к проводящему слою 1904 соединительной полосы 1900 и друг к другу проводом 2808. Соответствующая клемма (клеммы) 2914 заземления входных сигнальных интерфейсов 2906A, 2906B подключены к объемной среде 1902 и/или к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 одним или более проводами 2912.

На схематическом изображении 2950 схема 2804 регулировки импеданса реализована в виде последовательных конденсатора C₁ и двух шунтирующих конденсаторов C₂, C₃ между заземлением, подключенным к проводящему экранирующему слою 1906 соединительной полосы 1900 и/или к объемной среде 1902 (или объемному проводящему материалу 2704 в случае реализации для непроводящей объемной среды).

Фиг. 30 представляет собой структурную схему первой примерной системы 3000 нагрева объемной среды с использованием соединительных полос 1900 согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Система 3000 нагрева включает в себя несколько соединительных полос 1900, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к объемной среде 1902 (например, к крылу летательного аппарата). Каждая соединительная полоса 1900 подключена к системе 3002 управления питанием. Система 3002 управления питанием может быть реализована согласно любому из вариантов реализации системы 104 управления питанием, рассмотренных выше. Система 3002 управления питанием подает переменный ток на каждую полосу.

Один конец каждой соединительной полосы 1900 (называемый в настоящей заявке «входным концом») подключен к системе 3002 управления питанием через соединитель 3004. В проиллюстрированном примере противоположный конец каждой соединительной полосы 1900 (называемый в настоящей заявке «оконечным концом») имеет либо разомкнутую оконечную нагрузку 3006, либо замкнутую оконечную нагрузку 3008. Соединительные полосы 1900 расположены чередующимся образом, при этом каждая соседняя пара соединительных полос 1900 имеет оконечные нагрузки разного типа. Например, одна соединительная полоса 1900 в каждой соседней паре обеспечена разомкнутой оконечной нагрузкой 3006 на оконечном конце, тогда как другая соединительная полоса 1900 в паре обеспечена замкнутой оконечной нагрузкой 3008. Разомкнутые оконечные нагрузки 3006 означают, что оконечный конец соединительной полосы 1900 оставлен в виде разомкнутой цепи; не подключен к электрическому заземлению через объемную среду 1902 или проводящий экранирующий слой соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой короткозамкнутые цепи между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и объемной средой 1902 и/или проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой емкостные оконечные нагрузки, при этом между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением подключен конденсатор. Например, конденсатор подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой индуктивные оконечные нагрузки, при этом между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением подключена катушка индуктивности. Например, катушка индуктивности подключена между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. В некоторых вариантах реализации замкнутые оконечные нагрузки 3008 представляют собой резистивные оконечные нагрузки, при этом между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением подключен резистор. Например, резистор подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900.

Комплементарные типы оконечных нагрузок могут быть применены к соседним соединительным полосам 1900 для обеспечения необходимого входного импеданса в системе 3002 управления питанием, для обеспечения необходимого распределения тепла в объемной среде 1902 или для выполнения обеих функций. Например, соединительные полосы 1900 могут быть установлены на объемной среде 1902 так, что соседние соединительные полосы 1900 имеют комплементарные типы оконечных нагрузок. Например, оконечные нагрузки соседних соединительных полос 1900 могут чередоваться между разомкнутыми оконечными нагрузками 3006 и короткозамкнутыми оконечными нагрузками (например, замкнутая оконечная нагрузка 3008, реализованная в виде короткозамкнутых цепей). В другом примере оконечные нагрузки соседних соединительных полос 1900 могут чередоваться между замкнутой оконечной нагрузкой 3008, реализованной в виде емкостных оконечных нагрузок, и замкнутой оконечной нагрузкой 3008, реализованной в виде индуктивных оконечных нагрузок.

Фиг. 31 представляет собой структурную схему второй примерной системы 3100 нагрева объемной среды с использованием соединительных полос 1900 согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Система 3100 нагрева аналогична системе 3000 нагрева, описанной выше, с добавлением системы 3102 управления, выполненной с возможностью управления переменными оконечными нагрузками 3106, прикрепленными к оконечному концу каждой соединительной полосы 1900. Переменные оконечные нагрузки 3106 включают в себя переключаемую оконечную нагрузку. В некоторых вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 выполнены с возможностью переключения между короткозамкнутой оконечной нагрузкой и разомкнутой оконечной нагрузкой. Например, переменные оконечные нагрузки 3106 включают в себя управляемый переключатель, подключенный между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и электрическим заземлением. Управляемый переключатель может быть реализован в виде электронного переключателя (например, транзистора, силового диода, тиристора, кремниевого управляемого выпрямителя и т.д.) или механического переключателя (например, реле). Например, управляемый переключатель подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и либо объемной средой 1902, либо проводящим экранирующим слоем соединительной полосы 1900. Выход системы управления подключен к клемме управления управляемого переключателя.

Оконечная нагрузка каждой соединительной полосы 1900 может переключаться между разомкнутой цепью и короткозамкнутой цепью путем размыкания и замыкания управляемого переключателя (или включения и отключения электронного переключателя). Например, система 3102 управления управляет работой переменных оконечных нагрузок 3106 соединительной полосы 1900 путем управления управляемым переключателем для изменения типа оконечной нагрузки соединительной полосы 1900 по мере необходимости для нагрева объемной среды 1902. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может независимо управлять каждой переменной оконечной нагрузкой 3106 соединительной полосы. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может синхронно управлять переменными оконечными нагрузками 3106 группы (например, пары или большей группы) соединительных полос. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может управлять переключением переменных оконечных нагрузок 3106 одной или более соединительных полос 1900 через регулярные промежутки времени, например, согласно регулярному рабочему циклу. Рабочий цикл для переключения переменных оконечных нагрузок 3106 может находиться в диапазоне от 0,01 Гц до 100 Гц.

В некоторых вариантах реализации система 3102 управления управляет работой переменных оконечных нагрузок 3106 путем поочередного переключения между разомкнутыми и замкнутыми оконечными нагрузками. Например, система 3102 управления переключает половину переменных оконечных нагрузок 3106 на короткозамкнутые оконечные нагрузки, а половину переменных оконечных нагрузок 3106 на разомкнутые оконечные нагрузки в первой половине рабочего цикла. Затем во второй половине рабочего цикла система 3102 управления переключает переменные оконечные нагрузки 3106 так, что оконечные нагрузки, переключенные на разомкнутые оконечные нагрузки, переключаются на замкнутые оконечные нагрузки, и наоборот. Рабочий цикл для переключения переменных оконечных нагрузок 3106 может находиться в диапазоне от 0,01 Гц до 100 Гц.

В некоторых вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 каждой пары соседних соединительных полос 1900 управляются для сохранения противоположного типа оконечных нагрузок. То есть система 3102 управления управляет переменными оконечными нагрузками 3106 так, что оконечная нагрузка одной соединительной полосы 1900 в каждой соседней паре выполнена в виде разомкнутой цепи, а оконечная нагрузка другой соединительной полосы 1900 в паре выполнена в виде разомкнутой цепи, при этом оконечные нагрузки чередуются в каждой половине рабочего цикла.

Система 3102 управления может представлять собой вычислительное устройство с одним или более процессорами или микроконтроллерами, выполненными с возможностью управления работой переменных оконечных нагрузок 3106. Например, система 3102 управления включает в себя память, в которой хранятся инструкции (например, программный код), которые при выполнении системой управления побуждают систему 3102 управления к подаче соответствующих сигналов управления управляемым переключателям в переменных оконечных нагрузках 3106. В некоторых вариантах реализации система 3002 управления питанием и система 3102 управления могут быть объединены в общую систему управления питанием и управления.

В некоторых вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 выполнены с возможностью переключения между емкостной оконечной нагрузкой и индуктивной оконечной нагрузкой. Например, управляемый переключатель может быть выполнен с возможностью переключения между подключением проводящего слоя соединительной полосы 1900 к конденсатору, который подключен к заземлению, или подключением проводящего слоя соединительной полосы 1900 к катушке индуктивности, которая подключена к заземлению. Как отмечено выше, заземление может проходить либо через объемную среду 1902, либо через проводящий экранирующий слой соединительной полосы 1900. Кроме того, в таких вариантах реализации система 3102 управления может работать, как описано выше, для поочередного переключения переменных оконечных нагрузок 3106 между проводящими и индуктивными оконечными нагрузками.

В других вариантах реализации переменные оконечные нагрузки 3106 могут быть модифицированы для переключения между разными типами оконечных нагрузок, например, между разомкнутыми оконечными нагрузками и емкостными оконечными нагрузками, между короткозамкнутыми оконечными нагрузками и индуктивными оконечными нагрузками, между разомкнутыми оконечными нагрузками и индуктивными оконечными нагрузками, между короткозамкнутыми оконечными нагрузками и емкостными оконечными нагрузками, между разомкнутыми оконечными нагрузками и резистивными оконечными нагрузками, между короткозамкнутыми оконечными нагрузками и резистивными оконечными нагрузками или другими их комбинациями.

Фиг. 32 представляет собой структурную схему третьей примерной системы 3200 нагрева объемной среды с использованием соединительных полос согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Система 3200 нагрева выполнена с возможностью поочередного приведения в действие соседних соединительных полос 1900. Система 3200 нагрева аналогична системе 3000 нагрева, описанной выше, с добавлением системы 3202 управления, выполненной с возможностью приведения в действие переключаемых соединителей 3204, прикрепленных к входному концу каждой соединительной полосы 1900. Переключаемые соединители 3204 включают в себя управляемый переключатель, выполненный с возможностью подключения соответствующей соединительной полосы 1900 к системе 3002 управления питанием и отключения от нее. Управляемый переключатель может быть реализован в виде электронного переключателя (например, транзистора, силового диода, тиристора, кремниевого управляемого выпрямителя и т.д.) или механического переключателя (например, реле). Например, управляемый переключатель подключен между проводящим слоем соединительной полосы 1900 и входной клеммой переключаемого соединителя 3204. Выход системы управления подключен к клемме управления управляемого переключателя.

Система 3202 управления управляет работой переключаемого соединителя 3204 для поочередного подключения и отключения соединительных полос 1900 от системы 3002 управления питанием, эффективно подключая и отключая соединительные полосы 1900. Например, система 3202 управления может управлять переключаемыми соединителями 3204 для поочередного подключения и отключения соединительных полос 1900. Например, система 3202 управления управляет работой переключаемых соединителей 3204 соединительной полосы 1900 путем управления управляемым переключателем для подключения или отключения соединительной полосы 1900 по мере необходимости для нагрева объемной среды 1902. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может независимо управлять каждой переменной оконечной нагрузкой 3106 соединительной полосы. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может синхронно управлять переменными оконечными нагрузками 3106 группы (например, пары или большей группы) соединительных полос. В некоторых вариантах реализации система 3102 управления может управлять переключением переменных оконечных нагрузок 3106 одной или более соединительных полос 1900 через регулярные промежутки времени, например, согласно регулярному рабочему циклу. Рабочий цикл для переключения переменных оконечных нагрузок 3106 может находиться в диапазоне от 0,01 Гц до 100 Гц. В некоторых вариантах реализации система 3202 управления подключает соединительные полосы 1900 с разомкнутыми оконечными нагрузками 3006 и отключает соединительные полосы 1900 с замкнутыми оконечными нагрузками 3008 в первой половине рабочего цикла. Затем во второй половине рабочего цикла система 3202 управления переключает переключаемые соединители 3204 для отключения соединительных полос 1900 с разомкнутыми оконечными нагрузками 3006 и подключения соединительных полос 1900 с замкнутыми оконечными нагрузками 3008.

Система 3202 управления может представлять собой вычислительное устройство с одним или более процессорами или микроконтроллерами, выполненными с возможностью управления работой переменных оконечных нагрузок 3106. Например, система 3202 управления включает в себя память, в которой хранятся инструкции (например, программный код), которые при выполнении системой управления побуждают систему 3202 управления к подаче соответствующих сигналов управления управляемым переключателям в переменных оконечных нагрузках 3106. В некоторых вариантах реализации система 3002 управления питанием и система 3202 управления могут быть объединены в общую систему управления питанием и управления.

В контексте настоящей заявки выражения «перпендикулярно», или «по существу перпендикулярно», или «под прямым углом», или «по существу под прямым углом» относятся к взаимному расположению двух элементов (например, линий, направлений, осей, плоскостей, поверхностей или компонентов), которое образует угол девяносто градусов в пределах допустимых отклонений при проектировании или измерении. Например, направления могут считаться перпендикулярными, если угол между направлениями находится в пределах допустимого отклонения от девяноста градусов (например, ±1-2 градуса).

Хотя настоящая заявка содержит множество конкретных деталей вариантов реализации, их следует рассматривать не как ограничение объема какого-либо изобретения или объема того, что может быть заявлено, а как описания признаков, которые могут быть специфичными для конкретных вариантов реализации конкретных изобретений. Некоторые признаки, описанные в настоящей заявке в контексте отдельных вариантов реализации, также могут быть реализованы в комбинации в одном варианте реализации. И наоборот, различные признаки, описанные в контексте одного варианта реализации, также могут быть реализованы во множестве вариантов реализации по отдельности или в любой подходящей подкомбинации. Кроме того, хотя признаки могут быть описаны выше как действующие в определенных комбинациях и даже первоначально заявлены как таковые, один или более признаков из заявленной комбинации в некоторых случаях могут быть исключены из комбинации, и заявленная комбинация может быть направлена на подкомбинацию или изменение подкомбинации.

Аналогичным образом, хотя операции проиллюстрированы на чертежах в конкретном порядке, это не следует понимать как требование того, что такие операции должны выполняться в конкретном показанном порядке или в последовательном порядке, или что для достижения необходимого результата должны выполняться все проиллюстрированные операции. В определенных обстоятельствах могут быть предпочтительны многозадачность и параллельная обработка. Кроме того, разделение различных модулей и компонентов системы в вариантах реализации, описанных выше, не следует понимать как требование такого разделения во всех вариантах реализации, и следует понимать, что описанные программные компоненты и системы в общем могут быть объединены в одном программном и/или аппаратном продукте или упакованы во множество программных и/или аппаратных продуктов.

Выше были описаны конкретные варианты реализации объекта настоящего изобретения. Другие варианты реализации находятся в пределах объемы следующей формулы изобретения. Например, действия, указанные в формуле изобретения, могут быть выполнены в другом порядке, и при этом все еще могут быть достигнуты необходимые результаты. В качестве одного примера процессы, проиллюстрированные на приложенных чертежах, не обязательно требуют конкретного показанного порядка или последовательного порядка для достижения желаемого результата. В некоторых случаях могут быть предпочтительны многозадачность и параллельная обработка.

Перечисленные ниже варианты реализации также являются инновационными в дополнение к вариантам реализации приложенной формулы изобретения и вариантам реализации, описанным выше:

Вариант реализации 1 представляет собой систему для нагрева внешней поверхности объемной среды, причем система содержит: две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к объемной среде, причем каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль поверхности объемной среды, которая в комбинации с объемной средой образует линию электропередачи, причем многослойная конструкция содержит: первый диэлектрический слой поверх объемной среды, проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя, второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя; и систему управления питанием, подключенную к проводящему слою каждой из соединительных полос и к объемной среде, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности объемной среды путем подачи электрического тока на соединительные полосы.

Вариант реализации 2 представляет собой систему согласно варианту реализации 1, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы с частотой переменного тока от 1 кГц до 450 МГц.

Вариант реализации 3 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1 или 2, в которой проводящий слой расположен в пределах 1 дюйма от объемной среды.

Вариант реализации 4 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи переменного тока величиной от 0,1 А до 200 А на каждую соединительную полосу.

Вариант реализации 5 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос расположен в виде змеевидного узора, в котором сегменты проводящего слоя расположены рядом друг с другом.

Вариант реализации 6 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой отделен от объемной среды на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 1:5.

Вариант реализации 7 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой проводящий слой отделен от объемной среды на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 5:1 до 1:5.

Вариант реализации 8 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой проводящий слой отделен от объемной среды на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 5:1.

Вариант реализации 9 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой первый диэлектрический слой имеет первую толщину, в которой второй диэлектрический слой имеет вторую толщину, и в которой соотношение между первой толщиной и второй толщиной находится в диапазоне от 1:1 до 1:5.

Вариант реализации 10 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 1-5, в которой первый диэлектрический слой имеет первую толщину, в которой второй диэлектрический слой имеет вторую толщину, и в которой соотношение между первой толщиной и второй толщиной находится в диапазоне от 1:1 до 5:1.

Вариант реализации 11 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя.

Вариант реализации 12 представляет собой систему согласно варианту реализации 11, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя, в которой ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, и в которой максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.

Вариант реализации 13 представляет собой систему согласно варианту реализации 11, в которой ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, и в которой максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.

Вариант реализации 14 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос содержит множество сегментов с одним или более элементами цепи, подключенными между каждой парой сегментов.

Вариант реализации 15 представляет собой систему согласно варианту реализации 14, в которой один или более элементов цепи содержат конденсаторы.

Вариант реализации 16 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет толщину, которая изменяется по длине проводящего слоя.

Вариант реализации 17 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой объемная среда образует второй экранирующий слой для линии электропередачи, образованной в комбинации с каждой из соединительных полос.

Вариант реализации 18 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждый из проводящего слоя и проводящего экранирующего слоя содержит по меньшей мере один материал из меди, серебра или алюминия.

Вариант реализации 19 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий слой содержит титан.

Вариант реализации 20 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой проводящий экранирующий слой содержит по меньшей мере один материал из медной фольги, алюминиевой фольги или плетеного экранирующего материала.

Вариант реализации 21 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждый из первого диэлектрического слоя и второго диэлектрического слоя содержит по меньшей мере один материал из каптона или майлара.

Вариант реализации 22 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой первый диэлектрический слой и второй диэлектрический слой содержат по меньшей мере один материал из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), политетрафторэтилена (ПТФЭ) или резины.

Вариант реализации 23 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой многослойная конструкция дополнительно содержит защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.

Вариант реализации 24 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой первый диэлектрический слой содержит адгезивный материал.

Вариант реализации 25 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: первый адгезивный слой между проводящим слоем и вторым диэлектрическим слоем и второй адгезивный слой между вторым диэлектрическим слоем и проводящим экранирующим слоем.

Вариант реализации 26 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.

Вариант реализации 27 представляет собой систему согласно варианту реализации 26, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.

Вариант реализации 28 представляет собой систему согласно варианту реализации 26, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

Вариант реализации 29 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.

Вариант реализации 30 представляет собой систему согласно варианту реализации 29, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.

Вариант реализации 31 представляет собой систему согласно варианту реализации 29, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

Вариант реализации 32 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, причем элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.

Вариант реализации 33 представляет собой систему согласно варианту реализации 32, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.

Вариант реализации 34 представляет собой систему согласно варианту реализации 32, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

Вариант реализации 35 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.

Вариант реализации 36 представляет собой систему согласно варианту реализации 34, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.

Вариант реализации 37 представляет собой систему согласно варианту реализации 34, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.

Вариант реализации 38 представляет собой систему согласно варианту реализации 34, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.

Вариант реализации 39 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит конденсатор, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит катушку индуктивности, подключенную между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.

Вариант реализации 40 представляет собой систему согласно варианту реализации 39, в которой электрическое заземление содержит объемную среду.

Вариант реализации 41 представляет собой систему согласно варианту реализации 39, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.

Вариант реализации 42 представляет собой систему согласно варианту реализации 39, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.

Вариант реализации 43 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой каждая соединительная полоса содержит переключатель, подключенный на оконечном конце между проводящим слоем и объемной средой и/или проводящим экранирующим слоем, причем при нахождении в первом состоянии переключатель образует разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемной средой или проводящим экранирующим слоем, а при нахождении во втором состоянии переключатель образует замкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением.

Вариант реализации 44 представляет собой систему согласно варианту реализации 43, в которой электрическое заземление представляет собой объемную среду.

Вариант реализации 45 представляет собой систему согласно варианту реализации 43, в которой электрическое заземление представляет собой проводящий экранирующий слой.

Вариант реализации 46 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу параллельным образом.

Вариант реализации 47 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу последовательным образом.

Вариант реализации 48 представляет собой систему согласно любому из предыдущих вариантов реализации, в которой объемная среда содержит объемную среду, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.

Вариант реализации 49 представляет собой систему для нагрева внешней части конструкции причем система содержит: конструкцию, которая должна быть нагрета, причем конструкция выполнена из непроводящего материала и содержит объемный проводящий материал, встроенный в нее; две или более соединительных полос, расположенных на расстоянии друг от друга и прикрепленных к конструкции, причем каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль конструкции, которая в комбинации с объемным проводящим материалом, встроенным в конструкцию, образует линию электропередачи, причем многослойная конструкция содержит: проводящий слой, перекрывающий проводящий материал, и первый диэлектрический слой между объемным проводящим материалом и первым проводящим слоем; и систему управления питанием, подключенную к проводящему слою каждой из соединительных полос и к конструкции, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева внешней части конструкции путем подачи электрического тока на соединительные полосы.

Вариант реализации 50 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой каждая соединительная полоса проходит вдоль поверхности конструкции, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит защитный слой поверх проводящего слоя.

Вариант реализации 51 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой каждая соединительная полоса проходит вдоль поверхности конструкции, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: проводящий экранирующий слой поверх проводящего слоя, второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем и защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.

Вариант реализации 52 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой участок каждой соединительной полосы проходит вдоль поверхности конструкции, в которой проводящий слой встроен в конструкцию, в которой участок конструкции образует первый диэлектрический слой, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: проводящий экранирующий слой поверх проводящего слоя, второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем и защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.

Вариант реализации 53 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой проводящий слой встроен в конструкцию, в которой первый участок конструкции образует первый диэлектрический слой, и в которой многослойная конструкция дополнительно содержит: проводящий экранирующий слой, встроенный в конструкцию и перекрывающий проводящий слой, и второй диэлектрический слой, образованный вторым участком конструкции и расположенный между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем.

Вариант реализации 54 представляет собой систему согласно пункту 49, в которой проводящий слой встроен в конструкцию, и в которой участок конструкции образует первый диэлектрический слой.

Вариант реализации 55 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-54, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы с частотой переменного тока от 1 кГц до 450 МГц.

Вариант реализации 56 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-55, в которой проводящий слой расположен в пределах 1 дюйма от объемного проводящего материала.

Вариант реализации 57 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-56, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи переменного тока величиной от 0,1 А до 200 А на каждую соединительную полосу.

Вариант реализации 58 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-57, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос расположен в виде змеевидного узора, в котором сегменты проводящего слоя расположены рядом друг с другом.

Вариант реализации 59 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой проводящий слой отделен от объемного проводящего материала на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 1:5.

Вариант реализации 60 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой проводящий слой отделен от объемного проводящего материала на первое расстояние, в которой проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, и в которой соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 1:1 до 5:1.

Вариант реализации 61 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-60, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя.

Вариант реализации 62 представляет собой систему согласно варианту реализации 61, в которой ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, и в которой максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.

Вариант реализации 63 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-62, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос содержит множество сегментов с одним или более элементами цепи, подключенными между каждой парой сегментов.

Вариант реализации 64 представляет собой систему согласно варианту реализации 63, в которой один или более элементов цепи содержат конденсаторы.

Вариант реализации 65 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-64, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет толщину, которая изменяется по длине проводящего слоя.

Вариант реализации 66 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-65, в которой объемный проводящий материал образует второй экранирующий слой для линии электропередачи, образованной в комбинации с каждой из соединительных полос.

Вариант реализации 67 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой каждый из проводящего слоя и проводящего экранирующего слоя содержит по меньшей мере один материал из меди, серебра или алюминия.

Вариант реализации 68 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-67, в которой проводящий слой содержит титан.

Вариант реализации 69 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой проводящий экранирующий слой содержит по меньшей мере один материал из медной фольги, алюминиевой фольги или плетеного экранирующего материала.

Вариант реализации 70 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-69, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.

Вариант реализации 71 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-70, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.

Вариант реализации 72 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-71, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце, причем элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.

Вариант реализации 73 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-72, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.

Вариант реализации 74 представляет собой систему согласно варианту реализации 73, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.

Вариант реализации 75 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-74, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит конденсатор, подключенный между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит катушку индуктивности, подключенную между проводящим слоем и объемным проводящим материалом на оконечном конце.

Вариант реализации 76 представляет собой систему согласно варианту реализации 75, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.

Вариант реализации 77 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-76, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.

Вариант реализации 78 представляет собой систему согласно варианту реализации 77, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.

Вариант реализации 79 представляет собой систему согласно варианту реализации 77, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

Вариант реализации 80 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-79, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.

Вариант реализации 81 представляет собой систему согласно варианту реализации 80, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.

Вариант реализации 82 представляет собой систему согласно варианту реализации 80, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

Вариант реализации 83 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-82, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, причем элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.

Вариант реализации 84 представляет собой систему согласно варианту реализации 71, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.

Вариант реализации 85 представляет собой систему согласно варианту реализации 71, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

Вариант реализации 86 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-85, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.

Вариант реализации 87 представляет собой систему согласно варианту реализации 87, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.

Вариант реализации 88 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-87, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, в которой первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит конденсатор, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, и в которой вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит катушку индуктивности, подключенную между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.

Вариант реализации 89 представляет собой систему согласно варианту реализации 88, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.

Вариант реализации 90 представляет собой систему согласно варианту реализации 88, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.

Вариант реализации 91 представляет собой систему согласно варианту реализации 88, в которой система управления питанием выполнена с возможностью поочередного переключения между подачей электрического тока на первую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос и подачей электрического тока на вторую соединительную полосу в каждой соседней паре соединительных полос.

Вариант реализации 92 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 51-53, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, в которой проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и в которой каждая соединительная полоса содержит переключатель, подключенный на оконечном конце между проводящим слоем и объемным проводящим материалом и/или проводящим экранирующим слоем, причем при нахождении в первом состоянии переключатель образует разомкнутую цепь между проводящим слоем и объемным проводящим материалом или проводящим экранирующим слоем, а при нахождении во втором состоянии переключатель образует замкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением.

Вариант реализации 93 представляет собой систему согласно варианту реализации 92, в которой электрическое заземление содержит проводящий объемный материал.

Вариант реализации 94 представляет собой систему согласно варианту реализации 92, в которой электрическое заземление содержит соответствующий проводящий экранирующий слой первой и второй соединительных полос.

Вариант реализации 95 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-94, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу параллельным образом.

Вариант реализации 96 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-95, в которой две или более соединительных полос электрически подключены друг к другу последовательным образом.

Вариант реализации 97 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 49-96, в которой конструкция содержит обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.

Вариант реализации 98 представляет собой способ установки системы нагрева объемной среды, включающий этапы, на которых: получают соединительные полосы, причем каждая соединительная полоса содержит многослойную конструкцию, содержащую: первый диэлектрический слой, проводящий слой, перекрывающий первый диэлектрический слой, проводящий экранирующий слой, перекрывающий проводящий слой, и второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем; прикрепляют каждую из соединительных полос к поверхности объемной среды на расстоянии друг от друга, при этом первый диэлектрический слой каждой соединительной полосы расположен между объемной средой и проводящим слоем; и подключают проводящий слой каждой из соединительных полос к системе управления питанием, выполненной с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы.

Вариант реализации 99 представляет собой способ согласно варианту реализации 98, в котором первый диэлектрический слой содержит двухсторонний адгезив, и в котором прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности объемной среды включает этапы, на которых для каждой соединительной полосы: удаляют защитный слой с двухстороннего адгезива для обнажения его адгезивной поверхности и прикрепляют адгезивную поверхность к поверхности объемной среды.

Вариант реализации 100 представляет собой способ согласно любому из вариантов реализации 98 или 99, в котором прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности объемной среды включает этап, на котором для каждой соединительной полосы наносят адгезивный верхний слой поверх соединительной полосы, причем верхний слой проходит по ширине соединительной полосы так, что боковые края верхнего слоя контактируют с участками объемной среды по обе стороны от соединительной полосы и прилипают к ним.

Вариант реализации 101 представляет собой способ согласно любому из вариантов реализации 98-100, в котором прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности объемной среды включает этапы, на которых для каждой соединительной полосы: наносят адгезивный материал на поверхность объемной среды и прикрепляют первый диэлектрический слой соединительной полосы к адгезивному материалу.

Вариант реализации 102 представляет собой способ согласно любому из вариантов реализации 98-101, в котором объемная среда содержит обшивку летательного аппарата, лопасть ветровой турбины, крышу здания или железнодорожные пути.

Вариант реализации 103 представляет собой систему для нагрева объемной среды, содержащую: два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; и систему управления питанием, подключенную к электродам, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева объемной среды путем формирования плотности тока вдоль пути тока между электродами, что приводит к созданию эффективного сопротивления вдоль пути тока в объемной среде, которое больше, чем сопротивление объемной среды постоянному току, в которой система управления питанием формирует плотность тока в глубине объемной среды путем регулировки глубины скин-слоя тока, и в которой система управления питанием формирует плотность тока в направлении поперек пути тока путем регулировки эффекта близости тока.

Вариант реализации 104 представляет собой систему согласно варианту реализации 103, в которой объемная среда представляет собой участок летательного аппарата.

Вариант реализации 105 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103 или 104, в которой объемная среда представляет собой один или более элемент из участка крыла летательного аппарата, участка хвостового оперения летательного аппарата или участка фюзеляжа летательного аппарата.

Вариант реализации 106 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-105, в которой два или более электродов представляют собой первый набор из двух или более электродов, и в которой система дополнительно содержит второй набор из двух или более электродов, подключенных к другому участку объемной среды, в которой система управления питанием подключена ко второму набору из двух или более электродов и выполнена с возможностью поочередной подачи питания на первый набор из двух или более электродов и второй набор из двух или более электродов.

Вариант реализации 107 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-106, в которой объемная среда содержит алюминий или углепластик, и в которой два или более электродов содержат алюминий, серебро или медь.

Вариант реализации 108 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-107, в которой два или более электродов подключены к объемной среде таким образом, чтобы уменьшать контактное сопротивление между электродами и объемной средой.

Вариант реализации 109 представляет собой систему согласно варианту реализации 108, в которой проводящий материал расположен между по меньшей мере одним из двух или более электродов и объемной средой.

Вариант реализации 110 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-109, в которой система управления питанием выполнена с возможностью регулировки глубины скин-слоя тока путем создания тока в объемной среде с частотой переменного тока выше 1 кГц.

Вариант реализации 111 представляет собой систему согласно варианту реализации 110, в которой частота переменного тока составляет от 100 кГц до 450 МГц.

Вариант реализации 112 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-111, в которой эффект близости тока регулируется путем размещения второго пути тока вблизи поверхности объемной среды и вдоль участка пути тока.

Вариант реализации 113 представляет собой систему согласно варианту реализации 112, в которой по меньшей мере участок второго пути тока расположен в пределах 10 см от поверхности объемной среды.

Вариант реализации 114 представляет собой систему согласно варианту реализации 112, в которой второй путь тока представляет собой кабель, который замыкает замкнутую цепь, включающую в себя два или более электродов и систему управления питанием.

Вариант реализации 115 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-114, в которой система управления питанием содержит схему регулировки импеданса, выполненную с возможностью регулировки выходного импеданса системы управления питанием.

Вариант реализации 116 представляет собой систему согласно варианту реализации 115, в которой схема регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки выходного импеданса системы управления питанием в соответствии с импедансом объемной среды.

Вариант реализации 117 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-116, в которой система управления питанием содержит схему преобразования сигнала, выполненную с возможностью преобразования питания от источника питания в переменный ток подходящей частоты и напряжения для использования системой управления питанием.

Вариант реализации 118 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-117, в которой система управления питанием содержит контроллер, выполненный с возможностью управления работой системы управления питанием.

Вариант реализации 119 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-118, в которой система управления питанием формирует маршрут пути тока между электродами с использованием эффекта близости тока для увеличения общей длины пути тока между электродами.

Вариант реализации 120 представляет собой систему согласно любому из вариантов реализации 103-119, в которой система управления питанием формирует маршрут пути тока между электродами путем размещения второго пути тока вблизи поверхности объемной среды, и в которой второй путь тока расположен в соответствии с необходимым маршрутом пути тока между электродами.

Вариант реализации 121 представляет собой систему, содержащую: два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к объемной среде; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через объемную среду между электродами с частотой выше 1 кГц и ниже 300 ГГц; и второй путь тока, расположенный вблизи поверхности объемной среды и вдоль пути тока через объемную среду.

Вариант реализации 122 представляет собой систему для устранения обледенения и предотвращения обледенения летательного аппарата, содержащую: два или более электродов, расположенных на расстоянии друг от друга и подключенных к участку летательного аппарата; систему управления питанием, подключенную к электродам и выполненную с возможностью нагрева участка летательного аппарата путем формирования плотности тока вдоль пути тока через участок летательного аппарата между электродами путем: выработки сигнала переменного тока вдоль пути тока через участок летательного аппарата между электродами с частотой от 1 МГц до 50 МГц, причем частота вызывает формирование плотности тока в первом направлении путем регулировки глубины скин-слоя тока вдоль пути тока; и обеспечения второго пути тока, расположенного вдоль по меньшей мере участка пути тока через участок летательного аппарата и в пределах 10 см от поверхности участка летательного аппарата, причем близость второго пути тока к поверхности участка летательного аппарата вызывает формирование плотности тока во втором отличном направлении путем регулировки эффекта близости тока вдоль участка пути тока.

Изобретение относится к системам нагрева проводящих поверхностей в летательных аппаратах (ЛА) и касается плавления льда, образовавшегося на поверхности проводящего материала ЛА. Система для нагрева внешней части ЛА содержит две или более соединительные полосы, расположенные на расстоянии друг от друга и прикрепленные к обшивке ЛА (объемной среде). Каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль поверхности объемной среды, которая в комбинации с объемной средой образует линию электропередачи. Многослойная конструкция содержит первый диэлектрический слой поверх объемной среды, проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя, второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя. Причем система управления питанием подключена к проводящему слою каждой из соединительных полос и к объемной среде, выполнена с возможностью нагрева поверхности объемной среды путем подачи электрического тока на соединительные полосы. Достигается снижение веса, повышение эффективности нагрева, безопасности и надежности. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 60 ил.

1. Система для нагрева внешней части летательного аппарата, содержащая:

- две или более соединительные полосы, расположенные на расстоянии друг от друга и прикрепленные к обшивке летательного аппарата, причем каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль поверхности обшивки летательного аппарата, которая в комбинации с обшивкой летательного аппарата образует линию электропередачи, причем многослойная конструкция содержит:

первый диэлектрический слой поверх обшивки летательного аппарата,

проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя,

второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и

проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя; и

- систему управления питанием, подключенную к проводящему слою каждой из соединительных полос и к обшивке летательного аппарата, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности обшивки летательного аппарата путем подачи электрического тока на соединительные полосы и тем самым выработки электрических токов в объемной среде обшивки летательного аппарата.

2. Система по п. 1, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы с частотой переменного тока от 1 кГц до 450 МГц.

3. Система по п. 1, в которой проводящий слой расположен в пределах 1 дюйма (2,54 см) от обшивки летательного аппарата.

4. Система по п. 1, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос расположен в виде змеевидного узора, в котором сегменты проводящего слоя расположены рядом друг с другом.

5. Система по п. 1, в которой проводящий слой отделен от обшивки летательного аппарата на первое расстояние, а проводящий экранирующий слой отделен от проводящего слоя на второе расстояние, причем соотношение между первым расстоянием и вторым расстоянием находится в диапазоне от 5:1 до 1:5.

6. Система по п. 1, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос имеет ширину поперек проводящего слоя, которая изменяется по длине проводящего слоя, причем ширина поперек проводящего слоя изменяется от максимальной ширины до минимальной ширины, при этом максимальная ширина от 1,5 до 100 раз больше минимальной ширины.

7. Система по п. 1, в которой проводящий слой по меньшей мере одной из соединительных полос содержит множество сегментов с одним или более элементами цепи, подключенными между каждой парой сегментов.

8. Система по п. 1, в которой обшивка летательного аппарата образует второй экранирующий слой для линии электропередачи, образованной в комбинации с каждой из соединительных полос.

9. Система по п. 1, в которой первый диэлектрический слой содержит адгезивный материал.

10. Система по п. 1, в которой многослойная конструкция дополнительно содержит:

первый адгезивный слой между проводящим слоем и вторым диэлектрическим слоем и

второй адгезивный слой между вторым диэлектрическим слоем и проводящим экранирующим слоем.

11. Система по п. 1, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец,

причем проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и

по меньшей мере одна из соединительных полос содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.

12. Система по п. 11, в которой электрическое заземление содержит обшивку летательного аппарата.

13. Система по п. 11, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

14. Система по п. 1, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец,

причем проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и

по меньшей мере одна из соединительных полос содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце.

15. Система по п. 14, в которой электрическое заземление содержит обшивку летательного аппарата.

16. Система по п. 14, в которой электрическое заземление содержит проводящий экранирующий слой по меньшей мере одной соединительной полосы.

17. Система по п. 1, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец,

причем проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце, и

по меньшей мере одна из соединительных полос содержит элемент цепи, подключенный между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, при этом элемент цепи содержит по меньшей мере одно из конденсатора, катушки индуктивности или резистора.

18. Система по п. 1, в которой каждая соединительная полоса содержит первый конец и оконечный конец, причем проводящий слой каждой соединительной полосы подключен к системе управления питанием на первом конце,

при этом первая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит разомкнутую цепь между проводящим слоем и электрическим заземлением на оконечном конце, а вторая соединительная полоса в каждой соседней паре соединительных полос поочередно содержит электропроводящий путь до электрического заземления на оконечном конце.

19. Система по п. 1, в которой две или более соединительные полосы электрически подключены друг к другу параллельным образом.

20. Система по п. 1, в которой две или более соединительные полосы электрически подключены друг к другу последовательным образом.

21. Система для нагрева внешней части летательного аппарата, содержащая:

- обшивку летательного аппарата, выполненную из непроводящего материала и содержащую объемный проводящий материал, встроенный в нее;

- две или более соединительные полосы, расположенные на расстоянии друг от друга и прикрепленные к обшивке летательного аппарата, причем каждая из соединительных полос содержит многослойную конструкцию, проходящую вдоль обшивки летательного аппарата, которая в комбинации с объемным проводящим материалом, встроенным в обшивку летательного аппарата, образует линию электропередачи, причем многослойная конструкция содержит:

проводящий слой, перекрывающий объемный проводящий материал, и

первый диэлектрический слой между объемным проводящим материалом и первым проводящим слоем; и

- систему управления питанием, подключенную к проводящему слою каждой из соединительных полос и к обшивке летательного аппарата, причем система управления питанием выполнена с возможностью нагрева поверхности обшивки летательного аппарата путем подачи электрического тока на соединительные полосы.

22. Система по п. 21, в которой каждая соединительная полоса проходит вдоль поверхности обшивки летательного аппарата,

причем многослойная конструкция дополнительно содержит:

проводящий экранирующий слой поверх проводящего слоя, второй диэлектрический слой между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем и

защитный слой поверх проводящего экранирующего слоя.

23. Система по п. 21, в которой проводящий слой встроен в обшивку летательного аппарата,

причем первый участок обшивки летательного аппарата образует первый диэлектрический слой,

а многослойная конструкция дополнительно содержит:

проводящий экранирующий слой, встроенный в обшивку летательного аппарата и перекрывающий проводящий слой, и

второй диэлектрический слой, образованный вторым участком обшивки летательного аппарата и расположенный между проводящим слоем и проводящим экранирующим слоем.

24. Система по п. 21, в которой система управления питанием выполнена с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы с частотой переменного тока от 1 кГц до 450 МГц.

25. Способ установки системы нагрева обшивки летательного аппарата, включающий этапы, на которых:

получают соединительные полосы, причем каждая соединительная полоса содержит многослойную конструкцию, содержащую:

первый диэлектрический слой поверх обшивки летательного аппарата,

проводящий слой поверх первого диэлектрического слоя,

второй диэлектрический слой поверх проводящего слоя и

проводящий экранирующий слой поверх второго диэлектрического слоя;

прикрепляют каждую из соединительных полос к поверхности обшивки летательного аппарата на расстоянии друг от друга, при этом первый диэлектрический слой каждой соединительной полосы расположен между обшивкой летательного аппарата и проводящим слоем; и

подключают проводящий слой каждой из соединительных полос к системе управления питанием, выполненной с возможностью подачи электрического тока на соединительные полосы и тем самым выработки электрических токов в объемной среде обшивки летательного аппарата.

26. Способ по п. 25, в котором первый диэлектрический слой содержит двухсторонний адгезив,

причем прикрепление каждой из соединительных полос к поверхности обшивки летательного аппарата включает этапы, на которых для каждой соединительной полосы:

удаляют защитный слой с двухстороннего адгезива для обнажения его адгезивной поверхности и

прикрепляют адгезивную поверхность к поверхности обшивки летательного аппарата.