СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ КРЫЛА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТ ОБЛЕДЕНЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК B64D15/04 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к противообледенительным системам летательных аппаратов, и может быть использовано для удаления и предотвращения образования льда на внешних поверхностях летательных аппаратов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является противообледенительная система, принцип работы которой основан на использовании электронагревательного элемента, выполненного из углеродного волокна и расположенного параллельно линии максимального обледенения передней кромки аэродинамических поверхностей летательного аппарата, представленный в [RU №2583111, С1, МПК B64D 15/00, опубликован 10.05.2016].

Противообледенительная система композиционных аэродинамических поверхностей летательного аппарата, содержащая систему датчиков контроля температуры, провода соединения с системой электроснабжения летательного аппарата, выведенные на внутреннюю поверхность обшивки аппарата, электронагревательный элемент, встроенный во внешнюю поверхность обшивки аппарата, выполненный из углеродного волокна и расположенный параллельно линии максимального обледенения передней кромки аэродинамических поверхностей летательного аппарата.

Недостатком известного способа является зависимость противообледенительной системы от мощности бортового генератора, что не позволяет использовать данный способ на летательных аппаратах (ЛА) с ограниченной взлетной массой, низким запасом электроэнергии и мощности двигателя, а также не позволяет применить данный способ к уже введенным в эксплуатацию ЛА.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является предупреждение обледенения или обеспечение удаления льда на передней кромке крыла без использования энергии бортового генератора и внесения изменений в конструкцию крыла.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе противообледенительной системы, содержащем систему датчиков контроля температуры, согласно изобретению, производится измерение температуры воздуха в зоне полета и внешней стенки защитного покрытия, сравнение их показаний с заданными значениями, и подача газа в область катализатора для обеспечения беспламенного горения и выработки тепловой энергии.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью датчиков производится измерение температуры воздуха в зоне полета и температуры внешней стенки защитного покрытия, предварительно установленной на передней кромке крыла, включающего в себя каталитическую решетку, закрепленную на внешней стенке защитного покрытия, сравнение измеренных значений температуры, поступающих на блок управления с заданными значениями, где вырабатывается управляющий сигнал на открытие регулировочного вентиля, который пропускает необходимый объем газа в область катализатора для обеспечения беспламенного горения и выработки тепловой энергии.

Известно, что большая часть массы льда, образующегося на всех аэродинамических поверхностях, сосредоточена на передней кромке (в зоне захвата капелек влаги) крыла дозвукового летательного аппарата [см., например, Методическая разработка по учебной дисциплине «Авиационная метеорология», тема №8 «Влияние обледенения на деятельность авиации». Военная кафедра Российского государственного метеорологического университета. - СПб. 2006. www.meteo_t8z1.pdf (дата обращения 22.04.2024)].

Для борьбы с такими явлениями существуют различные методы [Мельников А.В. Выбор типа катализатора теплового способа защиты от обледенения крыла беспилотного летательного аппарата / А.В. Мельников, В.Ю. Машин // Сборник материалов XXII Международной конференции «Информатика: проблемы, методы, технологии» (IPMT-2022). Воронеж: ВГУ, 2022. С. 357-361.].

В известном способе борьба с обледенением ведется при помощи электронагревательной пластины, подключенной к бортовой электросети летательного аппарата. Это позволяет предотвратить обледенение поверхности передней кромки крыла, однако, известный способ не может быть использован на малоразмерных ЛА в связи с большим энергопотреблением.

Предложенный способ, в свою очередь, основан на применении съемного защитного покрытия, с установленной каталитической решеткой, обеспечивающей беспламенное горение топлива.

Защитное покрытие состоит из внешней и внутренней стенок. Внутренняя стенка с низкой теплопроводностью повторяет исходный профиль крыла ЛА, обеспечивая плотное прилегание защитного покрытия к поверхности передней кромки крыла. На внешней стенке с высокой теплопроводностью размещается каталитическая решетка, обеспечивающая беспламенное сжигание газа (метана, этана, пропана). Каталитическая решетка может быть выполнена, например, из стали 12Х18Н10Т, на поверхности которой нанесен катализатор. Катализатор может быть выполнен на основе оксидов палладия (РdАl₂О₃), кобальта (CoCr₂O₄, ZnCo₂O₄, NiCo₂O₄, CuCo₂O₄, Co₃O₄) или олова (ZnSnO₂, CuSnO₂, CoSnO₂, MnSnO₂, CeSnO₂) [Мельников А.В. Выбор типа катализатора теплового способа защиты от обледенения крыла беспилотного летательного аппарата / А.В. Мельников, В.Ю. Машин // Сборник материалов XXII Международной конференции «Информатика: проблемы, методы, технологии» (IPMT-2022). Воронеж: ВГУ, 2022. С. 357-361.].

Температура воздуха в зоне полета и температура внешней стенки защитного покрытия определяются с помощью датчиков температуры, установленных на передней кромке крыла. Информация от датчиков поступает на блок управления, где на основе сравнения с заданными значениями температуры вырабатывается управляющий сигнал на регулировочный вентиль, пропускающий необходимый объем газа от баллона в область катализатора для обеспечения беспламенного горения и выработки тепловой энергии, для поддержания положительной температуры поверхности внешней стенки защитного покрытия крыла при полете в зоне обледенения.

Теплопроводность внешней стенки защитного покрытия значительно выше значения теплопроводности внутренней стенки, что обеспечивает равномерное распределение температуры по поверхности внешней стенки защитного покрытия и предотвращает от перегрева штатную обшивку крыла ЛА.

Предложенный способ защиты передней кромки крыла летательного аппарата от обледенения, в отличие от применяемых в настоящее время, обеспечивает нагрев внешней стенки защитного покрытия за счет беспламенного горения топлива, с применением каталитической решетки.

Предложенный способ позволяет решить проблему обледенения передней кромки крыла ЛА с использованием съемного защитного покрытия без внесения изменений в конструкцию крыла.

Способ защиты передней кромки крыла летательного аппарата от обледенения (фигура 1, 2) содержит: 1 - источник постоянного тока; 2 - датчик температуры воздуха; 3 - датчик температуры внешней стенки защитного покрытия; 4 - блок управления; 5 - регулировочный вентиль; 6 - баллон с газом; 7 - съемное защитное покрытие; 8 - каталитическая решетка; 9 - внешняя стенка защитного покрытия; 10 - внутренняя стенка защитного покрытия; 11 - объем защитного покрытия, заключенный между внутренней и внешней стенками.

Каталитическая решетка предназначена для закрепления на ней слоя катализатора, в присутствии которого происходит окисление и беспламенное горение газа с выделением большого количества тепловой энергии Q, фигура 2.

Внешняя стенка защитного покрытия изготавливается из материала с высокой теплопроводностью и предназначена для равномерного распределения тепла от катализатора по всей поверхности внешней стенки защитного покрытия.

Внутренняя стенка защитного покрытия изготавливается из материала с низкой теплопроводностью и предназначена для защиты поверхности крыла ЛА от перегрева и возможной деформации.

Во внутренний объем защитного покрытия, заключенный между внутренней и внешней стенками, через гибкие шланги поступает газ. Затем газ поступает на каталитическую решетку, где в присутствии кислорода окисляется с выделением тепловой энергии.

Источник постоянного тока предназначен для обеспечения работы датчиков температуры воздуха и внешней поверхности крыла ЛА, блока управления и регулировочного вентиля. В качестве источника постоянного тока может выступать литий-полимерный аккумулятор [Мельников А.В. Расчет энергопотребления противообледенительной системы беспилотного летательного аппарата / А.В. Мельников, Д.В. Пасечник, В.Ю. Машин // Электронный сборник Всероссийской НПК: «Интеграция науки и образования в системе подготовки военных специалистов», (г. Воронеж 29 октября 2020 г.). ВУНЦВВС «ВВА», 2020. С. 189-192].

Датчики температуры воздуха и температуры внешней поверхности крыла предназначены для контроля температуры окружающей среды и поверхности крыла ЛА. Измеренные значения поступают на блок управления.

Блок управления предназначен для сбора и обработки данных от датчиков температуры и выработки управляющего воздействия на регулировочный вентиль.

Регулировочный вентиль предназначен для управления расходом газа, поступающего во внутренний объем защитного покрытия.

Баллон с газом предназначен для хранения газа во время полета ЛА.

Гибкие шланги предназначены для отвода газа от регулировочного вентиля во внутренний объем защитного покрытия.

Источник постоянного тока, блок управления, баллон с газом, регулировочный вентиль и подключенные к нему гибкие шланги размещаются внутри фюзеляжа ЛА.

Устройство работает следующим образом: защитное покрытие своей внутренней стенкой с низкой теплопроводностью закрепляется на передней кромке крыла ЛА. Датчики температуры устанавливаются на передней кромке крыла, сигнал от которых поступает на блок управления. На основе измеренных значений температуры, в блоке управления по заданному алгоритму вырабатывается управляющий сигнал, который подается на регулировочный вентиль, создавая необходимый расход газа. Через гибкие шланги газ подается к штуцеру, установленном на торцевой части защитного покрытия, через который поступает во внутренний объем защитного покрытия, и затем поступает на каталитическую решетку. В результате каталитического горения через внешнюю стенку защитного покрытия с высокой теплопроводностью выделяется тепловая энергия, обеспечивая высокую температуру поверхности передней кромки крыла при полете в зоне обледенения, предотвращая образование льда.

Перед вылетом в зону возможного обледенения:

1) на консоли крыла устанавливается защитное покрытие;

2) производится замена баллона с газом и источника питания;

3) производится запуск блока управления;

4) каталитическая решетка разогревается открытым источником огня, например газовой горелкой, для запуска процесса каталитического горения;

5) в течение пяти минут производится визуальный контроль запуска процесса каталитического горения.

В процессе полета:

6) при появлении на входе блока управления значения температуры внешней стенки защитного покрытия ниже порогового значения, подается сигнал на увеличение расхода газа и регулировочный вентиль открывается сильнее. В случае превышения верхнего порогового значения температуры вентиль закрывается.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к противообледенительным системам летательных аппаратов, и может 6ыть использовано для удаления и предотвращения образования льда на внешних поверхностях летательных аппаратов. Способ защиты передней кромки крыла летательного аппарата от обледенения заключается в использовании энергии, получаемой при беспламенном горении топлива в присутствии катализатора, нанесенного на каталитической решетке, закрепленной на внешней стенке защитного покрытия. В результате каталитического горения через внешнюю стенку защитного покрытия с высокой теплопроводностью выделяется тепловая энергия, тем самым предотвращая образование льда на поверхности передней кромки крыла. Способ за счет использования съемного защитного покрытия позволяет защитить от обледенения переднюю кромку крыла летательного аппарата, без внесения изменений в конструкцию крыла. Способ полезен при подготовке летательных аппаратов к выполнению полетов в зоне обледенения. 2 ил.

Способ защиты передней кромки крыла летательного аппарата от обледенения, основанный на использовании датчиков контроля температуры, отличающийся тем, что производится измерение температуры воздуха в зоне полета и температуры внешней стенки съемного защитного покрытия, предварительно установленной на передней кромке крыла, с закрепленной на внешней стенке защитного покрытия каталитической решеткой с катализатором, сравнение измеренных значений температуры, поступающих на блок управления с заданными значениями, где на основе проведенного сравнения вырабатывается управляющий сигнал на открытие регулировочного вентиля, пропускающего необходимый объем газа в область катализатора для обеспечения беспламенного горения и получения тепловой энергии.