一种电热分割区域机械除冰装置和除冰方法

摘要

本发明适用于除冰技术领域，提供了一种电热分割区域机械除冰装置和除冰方法，其中除冰装置包括：多个电热元件，多个电热元件呈阵列式排布；多个振动元件，每个振动元件与每个电热元件的位置一一对应设置；多个电热元件和多个振动元件分布在翼型模型的第一表面和第二表面上，其中，第一表面和第二表面构成了翼型模型的前缘区域，且第一表面和第二表面由前缘线分开；第一表面和第二表面的上表面具有蒙皮，多个电热元件嵌入蒙皮内部，多个振动元件安装于蒙皮内表面上。通过本发明将整块冰分割成小冰块，然后再对每个小冰块进行振动除冰，其除冰效率高，而且没有残留冰的出现，除冰效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及除冰领域，尤其是涉及一种电热分割区域机械除冰装置和除冰方法。

背景技术

飞机在结冰气象条件下飞行时，其机身的外部件与过冷水滴发生撞击时，表面会迅速结冰，结冰累积形成与部件轮廓状相似的冰层，这种情况下部件的最优气动外形遭到破坏，导致飞机的飞行性能下降，严重时会引发飞行安全事故。为避免结冰来带的危害，通常飞机易结冰区域必须采用有效的防护措施，主要的防除冰手段包括热气防除冰、电加热防除冰、机械除冰等，但飞机自身储备的能源有限，用于结冰防护的能源消耗占比少，而且结冰是一个非常复杂的过程，有时存在一些特殊情形，仅用单一方法来解决结冰问题，可能达不到飞行防护的要求。

例如翼型部件，在结冰时主要发生在前缘段区域，可以通过电加热手段对部件前缘整个表面进行间断加热，降低结冰与其表面的粘附力，利用飞行时的气动外力去除表面结冰，若前缘冰形较为对称时，冰受到的外力较为均匀，仍然会继续附着于前缘表面，或将整个表面温度控制在零度以上进行直接防冰，但这种情况下采用长时间通电能源消耗较大；还可以在前缘内表面布置振动元件，通过机械振动破坏冰结构，破裂的冰受气动外力脱落，达到除冰的目的，但大面积结冰情形时，直接采用机械除冰导致残留冰较多。

发明内容

本发明的目的是提供一种电热分割区域机械除冰装置，来解决上述现有技术中除冰存在的技术问题，包括：

多个电热元件，所述多个电热元件呈阵列式排布；

多个振动元件，每个所述振动元件与每个所述电热元件的位置一一对应设置；

所述多个电热元件和所述多个振动元件分布所述翼型模型的第一表面和第二表面上，其中，所述第一表面和所述第二表面构成了翼型模型的前缘区域，且所述第一表面和所述第二表面由前缘线分开；所述第一表面和所述第二表面的上表面具有蒙皮，所述多个电热元件嵌入蒙皮内部，所述多个振动元件安装于蒙皮内表面上。

进一步地，所述电热元件为柔性电热元件。

进一步地，所述电热元件由多个矩形框组成。

进一步地，所述振动元件与蒙皮内表面接触。

进一步地，所述振动元件为矩形。

进一步地，所述振动元件沿所述前缘线方向的长度大于所述电热元件的长度。

进一步地，所述振动元件包括激励线圈和绝缘条，所述激励线圈间隔分布于所述绝缘条上。

进一步地，所述激励线圈位于所述电热元件的矩形框内。

本发明还提供了一种采用上述电热分割区域机械除冰装置进行除冰的方法，包括如下步骤：

步骤S1：对电热元件通电进行加热；

步骤S2：当所述电热元件将蒙皮表面对应位置的冰完全融化，使得整块冰被分割成多个小冰块时，停止加热；

步骤S3：对振动元件进行通电，所述振动元件对小冰块进行振动，直至小冰块脱落蒙皮表面。

本发明的有益效果为：

现有技术中目前针对飞机表面结冰时通常采用电加热除冰的方式，该方法需要一直通电，导致能耗较大，而采用机械除冰时，当遇到大面积结冰时，产生的残留冰较多；本发明将电加热和机械除冰的方式进行组合使用，先采用电加热的方式将冰融化，然后采用机械振动的方式使冰脱离飞机表面，能耗少，除冰效果好。

现有技术中，当飞机的翼型部件的前缘区域大面积结冰时，如果仅采用电加热的方式进行除冰，虽然冰与蒙皮表面之间已经融化脱离，但是由于飞机在飞行的过程中会受到空气阻力的影响，使得冰仍然附着在蒙皮表面上，不容易脱落，除此之外，还存在一种在飞机前缘区域的前缘线上布置一个加热元件，将整块冰沿前缘线分割成两部分，然后在加热元件的两侧采用振动元件对其进行振动，但是采用该方法仅将前缘线上的冰分割成了两部分，对于远离前缘线两侧的冰并没有进行分割，导致除冰时需要加热的时间较长，能耗多，除此之外，对于远离前缘线的冰在振动时容易产生残留。面对现有技术存在的上述问题，本发明在前缘区域中布置多个电热元件，对整块冰进行加热，使得整块冰融化被分割成多个小冰块时停止加热，通电时间短，耗能少，快速的将整块冰分割成了小块；其中，在每个电热元件的下方均布置有对应的振动元件，此时开启振动元件，每个小冰块的下方产生振动，使得小冰块快速脱落蒙皮表面，相对于采用机械除整块冰的方法而言，本发明先将整块冰切割成小冰块，然后再对每个小冰块进行振动除冰，其除效率高，而且没有残留冰的出现，除冰效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中翼型模型前缘结冰示意图；

图2是本发明图1中沿A-A方向的截面示意图

图3是现有技术中的除冰效果示意图；

图4是本发明中翼型模型前缘区域展开示意图；

图5是本发明实施例2中除冰方法的流程示意图；

图6是本发明实施例2中采用除冰方法的状态示意图。

100-翼型模型，101-前缘区域，1011-第一表面，1012-第二表面，1013-蒙皮，1014-前缘线，200-冰，300-除冰装置，301-电热元件，302-振动元件，3021-激励线圈，3022-绝缘条。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

实施例1：

本发明实施例1提供一种电热分割区域机械除冰装置300，包括：

多个电热元件301，所述多个电热元件301呈阵列式排布；

多个振动元件302，每个所述振动元件302与每个所述电热元件301的位置一一对应设置；

所述多个电热元件301和所述多个振动元件302分布在翼型模型100的第一表面1011和第二表面1012上，其中，所述第一表面1011和所述第二表面1012构成了翼型模型100的前缘区域，且所述第一表面1011和所述第二表面1012由前缘线1014分开；所述第一表面1011和所述第二表面1012的上表面具有蒙皮1013，所述多个电热元件301嵌入蒙皮1013内部，所述多个振动元件302安装于蒙皮1013内表面上。

如图1和图2所示，翼型模型100结冰200的位置大多在前缘区域，而且结冰200形成的冰层与前缘区域形状相似且对称。

如图4所示，翼型模型100的前缘区域展开后，可以沿前缘线1014对称分为第一表面1011和第二表面1012，所述第一表面1011为翼型模型100的上表面，所示第二表面1012为翼型模型100的下表面；

所述多个电热元件301均匀分布并嵌入所述第一表面1011和所述第二表面1012的蒙皮1013内部，除此之外，电热元件301还可以布置于蒙皮1013的上表面和内表面上，这样均匀布置的目的是当前缘区域产生大面积结冰时，可以同时对整块冰进行均匀分割，而不会产生局部冰没有分割的情况；对于电热元件301的具体数量不做限制，可以设置为4个，也可以设置为8个、12个等。

振动元件302的分布位置和分布数量均与电热元件301的位置和数量相对应，这样设置的作用是，当电热元件301将整块冰200加热分割成小块冰时，每个小冰块下方都有对应的振动元件302，帮助其掉落；除此之外，振动元件302的数量也可以大于电热元件301的数量加快冰块的掉落。

现有技术中，当飞机的翼型部件的前缘区域大面积结冰时，如果仅采用电加热的方式进行除冰，虽然冰与蒙皮1013表面之间已经融化脱离，但是由于飞机在飞行的过程中会受到空气阻力的影响，使得冰仍然附着在蒙皮1013表面上，不容易脱落，如图3所示，除此之外，还存在一种在飞机前缘区域的前缘线1014上布置一个加热元件，将整块冰分割成两部分，然后采用振动元件302对其进行振动，但是采用该方法一方面仅将前缘线1014上的冰分割成了两部分，对于远离前缘线1014的冰并没有进行分割，导致除冰时需要加热的时间较长，能耗多，另一方面对于远离前缘线1014的冰在振动时容易产生残留；基于现有技术存在的这种问题，本发明在前缘区域布置多个电热元件301，对整块冰200进行加热，使得整块冰200融化被分割成多个小冰块时停止加热，通电时间短，耗能少，快速的将整块冰200分割成了小块；其中，在每个电热元件301的下方均布置有对应的振动元件302，此时开启振动元件302，每个小冰块的下方产生振动，使得小冰块快速脱落蒙皮1013表面，相对于采用机械除整块冰的方法而言，本发明先将整块冰200切割成小冰块，然后再对每个小冰块进行振动除冰，其除冰效率高，而且没有残留冰的出现，除冰效果好。

进一步地，所述电热元件301为柔性电热元件301。

本发明优选电热元件301为柔性电热元件301，原因在于柔性电热元件301可以弯折成任意形状，且加热时仅针对其所构成图形框进行加热，而不用像电热膜一样对其所在的整个区域面进行加热。

进一步地，所述电热元件301由多个矩形框组成。

如图4所示，所述一个电热元件301是由多个矩形框拼接而成的，其中相邻两个矩形框之间共用一条边，除此之外，电热元件301还可以设置成蜂窝形、正方形、三角形等，只要能实现将整块冰200切割为小块冰均可，对具体的形状不做限制。

进一步地，所述振动元件302与蒙皮1013内表面接触。

所述振动元件302可以通过胶粘或者焊接的方式紧贴于蒙皮1013内表面，减小振动元件302与冰层200之间的距离，减小振动元件302在振动时的损失，提高了除冰的效率。

进一步地，所述振动元件302为矩形。

所述振动元件302的形状与所述电热元件301的形状相同，可以为矩形、蜂窝形、正方形、三角形等，其目的是为了使振动元件302与所述电热元件301分割出来的冰形配合，更好地振动除冰。

进一步地，所述振动元件302沿所述前缘线1014方向的长度大于所述电热元件301的长度。

进一步地，所述振动元件302包括激励线圈3021和绝缘条3022，所述激励线圈3021间隔分布于所述绝缘条3022上。

进一步地，所述激励线圈3021位于所述电热元件301的矩形框内。

如图4所示，所述振动元件302中的激励线圈3021位于所述电热元件301矩形框对应的中心位置，该位置为优选位置，在此位置产生的振动除冰效果最好，除此之外，激励线圈3021也可以位于矩形框的左侧或右侧。

实施例2：

本发明还提供了一种采用上述电热分割区域机械除冰装置进行除冰的方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤S1：对电热元件301通电进行加热；

步骤S2：当所述电热元件301将蒙皮1013表面对应位置的冰200完全融化，使得整块冰200被分割成多个小冰块时，停止加热；

步骤S3：对振动元件302进行通电，所述振动元件302对小冰块进行振动，直至小冰块脱落蒙皮1013表面。

上述方案中，当需要对飞机进行除冰时，多个电热元件301同时进行加热，当蒙皮1013表面与电热元件301对应位置的冰层融化蒸发，将整块冰200分割成多个小冰块，振动元件302开启，其中振动元件302中的激励线圈3021开始振动，由于激励线圈3021位于电热元件301的中心位置，此时蒙皮1013上的小冰块中心位置开始振动，直至其脱落，如图6所示。如果飞机的前缘区域仅部分出现结冰时，可以单独仅对该区域的电热元件301和振动元件302进行通电，将该区域的冰分割成小冰块，然后再针对每个小冰块进行振动除冰，操作简单，实用性强。

本发明与现有技术先比，不是单单将一个加热元件设置成了多个，简单的数量上的变化，而是将电热元件301的数量设置成了多个并且将整块冰200分割成小块，然后再单独针对每个小冰块进行振动进行除冰，该除冰方法不需要长时间的加热，因此能耗小，而且将冰200分割成多个小冰块，不仅提高除冰效率，也使得蒙皮1013表面没有残留冰，取得了良好的除冰效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。