Устройство для защиты конструкции летательного аппарата от обледенения

 

Использование: изобретение относится к авиации, в частности к устройствам противообледенительных систем крыльев и оперения. Сущность изобретения - повышение эффективности сбрасывания образующегося льда с гидрофобного слоя на защищаемой поверхности конструкции за счет уменьшения величины адгезии. Устройство, содержащее слой из гидрофобного материала 4, нанесенного на защищаемую поверхность снабжено размещенными без зазора на защищаемой поверхности отдельными профилированными секциями, каждая из которых содержит металлическую накладку 1 из материала, идентичного материалу защищаемой поверхности, скрепленную посредством слоя токонепроводящего герметика 3 со слоем из гидрофобного материала 4, внутренняя поверхность которого металлизирована, при этом в гидрофобный слой встроено N плоских электромагнитных катушек 6, связанных между собой в пределах каждой секции, причем катушки каждой секции подключены к источнику тока 7 через переключатель каналов 8. 4 ил.

Изобретение относится к авиации, в частности к устройствам противообледенительных систем крыльев и оперения.

Известно устройство для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения, выполненное в виде размещенных без зазора на защищаемой поверхности отдельных профилированных секций, каждая из которых содержит скрепленные между собой клеевым слоем металлическую накладку из материала, идентичного материалу защищаемой поверхности, и слой гидрофобного материала, внутренняя поверхность которого металлизирована напылением металла, из которого изготовлена металлическая накладка.

Недостатком известного устройства, предназначенного для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения, является то, что сама по себе гидрофобность поверхности не является достаточным условием для эффективной защиты конструкции в условиях переохлажденного мелкодисперсного потока аэрозоля, а за счет электростатической составляющей между разноименно заряженными каплями влаги (или частичками льда) и поверхностью конструкции, адгезия капель имеет значительные величины и замерзшие капли в виде льда не сбрасываются набегающим потоком воздуха.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения, выполненное в виде слоя из гидрофобного материала, нанесенного на защищаемую поверхность.

Недостатком устройства для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения, выбранного в качестве прототипа, является его небольшая прочность и, соответственно, низкая надежность защиты конструкций летательного аппарата от обледенения. К тому же не учитываются некоторые физические явления, связанные с наличием разноименно заряженных мелкодисперсных капель аэрозоля (влаги или частичек льда) и защищаемой поверхности, проявляющиеся в адгезии переохлажденных частичек к поверхности конструкции летательного аппарата.

Целью изобретения является повышение эффективности сбрасывания образующегося льда с гидрофобного слоя на защищаемой поверхности конструкции за счет уменьшения величины адгезии.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения, содержащем слой гидрофобного материала, нанесенный на защищаемую поверхность, оно снабжено размещенными без зазора на защищаемой поверхности отдельными профилированными секциями, каждая из которых содержит металлическую накладку из материала идентичного материалу защищаемой поверхности, скрепленную посредством слоя токонепроводящего герметика с слоем из гидрофобного материала, внутренняя поверхность которого металлизирована, при этом в гидрофобный слой встроено N плоских электромагнитных катушек, связанных между собой в пределах каждой секции, причем катушки каждой секции подключены к источнику тока через переключатель каналов.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения отличается тем, что оно снабжено размещенными без зазора на защищаемой поверхности отдельными профилированными секциями, каждая из которых содержит металлическую накладку из материала, идентичного материалу защищаемой поверхности, скрепленную посредством слоя токонепроводящего герметика с слоем из гидрофобного материала, внутренняя поверхность которого металлизирована, при этом в гидрофобный слой встроено N плоских электромагнитных катушек, связанных между собой в пределах каждой секции, причем катушки каждой секции подключены к источнику тока через переключатель каналов.

Таким образом, заявляемое устройство для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 показаны схемы установки секции на защищаемой конструкции и соединение элементов в секцию; на фиг. 3 и 4 - блок-схема создания магнитного поля в пределах секции и схема воздействия магнитного поля, создаваемого плоскими электромагнитными катушками, на заряженные частицы льда.

Устройство для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения содержит отдельные профилированные под определенный участок конструкции секции, каждая из которых содержит металлическую накладку 1 из материала, идентичного материалу защищаемой конструкции 2, скрепленную посредством слоя токонепроводящего герметика 3 с слоем из гидрофобного материала 4, внутренняя поверхность которого покрыта слоем металлизации 5. При этом слой металлизации 5 представляет собой покрытие, выполненное в виде плоских электромагнитных катушек 6, связанных между собой в пределах каждой секции, и не связанного с катушками 6 поля металлизации. На каждой секции выполнено N плоских электромагнитных катушек 6, подключенных к источнику тока 7 через переключатель каналов 8. Соединение металлической накладки 1 с слоем из гидрофобного материала 4 происходит по слою токонепроводящего герметика 3 таким образом, что слой металлизации 5 (включая материал электромагнитных катушек 6) на гидрофобной накладке 4 примыкает к металлической накладке 1 через слой герметика 3, а с поверхностью защищаемой конструкции 2 - по клеевому слою 9.

Предлагаемое устройство для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения работает следующим образом.

Без включения системы защиты конструкции летательного аппарата от обледенения в работу, на поверхности гидрофобной накладки 4 образуется лед вследствие замерзания мелкодисперсного потока аэрозоля (капель влаги) на переохлажденной поверхности конструкции самолета, которая защищена накладками в виде секций из гидрофобного материала 4. Замерзание капель аэрозоля на инертной поверхности защитного покрытия происходит в связи с увеличением адгезии льда с накладкой 4 из-за возрастания электростатического притяжения капель (или частичек льда) к поверхности гидрофобного материала 4. Это происходит потому, что мелкодисперсные частички аэрозоля (капли воды или льда) и поверхность конструкции 2 заряжены электростатически разноименными зарядами.

Для нейтрализации вышеуказанного эффекта притяжения разноименно заряженных частиц к поверхности гидрофобного покрытия 4, включают систему защиты, для чего с источника тока 7 через переключатель каналов 8 подают напряжение на электромагнитные катушки 6 так, чтобы образовалось электромагнитное поле (N/S), полюс которого имел бы знак, одноименный со знаком поверхностного заряда на образовавшемся льду. В этом случае (хотя электромагнитное поле и не имеет знака), его расположение определенным образом относительно заряженного льда будет воздействовать на заряженный лед и отталкивать его от защищаемой поверхности, как отталкиваются одноименно заряженные частицы. Воздействие электромагнитного поля (N/S) на заряженные частички льда и воды, произведет нейтрализацию разности потенциалов между конструкцией и льдом. Эффектом этого воздействия будет то, что существенно уменьшится адгезия между льдом и гидрофобным материалом 4, а это, в свою очередь, приведет к повышению эффективности сдува (сбрасывания) льда с поверхности гидрофобного покрытия 4 набегающим потоком воздуха V. Для сдува (сброса) аэрозольных капель влаги, заряженных другим (по отношению к знаку заряженности льда) зарядом, необходимо изменить направление тока в обмотках плоских электромагнитных катушек 6 (для изменения полярности магнитного поля N/S). Изменение полярности производится с помощью переключателя каналов 8. Частоту переключений электромагнитных катушек 6 с одной полярности на другую, а так же продолжительность и интенсивность магнитного поля N/S можно регулировать как вручную, так и автоматически, например, с помощью бортовой микроЭВМ, которая входит в состав электронного оборудования летательного аппарата (на фиг. 2, а обозначена как "ЭВМ").

Включение системы защиты от обледенения непосредственно до наступления обледенения на поверхности гидрофобного покрытия 4, позволит повысить эффективность отталкивания аэрозольных капель влаги за счет изменения траектории их движения при приближении к защищаемой поверхности конструкции летательного аппарата и недопущения контакта капель (их адгезии) с поверхностью переохлажденного гидрофобного покрытия 4. В этом случае значительно меньшей будет потребляемая энергия для отбрасывания частиц льда от защищаемой конструкции.

Применение встроенных (напыленных детонационным способом на поверхность гидрофобного материала 4) во фторопластовые накладки 4 электромагнитных катушек 6 для создания электромагнитного поля N/S в области образования льда на защищаемой конструкции, защищенной гидрофобным покрытием в виде накладок, позволит эффективно ликвидировать электростатическое притяжение разноименно заряженных частиц льда или мелкодисперсных капель влаги к конструкции летательного аппарата и сдув этих частиц с защищаемой поверхности набегающим потоком, обтекающим конструкцию в полете, путем либо ослабления адгезии частиц с фторопластовым покрытием, либо путем непосредственного влияния магнитным полем на траекторию частиц льда или мелкодисперсных капель влаги, пролетающих относительно защищаемой поверхности (с целью недопущения их контакта с переохлажденной поверхностью летательного аппарата). Применение довольно тонких (толщиной до 2 мм) профилированных под определенный участок конструкции секций предлагаемого устройства для защиты конструкций летательного аппарата от обледенения, не произведет нежелательного изменения (утолщения) профиля конструкции, например, крыла или оперения, и плавности его обтекания потоком воздуха. Стоимость противообледенительного оборудования в этом случае снизится во много раз, а затраты на монтаж противообледенительных секций на конструкцию самолета - чрезвычайно малы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТ ОБЛЕДЕНЕНИЯ, выполненное в виде слоя из гидрофобного материала, нанесенного на защищаемую поверхность, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными без зазора на защищаемой поверхности отдельными профилированными секциями, каждая из которых содержит металлическую накладку из материала, идентичного материалу защищаемой поверхности, скрепленную посредством слоя токонепроводящего герметика с слоем из гидрофобного материала, внутренняя поверхность которого металлизирована, при этом в гидрофобный слой встроено N плоских электромагнитных катушек, связанных между собой в пределах каждой секции, причем катушки каждой секции подключены к источнику тока через переключатель каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4