專利名稱：前端可壓縮的動力除冰器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種除冰器，它利用動力運(yùn)動排除在結(jié)冰的大氣條件下飛行過程中在各種飛行器表面上積累的冰層。具體來說，本發(fā)明涉及一種機(jī)械式除冰器，這種除冰器利用外皮撓曲裝置靠動力驅(qū)動積累冰層的薄的可撓曲的外皮。本發(fā)明的除冰器具有一可壓縮件，它緊靠著覆蓋在前緣曲率最小區(qū)域上的外皮之下。
近年來，許多飛機(jī)制造廠商一直在尋求一種改進(jìn)的冰保護(hù)系統(tǒng)，以便使飛機(jī)能在結(jié)冰的大氣條件下安全飛行。在各種飛行器結(jié)構(gòu)的前緣表面上積累的冰層可以嚴(yán)重影響飛行器的空氣動力學(xué)特性。上述飛行器結(jié)構(gòu)包括機(jī)翼，發(fā)動機(jī)進(jìn)口及水平和垂向穩(wěn)定器。所謂前緣是指結(jié)構(gòu)表面的遭遇并突破沖擊飛行器結(jié)構(gòu)表面的氣流的那些部分。沖擊氣流是在飛行中引起的。傳統(tǒng)的氣動除冰器，電熱除冰器及排氣防冰器多年來一直用于保護(hù)普通航空或商用飛行器的前緣。上述冰保護(hù)技術(shù)詳見聯(lián)邦航空局1963年12月出版的《飛機(jī)機(jī)架冰技術(shù)資料工程概要》中的技術(shù)報告ADS-4。除了上述經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)之外，許多飛機(jī)制造廠商和操縱者一直希望有一種除冰性能更好，壽命更長，重量減輕且節(jié)省能量的新系統(tǒng)。
按照上述需求，已經(jīng)研制了一種系統(tǒng)，它利用外皮撓曲裝置靠動力驅(qū)動積累冰層的薄的可撓曲的外皮。動力驅(qū)動引起薄的可撓曲的外皮的快速運(yùn)動，足以將積累的冰帽解除粘合，抖落并排入環(huán)繞的氣流中去。如下面將詳述的那樣，外皮撓曲裝置可呈多種形式。
在一些裝置中，外皮撓曲裝置與薄的可撓曲的外皮相結(jié)合成一種整體式除冰器。這種整體式除冰器一般制成薄片狀，然后再粘合于已有的飛機(jī)結(jié)構(gòu)的前緣表面。除冰器一般設(shè)計成可從飛機(jī)結(jié)構(gòu)上卸下并使用可更換的粘合劑如3M1300L橡膠泥進(jìn)行更換。美國專利第4，706，911號“為前緣除冰的方法和裝置”(以下簡稱“氣動脈沖”專利)，美國專利第4，875，644號“除冰用的電推斥分離系統(tǒng)”(以下簡稱“電推斥”專利)，以及美國專利第5，129，598號“可附裝的電脈沖除冰器”(以下簡稱為“電脈沖”專利)中描述了實(shí)例。在另一些裝置中，外皮撓曲裝置與薄的可撓曲的外皮及加固結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從而形成帶有整體除冰能力的整體式前緣結(jié)構(gòu)。除冰器永久地粘合于加固結(jié)構(gòu)，當(dāng)除冰器失效時需要更換整個組件。美國專利第5，098，037號“具有整體排斥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性機(jī)翼”(以下簡稱“整體排斥系統(tǒng)”專利)中描述了實(shí)例。在本申請中，附裝除冰器的結(jié)構(gòu)稱為“下部結(jié)構(gòu)”。下部結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括具有前緣表面的現(xiàn)有飛機(jī)結(jié)構(gòu)和上述討論的加固結(jié)構(gòu)。
如上所述，外皮撓曲裝置可呈多種形式。在“電推斥”專利中，外皮撓曲裝置具有上部導(dǎo)體陣列和下部導(dǎo)體陣列。上部導(dǎo)體基本相互平行并臨近下層的導(dǎo)體。上部導(dǎo)體串聯(lián)于下部導(dǎo)體，形成單一的連續(xù)導(dǎo)體，從上層，繞下層，回繞上層，依此類推。當(dāng)向輸入引線施加電壓時，在上部導(dǎo)體中形成電流，該電流在所有上部導(dǎo)體中都是同方向的。同樣，在下部導(dǎo)體中形成電流，該電流在所有下部導(dǎo)體中都是同方向的，但是與上部導(dǎo)體中的電流方向相反。如“電推斥”專利中所述，保持在一層的所有導(dǎo)體中恒定的電流方向可大大地增加兩層之間的分離力。
在下部結(jié)構(gòu)上安裝除冰器之后，上部和下部導(dǎo)體夾在結(jié)構(gòu)件和表面層(表面層與薄的可撓曲的外皮相似)之間。在施加大幅度的瞬時電流脈沖時，上、下層中的相反的電磁場強(qiáng)烈地相互推斥。這種運(yùn)動引起表面層的動力運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)動力除冰。如“電推斥”專利所述，在2300和3100安培之間的，在100微秒內(nèi)的電流脈沖可產(chǎn)生有效的除冰作用。在“電推斥”專利中描述了產(chǎn)生上述脈沖的電路。該電路包括形成脈沖的網(wǎng)，但這不是絕對必要的。
利用電磁裝置的另一種外皮撓曲裝置見于“電脈沖”專利。具有至少一個線圈導(dǎo)體的平面線圈夾在表面層和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(如鋁制飛機(jī)結(jié)構(gòu)的前緣)之間。在美國專利第5，152，480號“平面線圈結(jié)構(gòu)”(下文簡稱“平面線圈”專利)中，詳細(xì)描述了平面線圈。如“電脈沖”專利中所述，大幅度瞬時電流脈沖作用在線圈上。線圈中的電流引起迅速變化的強(qiáng)電磁場，該電磁場在導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生渦流，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)又產(chǎn)生相反的電磁場。兩電磁場相互推斥，產(chǎn)生在線圈和結(jié)構(gòu)之間的推斥力。線圈在結(jié)構(gòu)層中引起動力運(yùn)動，因而實(shí)現(xiàn)動力除冰。在100微秒內(nèi)大約3000安培的峰值電流可產(chǎn)生有效的除冰效果。該專利也公開了產(chǎn)生上述電流的電路。該電路與“電推斥”專利所述的電路十分相似。
在前一實(shí)例中，外皮撓曲裝置由一單一整體平面線圈構(gòu)成。如果下部結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性能不足以有效地形成渦流，則可設(shè)置一目標(biāo)層。目標(biāo)層可要求設(shè)有纖維增強(qiáng)的塑料結(jié)構(gòu)，或者極薄而不能有效形成渦流的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。目標(biāo)層是一片導(dǎo)電材料如銅或鋁，臨近于線圈的一個表面。當(dāng)向線圈施加大幅度瞬時電流脈沖時，由于線圈中電流產(chǎn)生的，以及在目標(biāo)層中渦流產(chǎn)生的相反的磁場，線圈和目標(biāo)層強(qiáng)烈地相互推斥。這種運(yùn)動在表面層中引起動力運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)動力除冰。目標(biāo)層可作為下部結(jié)構(gòu)的一部分，或可作為薄的力和位移產(chǎn)生裝置的一部分。同樣，如“電脈沖”專利中所述，目標(biāo)層或線圈可緊靠于外皮之下，如果目標(biāo)層緊靠外皮之下，則目標(biāo)層向外皮施加運(yùn)動力。相反，如果線圈緊靠外皮之下，則線圈向外皮施加運(yùn)動力。
“平面線圈”專利也公開了類似于“電推斥”專利的一種電推斥變型。兩互成鏡像的整體平面線圈相互重疊并實(shí)現(xiàn)電連接，當(dāng)向每個線圈施加大幅度瞬時電流脈沖時，使得每個線圈中的電流方向相反。在兩線圈中產(chǎn)生相反的電磁場，使線圈強(qiáng)烈地相互推斥。這個運(yùn)動在表面層中引起機(jī)械脈沖，實(shí)現(xiàn)除冰作用。這種方法與利用單一導(dǎo)體形成上部導(dǎo)體和下部導(dǎo)體的“電推斥”專利不同。
在“氣動脈沖”專利和“整體推斥系統(tǒng)”專利中描述了一種利用加壓氣體的外皮撓曲裝置。許多氣動脈沖管在薄的可撓曲的外皮下在跨度方向延伸。這些管和外皮由纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)支承，一起構(gòu)成帶有整體除冰能力的前緣結(jié)構(gòu)。沿每條管的跨度間隔地在管上整體形成專用接頭。氣動脈沖閥裝在每個接頭上。在美國專利第4，878，647號“氣動脈沖閥和分離系統(tǒng)”中描述了一種適用的閥。這種閥的高壓空氣(500至5000psig)容體小(大約1立方英寸)。當(dāng)受到電磁鐵驅(qū)動時，這種閥快速地將加壓空氣通過接頭放入每條管中。膨脹的空氣脈沖使管膨脹，在外皮中引起機(jī)械運(yùn)動，因而實(shí)現(xiàn)動力除冰。膨脹氣體脈沖最好在500微秒以內(nèi)使管膨脹。
這些專利說明至今已研制出多種外皮撓曲裝置。“電推斥”專利，“電脈沖”專利，“平面線圈”專利，“氣動脈沖”專利以及“整體氣動脈沖”專利提供了可用作外皮撓曲裝置的種種結(jié)構(gòu)實(shí)例。在每個實(shí)例中，外皮撓曲裝置產(chǎn)生一個使外皮從下部結(jié)構(gòu)撓曲的力。這里提及上述專利只是描述性的，用作外皮撓曲裝置的種種結(jié)構(gòu)并不局限于上述專利的技術(shù)內(nèi)容。
在

圖1和2中畫出了本技術(shù)領(lǐng)域的特定裝置。圖1和2所示除冰器具有“氣動脈沖”專利和“整體推斥系統(tǒng)”專利中所述的利用壓縮空氣的那種外皮撓曲裝置。除非另有說明，下面的討論同樣適用于利用類似于“電推斥”專利，“電脈沖”專利和“平面線圈”專利所述的電磁裝置的外皮撓曲裝置?，F(xiàn)參閱圖1，除冰器100附裝在下部結(jié)構(gòu)102上，下部結(jié)構(gòu)102用于支承除冰器100。外表面122遭遇并突破沖擊氣流119。冰帽115是由氣流119在大氣結(jié)冰條件下在飛行過程中沉積形成的。圖1所述截面是弦向截面。弦向定義為大約與沖擊氣流119繞經(jīng)除冰器100和下部結(jié)構(gòu)102時的氣流方向相平行。除冰器100和下部結(jié)構(gòu)102時的氣流方向相平行。除冰器100和下部結(jié)構(gòu)102也在跨度方向上延伸，跨度方向基本垂直于弦向。除冰器和下部結(jié)構(gòu)在跨度方向上可以是直的，也可具有曲率。如果除冰器100使用于發(fā)動機(jī)進(jìn)口，那么，跨度方向相應(yīng)于進(jìn)口的圓周。在實(shí)施本發(fā)明時，跨度方向的曲率可以基本忽略不計。因此，在本申請中，術(shù)語“曲率”僅指在弦向截面中測得的曲率。
外表面122的曲率半徑R取決于沿外表面122的弦向位置而變化。曲率半徑R是在弦向平面內(nèi)垂直于外表面122測量的。除冰器100和下部結(jié)構(gòu)102具有一個頂部120。術(shù)語“頂部”意指曲率半徑最小的外表面。外表面122形成一種典型的彎曲，其中最小曲率半徑R在頂部120上，曲率半徑R隨離開頂部120的距離而增加。
除冰器100包括外皮104和外皮撓曲裝置103。下部結(jié)構(gòu)102可由金屬如鋁制成，或由纖維增強(qiáng)的塑料如浸漬塑料基質(zhì)的許多層加強(qiáng)片制成(例如浸漬環(huán)氧樹脂的碳纖維，玻璃纖維或凱夫拉爾纖維層)。除冰器的外表面為外表面122。
薄的可撓曲的外皮104包括耐腐蝕層105和底層106。耐腐蝕層可由幾乎任何具有良好耐腐蝕性能的薄膜構(gòu)成。0.05英寸厚的鈦以及0.007至0.016英寸厚的聚醚-醚-酮(PEEK)一直用于制作耐腐蝕層105。底層106既可以支承和加強(qiáng)耐腐蝕層，也可以將耐腐蝕層粘合到外皮撓曲裝置103上。環(huán)氧樹脂和丁腈酚醛膜粘合劑(expoxyandnitrilephenolicfilmadhesives)一直用于制作底層106。
外皮撓曲裝置103具有5條可膨脹管107-111，這些管沿每條管的一緣相互抵接。管107-111可以由涂有塑料的織物，如浸漬丁腈酚醛樹脂的尼龍織物，可者涂有橡膠的織物，如涂有氯丁橡膠的尼龍織物制成。在“氣動脈沖”專利和“整體推斥系統(tǒng)”專利中詳述了管107-111。一條管109覆蓋在頂部102上。圖中管110是膨脹的。在管108和109上的外皮104的撓曲分別由虛線112和113表示。如“氣動脈沖”專利或“整體推斥系統(tǒng)”專利所述，管107-111按程序由壓縮空氣脈沖膨脹。管107-111的膨脹引起外皮104中的動力運(yùn)動，冰帽115被解除粘合并震成側(cè)面的冰塊116和118和前端的冰塊117，這些冰塊被彈入沖擊氣流119。中心線121平分除冰器100和下部結(jié)構(gòu)102。取決于入射氣流相對于中心線121的角度，冰帽115可以主要移至一個表面或另一表面。例如，如果入射氣流轉(zhuǎn)至中心線121之下，冰帽將移回至管107上，并向前只移至管110之一部分上。移動量取決于入射氣流119和中心線121的角度的大小，該角度是飛機(jī)飛行和氣流特性的函數(shù)。管107和111用于防止冰帽115的移動，它們通常作為一個啟動循環(huán)的一部分，與管108-110一起按程序被驅(qū)動。
現(xiàn)參閱圖2，除冰器200描述外皮撓曲裝置的另一種布置。如圖所示，除冰器200附裝于具有頂部220的下部結(jié)構(gòu)202上。除冰器200具有外皮204和外皮撓曲裝置203。除冰器200和下部結(jié)構(gòu)202被中心線221所平分。除冰器200具有外表面222。外表面222的曲率半徑R隨著與頂部220的距離而變化。這里，外皮撓曲裝置203只有四條管207，208，210和211，管208和210的邊緣直接抵在頂部220上面。外皮204包括底層206和耐腐蝕層205。下部結(jié)構(gòu)202，外皮撓曲裝置203和外皮204可以用與除冰器100的下部結(jié)構(gòu)102，外皮撓曲裝置103和外皮104相同的材料制成。冰帽215由沖擊氣流219沉積而成，如圖所示，已被解除粘合并震成側(cè)面冰塊216和218，以及前端冰塊217。如前面對除冰器100的外皮撓曲裝置103的描述一樣，冰帽215由外皮撓曲裝置203的啟動而解除粘合并震裂。同樣，管207和211是用來防止冰帽215移動的。圖中除冰器200由于管210膨脹而處于啟動狀態(tài)。在其后管208的膨脹中引起的外皮204的撓曲形狀由虛線212表示。管210由壓縮空氣脈沖而膨脹，迫使外皮204向外迅速移動。在管210的膨脹過程中，外皮204運(yùn)動使管210上的冰帽215解除粘合并震成部塊218，彈入氣流219中。其后在管208的膨脹中，管208上的冰帽215被解除粘合并震碎，側(cè)面冰塊216被彈入氣流219中。前端冰塊217位于管208和210抵接的區(qū)域上。如圖所示，外皮204在管的邊緣上的撓曲小于在管中間的撓曲。因此，外皮204在除冰器200的頂部220上的啟動要大大地小于外皮104在除冰器100的頂部120上的啟動。除冰器100在頂部上的除冰效果一般要比除冰器200好。但是，取決于頂部上的曲率半徑，上述兩除冰器的除冰效果也許都不令人滿意。
現(xiàn)參閱圖1的除冰器100和圖2的除冰器200，在頂部120和220上的曲率半徑R可能對除冰性能分別有不利的影響。圖1A所示的除冰器100A說明前緣的幾何形狀是如何影響除冰性能的。如圖1A所示，除冰器100A附著在下部結(jié)構(gòu)102上。圖1的除冰器100和圖1A的除冰器100A的相同件號的零件是等同的。管107-111與管107A-111A相同，但每條管的寬度有異。覆蓋在頂部120上的管109A寬于管109。圖中管109A處于膨脹狀態(tài)。由于外表面122的取決于位置的曲率，管109A傾向于在曲率半徑較大的側(cè)面膨脹而離開曲率半徑較小的頂部120。管109A具有一外壁109A′，該外壁在頂部120的端部被拉下，因而幾乎沒有力作用在頂部120端部的外皮104上。因此，側(cè)面的冰塊116和118被除去，而位于頂部120上的前端冰塊117未被除去。這種現(xiàn)象已在許多次結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)中被觀察到。
現(xiàn)參閱圖1的除冰器100，管109也具有外壁109′。如果頂部120的曲率不太大且管109的寬度足夠窄，那么，外壁109′可以向外撓曲，如圖1所示，而且在頂部120的尖端上的外皮104上的作用力導(dǎo)致外皮撓曲113。冰塊117將被彈出。圖2所示的除冰器200可以提供一種取決于幾何形狀的可行的技術(shù)方案。一般來說，如果頂部120上的曲率半徑R大于大約1.0英寸，圖1所示的除冰器100是適用的。然而，如果頂部220的曲率半徑介于大約0.5和1.0英寸，那么，圖2所示的除冰器200是適用的。但是，當(dāng)除冰器200用于前緣幾何形狀的在枯賠上的曲率半徑R小于大約0.5英寸時，可能效果并不令人滿意。螺旋槳葉是一種頂部曲率半徑往往小于0.5英寸的前緣幾何形狀，因而需要一種有效的除冰裝置，用于在曲率半徑小的頂部上有效地除冰。
除冰器的壽命是除去除冰性能之外的另一種重要的考慮因素。在本申請中，除冰器壽命的定義是除冰器機(jī)械故障前能夠連續(xù)工作的時間。除冰器各部件在除冰器每次啟動時都要承受一次應(yīng)力循環(huán)。無需改變材料，有兩種提高類似于除冰器100或200的除冰器的壽命的途徑，即可以減小循環(huán)速率(每分鐘較少的循環(huán)次數(shù))，或者可以減小應(yīng)力水平。減小循環(huán)速率通常不是一種選擇，因?yàn)轱w行條件及飛機(jī)的冰層積累特性通常是固定的。
另一種選擇，即減小應(yīng)力水平也有局限性，因?yàn)樵陬愃朴诔?00或200的除冰器中外皮的撓曲主要是通過拉伸外皮而實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)參閱圖1所示除冰器100，下部結(jié)構(gòu)102剛性較高，拉伸外皮104是任何管107-111上的外皮104撓曲的唯一方式。現(xiàn)參閱圖2所示除冰器200，外皮204，管207-211以及下部結(jié)構(gòu)202也是上述那種情況。現(xiàn)參閱圖1所示除冰器100，管110上的外皮104存在最大撓曲114。一般來說，最大撓曲114介于大約0.020英寸和大約0.060英寸。最大撓曲114主要取決于兩個變量(1)外皮104的彈性模量;(2)管110產(chǎn)生的力的大小。對于一定的材料組合來說，最大撓曲114只能通過將管114產(chǎn)生的力增加到足夠的大小來實(shí)現(xiàn)。增加這個力就會增加管110和外皮104的應(yīng)力，從而縮短壽命。現(xiàn)參閱圖2所示的除冰器200，與除冰器200的管210上的外皮204的最大撓曲相關(guān)，也會發(fā)生上述情況。因此，需要一種裝置來獲得薄的可撓曲外皮的最大撓曲，同時保持外皮和外皮撓曲裝置中低應(yīng)力。減小外皮和外皮撓曲裝置中的應(yīng)力可使除冰器增加壽命。
除去除冰性能之外，能耗及重量也是極為重要的。類似于除冰器100和200的除冰器具有“有效面積”。術(shù)語“有效面積”是指外皮的由薄的力和位移產(chǎn)生裝置所啟動而實(shí)現(xiàn)除冰的那個部分。例如，除冰器100的有效面積包括覆蓋管107-110的外皮104的任何面積，而除冰器200的有效面積包括覆蓋管207-211的外皮204的任何面積。一般來說，如除冰器100和200所證實(shí)的那樣，外皮撓曲裝置103和203的表面積一定等于有效面積。減小外皮撓曲裝置的表面積就可減少除冰器的能耗。但是，特定應(yīng)用場合所要求的有效面積是固定的，因此，需要一條減小外皮撓曲裝置的表面積而不減小有效面積的途徑，以便使除冰器減少能耗。另外，由于外皮撓曲裝置構(gòu)成動力除冰器重量的相當(dāng)大的一部分，因此減少與有效面積相關(guān)的外皮撓曲裝置的表面積也會減小重量。
至于氣動脈沖實(shí)施例，使外皮撓曲所需要的力與能耗和重量的關(guān)系甚至更不明顯。對于類似于圖1和2所示除冰器100和200的除冰器來說，脈沖傳播距離基本隨著外皮的彈性模量的增加而減小。脈沖傳播距離是指從閥門沿管的跨度有效除冰的距離。一般來說，外皮的撓曲和動態(tài)特性隨著距閥門的距離而減小，這是因?yàn)閴嚎s空氣脈沖是恒定擴(kuò)張的，管內(nèi)的峰值壓力隨著距閥門的距離而減小。例如，如果耐腐蝕層105或205是由0.005英寸厚的鈦合金制成的，脈沖可沿閥門兩側(cè)產(chǎn)生大約2英尺的有效除冰作用。因此，而閥門之間的距離可以為大約4英尺以便沿管的跨度提供有效的除冰作用。對于16英尺的跨度來說需要每條管裝4個閥。對于具有5條管的除冰器來說共需20個閥。通過增加脈沖傳播距離，可增加閥的間距。增加閥的間距可減少系統(tǒng)的閥門總數(shù)和總重。減少閥的數(shù)目從而減少了機(jī)械零件數(shù)目，這樣也提高了系統(tǒng)的可靠性。因此，為了增加可靠性，減少能耗和減輕重量需要增加閥間脈沖傳播距離的裝置。
上述的裝置對以前的除冰系統(tǒng)來說是一種進(jìn)步。盡管有這些進(jìn)步，人們對于改善除冰性能，提高壽命，可靠性，減小重量和能耗的裝置一直十分關(guān)注。具體來說，人們需要具有上述裝置那樣的極好除冰性能，同時具有壽命高，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)的除冰器。
本發(fā)明提供一種機(jī)械式動力除冰器，適用于附裝在下部結(jié)構(gòu)上，這種除冰器具有當(dāng)附裝于下部結(jié)構(gòu)時遭遇并突破沖擊氣流的外表面，上述下部結(jié)構(gòu)具有一頂部，該頂部相應(yīng)于除冰器和下部結(jié)構(gòu)的在曲率半徑最小的外表面區(qū)域下的那個部分，所述除冰裝置具有可撓曲的外皮;
外皮撓曲裝置，設(shè)置在所述可撓曲的外皮的第一區(qū)域之下，用于使所述可撓曲的外皮從下部結(jié)構(gòu)撓曲;以及一個可壓縮件，在下部結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置在所述可撓曲的外皮之下，其中，當(dāng)所述外皮撓曲裝置使所述可撓曲的外皮撓曲時，所述可壓縮件有利于覆蓋在所述可壓縮件上的所述可撓曲的外皮向著下部結(jié)構(gòu)的撓曲。
按照本發(fā)明的一個方面，所述可壓縮件劃分開所述外皮撓曲裝置，所述可壓縮件緊靠所述外皮之下，所述外皮撓曲裝置抵接所述可壓縮件。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述外皮撓曲裝置覆蓋在所述可壓縮件之上，所述外皮撓曲裝置緊靠所述外皮之下。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述薄的可撓曲的外皮包括至少一層纖維增強(qiáng)塑料，在預(yù)定區(qū)域上有選擇地加固所述外皮。
按照本發(fā)明的另一個方面，下部結(jié)構(gòu)具有一個基本平行于沖擊氣流方向的弦向和一個基本垂直于弦向延伸的跨度方向，所述外皮撓曲裝置包括至少兩條以跨度方向延伸的可膨脹管，所述可壓縮件兩側(cè)各一條，每條所述管抵接所述可壓縮件。
按照本發(fā)明的另一方面，所述外皮撓曲裝置包括至少兩條以弦向延伸的膨脹管，所述管在所述可壓縮件上面相互抵接。
按照本發(fā)明的另一方面，所述外皮撓曲裝置包括至少三條以弦向延伸的可膨脹管，一條管覆蓋在所述可壓縮件上，另兩條管分別設(shè)置在所述可壓縮件兩側(cè)并與所述可壓縮壓相抵接。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述外皮撓曲裝置包括電磁裝置，所述電磁裝置利用大幅度短時電流脈沖形成相反的電磁場，從而使所述外皮從下部結(jié)構(gòu)撓曲。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述電磁裝置包括至少一個線圈，所述大幅度瞬時電流脈沖作用于每個線圈，每個線圈包括一個第一片狀元件，由具有許多匝和第一及第二端的第一連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第一電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，而所述第一電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;
一個第二片狀元件，由具有許多匝和第一及第二端的第二連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第二電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，而所述第二電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;
一個在所述第一電導(dǎo)體的第二端和所述第二電導(dǎo)體的第一端之間的電接頭;以及所述第一和第二片狀元件相互平行地設(shè)置，所述第一電導(dǎo)體的選定的匝臨近于所述第二電導(dǎo)體的選定的匝，使通過所述第一電導(dǎo)體的匝的電流方向與通過所述第二電導(dǎo)體的匝的電流方向相同。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述電磁裝置包括至少兩個線圈，在所述可壓縮件兩側(cè)各一個線圈，每個線圈與所述可壓縮件相抵接。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述電磁裝置臨近每個線圈具有一目標(biāo)層，所述目標(biāo)層與所述線圈相重疊，所述線圈可與所述目標(biāo)層分開，所述相反的電磁場之一是由所述線圈當(dāng)所述大幅度瞬時電流脈沖作和時形成的，而另一個相反的電磁場是由所述線圈的電磁場在所述目標(biāo)層中引起的渦流形成的。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述電磁裝置包括至少兩個線圈，所述線圈相互臨近，一個線圈重疊在另一個線圈上，所述線圈可以相互分離，所述相反的電磁場之一是由所述大幅度瞬時電流脈沖作用于一個線圈時形成的，而另一個相反的電磁場是由所述大幅度瞬時電流脈沖作用于另一個線圈時形成的，所述線圈的電連接使一線圈的所述電導(dǎo)體的所述選定的匝中的電流方向與另一個線圈的所述電導(dǎo)體的所述選定的匝中的電流方向相反。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述外皮撓曲裝置包括電磁裝置，所述電磁裝置包括至少兩個線圈，這兩個線圈沿著頂部上的一緣相互抵接，所述大幅度瞬時電流脈沖作用在每個線圈上。
按照本發(fā)明的另一個方面，所述外皮撓曲裝置包括電磁裝置，所述電磁裝置包括至少三個線圈，一個線圈在另兩個線圈之間覆蓋在所述可壓縮件上且與所述可壓縮件相抵接。
圖1是裝在下部結(jié)構(gòu)上的，現(xiàn)有技術(shù)中的某種除冰器的部分剖視圖;
圖1A是圖1所示除冰器的另一種實(shí)施例的部分剖視圖;
圖2是裝在下部結(jié)構(gòu)上的，現(xiàn)有技術(shù)中的又一種除冰器的部分剖視圖;
圖3是裝在下部結(jié)構(gòu)上的，處于非起動狀態(tài)的本發(fā)明的除冰器的部分剖視圖;
圖3A是裝在下部結(jié)構(gòu)上的，處于起動狀態(tài)的本發(fā)明的除冰器的部分剖視圖;
圖3B是圖3所示除冰器的等角透視圖;
圖3C是圖3B所示除冰器的另一種實(shí)施例的部分剖視圖;
圖3D是圖3B所示除冰器的又一種實(shí)施例的部分剖視圖;
圖4是裝在下部結(jié)構(gòu)上的，裝有電磁裝置的除冰器的等角透視圖;
圖4A是圖4所示除冰器的另一種實(shí)施例的部分剖視圖;
圖4B是圖4所示除冰器的又一種實(shí)施例的部分剖視圖;
圖5是外皮撓曲裝置的電脈沖實(shí)施例的分解等角透視圖;
圖6是外皮撓曲裝置的電推斥實(shí)施例的分解等解透視圖;
圖7是用于低速通用航空飛行器的除冰器最佳實(shí)施例的部分剖視圖;
圖8是用于螺旋槳葉的除冰器的最佳實(shí)施例的部分等角透視圖。
本發(fā)明包括一種機(jī)械脈沖除冰器的新結(jié)構(gòu)，它改變了使外皮撓曲的方式。現(xiàn)參閱圖3，圖3所示的本發(fā)明的除冰器300安裝在下部結(jié)構(gòu)302上。中心線321平分除冰器300和下部結(jié)構(gòu)302。如對照圖1和2所示的那樣，除冰器300和下部結(jié)構(gòu)302也具有弦向和跨度方向。除冰器300也具有一頂部320。如圖所示，周圍的氣流319沖擊在除冰器300上。在大氣結(jié)冰條件下的飛行過程中，氣流319使冰帽315沉積下來。圖3所示是弦向的橫剖面。除冰器300具有外表面322，其作用是面對并突破沖擊氣流319。外表面322具有垂直于外表面322測量的曲率半徑R，其變化取決于沿外表面322的弦向位置，這一點(diǎn)與前面對照圖1和圖2對除冰器100和200的描述一樣。
除冰器300具有一薄的可撓曲的外皮304，外皮撓曲裝置303和可壓縮件323。在圖示實(shí)施例中，外皮撓曲裝置303具有四條可膨脹管307至311。如美國專利第5，098，037號(整體推斥系統(tǒng))所述，通過向每條管中按程序送入小量壓縮氣體即可起動這些可膨脹管，上述專利在本發(fā)明書中全文引為參考文獻(xiàn)。外皮撓曲裝置303也可取為利用電磁裝置的形式，例如美國專利第5，129，598號和第5，152，480號，這兩篇專利在本說明書中全文引為參考文獻(xiàn)。除另有說明外，下面的討論都是涉及利用具有電磁裝置的外皮撓曲裝置的動力除冰器。
在本實(shí)施例中，可壓縮件323分隔外皮撓曲裝置303。外皮撓曲裝置303抵接著直接在外皮下的可壓縮件323。下部結(jié)構(gòu)302提供吸收和抵抗飛行載荷和外界物體意外沖擊所需的結(jié)構(gòu)整體性。下部結(jié)構(gòu)可由金屬如鋁或纖維增強(qiáng)塑料制成，上述纖維增強(qiáng)塑常用于飛機(jī)，如環(huán)氧樹脂浸漬的玻璃纖維或石墨纖維。外皮304包括底層305和耐腐蝕材料層306。底層305可由纖維增強(qiáng)塑料制成，如丁腈酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂浸漬的纖維，這種纖維可以是下述纖維的一種碳素纖維，玻璃纖維和尼龍纖維。耐腐蝕層306可以由橡膠，金屬或塑料制成，如氯丁橡膠，鈦箔，聚醚-醚-酮(polyether-ether-ketone)薄膜，聚氨基甲酸乙酯薄膜或聚氨酯漆，按照具體應(yīng)用場合選擇。耐腐蝕層326必需能提供抵抗雨，砂和其它會損壞底層305的雜物的沖擊。外皮304和可壓縮件323必須具有彈性。術(shù)語“彈性”是指解除受到的力之后短時內(nèi)完全恢復(fù)其靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。適于可壓縮件的材料例如可包括天然橡膠和合成橡膠如丁基橡膠或硅橡膠。外皮304，外皮撓曲裝置303和下部結(jié)構(gòu)302可永久地粘合在一起以形成具有整體除冰性質(zhì)的單一結(jié)構(gòu)，如美國專利第5，098，037號所述。另外，外皮304和外皮撓曲裝置303也可先結(jié)合成單一結(jié)構(gòu)，然后再連接到現(xiàn)有的飛機(jī)下部結(jié)構(gòu)302上。
在本實(shí)施例中，外皮撓曲裝置303包括四條可膨脹管307-311。可膨脹管307-311可以由纖維增強(qiáng)塑料如涂有丁腈酚醛樹脂的尼龍織物，或涂有橡膠的織物如涂有氯丁橡膠的尼龍織物制成。如美國專利第5，098，037號所述，按程序向管307-311送入少量壓縮空氣，從而起動除冰器300。管的膨脹應(yīng)在0.1秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)，最好在500微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)參閱圖3A，圖中除冰器300處于被管310的膨脹所起動的狀態(tài)。在圖3和圖3A中具有相同標(biāo)號的零件是等同的。圖中管3007，308和311未膨脹。在可壓縮件323上的外皮304的靜止位置如圖中虛線324所示。在其后管308的膨脹過程中引起的外皮304的撓曲形狀如圖中雙點(diǎn)劃線312所示。
管310的迅速膨脹使外皮304向外撓曲，在外皮304中形成張力。外皮304中的張力使可壓縮件323壓縮，從而使可壓縮件323上的外皮304內(nèi)移。上述運(yùn)動必須十分迅速，以便脫開、震落冰帽315并將側(cè)向的冰塊318彈入掠過除冰器00的沖擊氣流319中。然后從管310中排出壓縮氣體，由于外皮30和可壓縮件323的彈性，外皮304迅速彈回其靜止位置。上述過程由管308的膨脹而重復(fù)，使側(cè)向冰塊316除去。在任一管307-311膨脹時，可壓縮件323上的外皮304內(nèi)移，從而產(chǎn)生最大的壓縮313。
在上述程序中前端冰塊317是通過兩種機(jī)制除去的。在撓曲的第一部分過程中，外皮304迅速從冰塊317向內(nèi)加速，這一迅速加速使外皮304和冰塊317之間產(chǎn)生間隙，或者使冰塊317移動從而可使氣流319將冰塊317從除冰器300上帶走。但是，這種移動也許不足以除去冰塊317，氣流319可迫使冰塊317隨外皮304內(nèi)移。在撓曲的第二部分過程中，當(dāng)外皮304快速彈回其靜止位置324時，外皮304可將冰塊317彈入氣流319。不管除冰的精確機(jī)理是什么，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可很有效地除去頂部320上的冰。由于每次一條管307-311膨脹時，在可壓縮件323上的外皮304都被撓曲，從而增強(qiáng)了在頂部320上的除冰效果。
通過除冰器300與圖1所示除冰器100及圖2所示除冰器的比較，可以認(rèn)識到本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)。如前所述，動力機(jī)械除冰器的能量消耗與緊靠外皮304下面的外皮撓曲裝置的表面積成正比。對于除冰器300來說，外皮撓曲裝置303的表面積小于有效面積，在可壓縮件上的面積構(gòu)成其差。因此，除冰器300比除冰器100或200消耗能量少。減少了外皮撓曲裝置3031的表面積也就減少了重量，這是因?yàn)橥馄锨b置303的材料一般是比可壓縮件323的用量大。
除了減少能耗及重量之外，本發(fā)明也延長了動力除冰器的壽命。如前所述，實(shí)現(xiàn)類似圖1和2所示除冰器100和2000的那種除冰器的外皮的撓曲只能通過拉伸外表來做到。與之對照，除冰器300是通過兩種機(jī)理實(shí)現(xiàn)的(1)拉伸外皮304，以及(2)壓縮可壓縮件323?，F(xiàn)參閱圖3A所示除冰器300，為實(shí)現(xiàn)除冰必須有一定的最大撓曲314。最大撓曲314取決于材料和應(yīng)用場合，一般在0.020英寸至0.060英寸之間。在管310上的外皮304的最大撓曲314直接相關(guān)于可壓縮件323的最大壓縮313。對于外皮撓曲裝置303的一定的產(chǎn)生力的水平而言。減小可壓縮件323的彈性模量將增加最大壓縮313和最大撓曲314。從另一角度來看上述關(guān)系，減小可壓縮件323的彈性模量，將降低為實(shí)現(xiàn)一定的最大撓曲314所需的外皮撓曲裝置303的產(chǎn)生力的水平。通過選擇可壓縮件323的材料即使其具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ烤涂梢越档屯馄锨b置303產(chǎn)生力的水平，而同時保持最大撓曲314。降低外皮撓曲裝置303產(chǎn)生力的水平將減小外皮304的張力。通過減小產(chǎn)生力的水平將減小外皮撓曲裝置303的應(yīng)力。同樣，通過降低張力水平將減小外皮304的應(yīng)力。因此，本發(fā)明提供了減小動力除冰器的零件中的應(yīng)力水平的手段。如前所述，減小應(yīng)力水平將會提高壽命。本發(fā)明取得的超級壽命已通過若干臺上試驗(yàn)得到證實(shí)。
減少為獲得所需撓曲而需要的外皮304的張力也會改善能耗和降低重量。如前所述，本發(fā)明減小了外皮304的應(yīng)力，并使外皮撓曲裝置303可減小產(chǎn)生力的水平。由于所需的力小，因而需要較少的材料就可吸收和分布來自外皮撓曲裝置303的作用力。下部結(jié)構(gòu)302，外皮撓曲裝置303和外皮304都可以減輕重量，這是由于本發(fā)明減小了它們必須承受的力。
由于使外皮304撓曲需要較小的力，因而需要較少的能量。對于利用可膨脹管的外皮撓曲裝置而言，需要較低的峰值管壓，這就減小了閥門供給的壓力。較低的閥門供給壓力可減輕閥門和電磁鐵的重量，以及輸送管線和壓縮機(jī)的重量。對于利用電機(jī)械裝置的力和位移產(chǎn)生裝置而言，可以減小供給電壓和產(chǎn)生的電流。對電壓和電流的需求減少，將可減輕輸電線路，配電硬件及儲能裝置的重量。
在氣動脈沖除冰器實(shí)施例中可取得進(jìn)一步的減小重量、節(jié)約能量的效果。美國專利第4，878，647號所述的那種氣動脈沖閥沿可膨脹管(氣動脈沖管)的跨度方向長度間隔分布，閥間距離如前面對圖1和2所示的除冰器100和200所作的描述那樣，取決于脈沖傳播距離。類似于除冰器100和200那樣的除冰器的脈沖傳播距離被外皮的剛度所限制。除冰器300的脈沖傳播距離較大，這是因?yàn)槌?00的外皮304較易撓曲。例如，如果外皮304是用0.005英寸厚的15-3鈦合金制成，那么脈沖可在閥兩側(cè)大約4英尺產(chǎn)生有效的除冰效果。因此，閥間距離必須為大約8英尺以便沿管的跨度產(chǎn)生有效的除冰效果。對于16英尺的跨度來說，每管需2個閥門。對于具有一個可壓縮件和5條管的除冰器來說，一共只需要10個閥門。但是，除冰器300還有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，其有效面積與除冰器100相同，但除冰器300只需4條管。換言之，除冰器300只需要8個閥門，而除冰器100卻需要16個閥門。在這個假定例子中，閥門的數(shù)目減少了一半。減少閥門的數(shù)目將減少系統(tǒng)的能耗，重量，成本及復(fù)雜度。減少閥門也將增加可靠性，因?yàn)檫@使系統(tǒng)大大減少了機(jī)械零件的數(shù)目。
本發(fā)明也改善了除冰性能。總的來說，動力除冰器的除冰性能與外皮移動的速度密切相關(guān)。由于表面運(yùn)動速度增加，最小除冰厚度將隨著除去冰帽后殘留冰量而減小。一般來說，需要至少2000赫茲的表面頻率特性，至少0.020英寸的撓曲和至少3000g的峰值加速度。本申請是與Rauckhorst等人的共同未決和共同所有的申請“改進(jìn)的除冰器外皮”(以下簡稱“改進(jìn)的外皮”申請)一起提交的，本說明書將“改進(jìn)的外皮”申請引作參考文獻(xiàn)。
一般來說，增加薄的可撓曲外皮的彈性模量可增加其動態(tài)頻率特性。所用材料應(yīng)該具有較高彈性模量，傾向于傳遞而不是阻尼動態(tài)運(yùn)動。對于本申請的目的而言，“較高的彈性模量”是指大于40，000KPa的彈性模量。底層115所需材料的實(shí)例包括但并不限于優(yōu)于天然或合成橡膠的纖維增強(qiáng)塑料。為了減少底層115所吸收的脈沖能量，應(yīng)采用較不傾向于吸收和阻尼動態(tài)運(yùn)動的材料。盡可能多的脈沖能量應(yīng)傳遞到冰層上。凱夫拉爾一般不太理想，因?yàn)樗哂形蘸妥枘嵊赏馄锨b置產(chǎn)生的動態(tài)運(yùn)動的傾向。
作為外皮的一部分，耐腐蝕材料層的機(jī)械性質(zhì)對動力除冰器的除冰性能也發(fā)揮重要作用。具體來說，具有較高彈性模量且具有傳遞而不是阻尼動態(tài)運(yùn)動的材料都表面出極好的除冰性能。這樣的材料的實(shí)例包括塑料薄膜，如聚氨酯或聚醚-醚-酮，和金屬箔如鈦，鋁，或不銹鋼箔。上述材料一般比彈性模量較低的材料如天然或合成橡膠和聚氨酯彈性體的性能好。上述材料除冰性能好有兩個原因。第一，它們一般具有較低吸收和阻尼外皮撓曲裝置產(chǎn)生的動態(tài)運(yùn)動的傾向。動能容易在彈性模量較小的耐腐蝕層中吸收和消散而不是有效地傳遞至冰層。第二，除冰效果部分是通過改變表面曲率以發(fā)展的沿冰帽和耐腐蝕層交界處的附著線的剪切應(yīng)力而實(shí)現(xiàn)的。上述剪切應(yīng)力有助于破壞沿上述交界處的附著，從而使冰帽松脫以便從除冰器表面彈開。彈性模量較小的材料容易分散沿交界處的剪切應(yīng)力，而彈性模量較高的材料則傾向于沿交界處集中剪切應(yīng)力。適當(dāng)材料的實(shí)例包括金屬箔如鈦箔及塑料膜如聚醚-醚-酮或聚氨酯。由于上述效應(yīng)，帶有較低彈性模量表面的除冰器一般殘留較多的冰，不能除去具有較高彈性模量表面的除冰器所能除去的那么薄的冰層。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的另一個重要優(yōu)點(diǎn)。前面的描述中強(qiáng)調(diào)，要得到好的除冰性能，外皮材料應(yīng)具有較高的彈性模量并具有傳遞而不是吸收和阻尼動態(tài)運(yùn)動的傾向。如前所述，類似除冰器100和200的除冰器比具有可壓縮件323的除冰器300要求更大的力才能使彈性模量較高的外皮撓曲。減小力就可增加動力除冰器的壽命。因此，除冰器300使用較高彈性模量的外表304可具有很好的除冰性能，而又保持低的應(yīng)力水平并具有較長的壽命。
雖然尚未完全探究原因，但是可壓縮件323也影響外皮304的動態(tài)特性。某些材料的阻尼性質(zhì)可證明是不合乎需要的。增加可壓縮件的彈性模量應(yīng)增加外皮304的頻率特性。但是，增加其彈性模量也增加了達(dá)到外皮304所需撓曲所需要的力，從而影響壽命。壽命和除冰性能之間必須經(jīng)常進(jìn)行平衡考慮?？蓧嚎s件硬度的上限應(yīng)為大約肖氏硬度D70，但是最好低于肖氏硬度A90。肖氏硬度值A(chǔ)標(biāo)為55至65的氯丁基橡膠帶材，特別是當(dāng)與碳素纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的丁腈酚醛外皮304結(jié)合時，特別適用。纖維增強(qiáng)的氯丁橡膠外皮與丁基橡膠可壓縮件結(jié)合時也很適用?？蓧嚎s件323的寬度取決于應(yīng)用場合，但是，對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說，可能介于1/4英寸和2英寸，最好小于0.100英寸，小至0.050英寸的寬度對大多數(shù)應(yīng)用場合來說是令人滿意的。最好采用較薄的可壓縮件，這是因?yàn)樗亓枯p，易于制造。
如前所述，取決于幾何形狀，除冰器100和200的頂部上的除冰效果不好。特別是從曲率半徑小于0.50英寸的表面除去頂部上的冰是困難的。在曲率半徑小于0.25英寸的頂部上除冰是特別困難的。除冰器300已證實(shí)，本發(fā)明可提供頂部除冰效果得到改善的裝置。在可壓縮件上的外皮上增加的作用大大地改善了頂部的除冰效果，這一點(diǎn)對于小曲率半徑的表面幾何形狀是特別有用的。
現(xiàn)在參閱圖3B至3D，圖中示出適用于不同應(yīng)用場合的不同的管和可壓縮件的布置情況。在圖3至圖3D中相同標(biāo)號的零件是等同的?，F(xiàn)參閱圖3所示的除冰器300，其中外皮撓曲裝置303被可壓縮件323分隔開，在下部結(jié)構(gòu)上從頂部320的兩側(cè)延伸。管307和308在下部結(jié)構(gòu)302之上，沿著一邊相互抵接。管308的一邊緣抵接可壓縮件323。同樣，管310和311在下部結(jié)構(gòu)302的相對的一部分上。管307-311在跨度方向上在外皮304之下延伸。
現(xiàn)在參閱圖3C，除冰器300C具有由管307C-311C構(gòu)成的外皮撓曲裝置303C。這里，外皮撓曲裝置303C設(shè)在可壓縮件323之上。管309設(shè)在可壓縮件323上，管307C和308C設(shè)在下部結(jié)構(gòu)上，沿著一邊相互抵接。管308C沿一邊抵接管309C。管310C和311C的設(shè)置情況相似，設(shè)在下部結(jié)構(gòu)302的相對的一部分上。管307C-311C在跨度方向上在外皮304之下延伸。如果圖3B所示除冰器300在頂部323上的除冰不完全令人滿意，那么，就可以使用上面所述的布置。除冰器300C可能比除冰器300消耗較多的能量，因?yàn)橥馄锨b置303C的表面積比外皮撓曲裝置303表面積大。但是，仍可獲得本發(fā)明的其它關(guān)于能耗，重量，成本和可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
管309C也可以位于下部結(jié)構(gòu)302和可壓縮件323之間?？蓧嚎s件323則可以直接地接觸外皮304。據(jù)信這種布置(未畫出)不甚理想，因?yàn)橛晒?09C引起的動態(tài)運(yùn)動要穿過可壓縮件323才可達(dá)到外皮304。可壓縮件323可能要吸收較多的動態(tài)運(yùn)動，動態(tài)運(yùn)動才能達(dá)到外皮304，因此削弱了除冰效果。
在圖3D中，除冰器300D代表另一種布置，其中，外皮撓曲裝置設(shè)在頂部上。外皮撓曲裝置303D具有可膨脹管307D-311D。管308D和管310D直接在頂部320上沿一邊抵接。管307D和308D沿一邊相互抵接。管311D和310D有相似的布置，設(shè)在下部結(jié)構(gòu)302的相對的部分上。管307D-311D在跨度方向上在外皮304之下延伸。如果圖3B所示的除冰器300的除冰性能不令人滿意，上述布置也可能是理想的。除冰器300D可能會比除冰器300消耗較多能量，因?yàn)槠渫馄锨b置具有較大的表面積。但是，同樣仍可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明其它的有關(guān)能耗，重量，成本和可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
管和可壓縮件的最佳布置取決于諸多因素，這些因素很大程度上取決于飛機(jī)機(jī)架的制造規(guī)格。上述因素包括前緣幾何形狀，飛行特性，可忽略的最大冰層厚度，成本，壽命，可靠性和重量。類似于除冰器300的布置是最理想的，但是，取決于應(yīng)用場合，在頂部的除冰性能可能要求使用類似于除冰器300C或300D的布置。最佳化設(shè)計是反復(fù)進(jìn)行臺上試驗(yàn)和結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)的過程。壽命試驗(yàn)，耐腐蝕試驗(yàn)，動態(tài)試驗(yàn)，以及結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行，目的是改善每一個性能。改變設(shè)計以改善上述的一個因素可能有損于另一因素。在“整體式氣動脈沖”專利中所述的耐腐蝕試驗(yàn)特別適用于測定耐腐蝕特性。動態(tài)試驗(yàn)可以被認(rèn)為是結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)的子項(xiàng)目，因?yàn)楦纳仆馄討B(tài)特性通常要改善除冰性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Polytech型OFV300激光振動計系統(tǒng)對于測定在外皮各部位的動態(tài)位移，速度和加速度的臺上試驗(yàn)是一種很有效的結(jié)構(gòu)。一般來說，在至少2000赫茲的峰值頻率及0.020英寸的峰值撓曲條件下，至少3000g′s(1g＝32.2f/sec2)的峰值外皮加速度是理想的。取決于除冰要求，也許需要大得多的加速度。
圖4至4B表示相似的布置，但是，薄的外皮撓曲裝置裝有電磁裝置。在圖5和6中示出兩種可用作外皮撓曲裝置的電磁裝置的實(shí)例。它們只是可與本發(fā)明一起使用的不同種類的外皮撓曲裝置的實(shí)例。本發(fā)明實(shí)際上可以應(yīng)用的結(jié)構(gòu)種類并不局限于圖示實(shí)例。
圖5所示的電磁裝置具有渦流分離組件550。渦流分離組件550包括一平面線圈550，一上部介質(zhì)層556，一線圈介質(zhì)層557，一目標(biāo)介質(zhì)層558，一目標(biāo)層559，以及一下部介質(zhì)層560。平面線圈551包括兩個放置在介質(zhì)載體552兩側(cè)上的線圈元件553和554。如“平面線圈”專利所述，線圈元件553和554互為鏡像。在中央設(shè)有兩線圈的電接頭555。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，小銅鉚釘適于用作電接頭555，但最好進(jìn)行焊接。線圈元件553和554最好用腐蝕銅箔制成，但如“平面線圈”專利所述，也可用其它材料制成。介質(zhì)載體552可能由任何具有良好機(jī)械及介電性質(zhì)的材料如塑料，纖維增強(qiáng)塑料及合成橡膠制成。
平面線圈551密封在上部介質(zhì)層556和線圈介質(zhì)層557之間。目標(biāo)559密封在目標(biāo)介質(zhì)層558和下部介質(zhì)層560之間。上部介質(zhì)層556，線圈551和線圈介質(zhì)層556，線圈551和線圈介質(zhì)層557一起構(gòu)成由字母U標(biāo)明的上部元件。下部介電層560，目標(biāo)層559和目標(biāo)介質(zhì)層558一起構(gòu)成由字母L標(biāo)明的下部元件。上部元件U和下部元件L沿著上部粘接周邊562和下部粘接周邊561接合在一起。
目標(biāo)層559重疊于線圈551。電引線(未畫)連接于線圈元件553和554，并且密封在上、下介質(zhì)層556和560之間。目標(biāo)層559是由導(dǎo)電材料如銅或鋁板制成的。各介質(zhì)層是由具有良好介電和機(jī)械性質(zhì)的材料制成的，如塑料，增強(qiáng)塑料和合成橡膠。
當(dāng)向線圈551施加大的瞬間電壓時，在線圈中產(chǎn)生大的瞬間電流，在目標(biāo)559中形成渦流。上部元件U被有力地推斥于下部元件L。上部元件U在線圈551和目標(biāo)559之間的區(qū)域未粘合于下部元件L，因此可以移動。有效區(qū)域大致是由目標(biāo)層559或平面線圈551的區(qū)域限定的。在“平面線圈”專利中描述了一種實(shí)現(xiàn)成形的大電流脈沖的裝置。
圖6所示電磁裝置具有電推斥分離組件650。上部線圈651具有放置在介質(zhì)載體652兩側(cè)的兩個線圈元件653和654。線圈元件653和654的布置與平面線圈551的線圈元件553和554相同。電接頭655通過介質(zhì)層中央連接線圈元件654和653的端點(diǎn)。下部平面線圈656由放置在介質(zhì)載體657兩側(cè)的兩個線圈元件658和659。平面線圈656與平面線圈651相同。電接頭660通過介質(zhì)層中央連接線圈元件658和659。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，小銅鉚釘適于用作電接頭，但最好進(jìn)行焊接。
上部平面線圈651密封在上部介質(zhì)層661和上部線圈介質(zhì)層662中，因此形成上部元件U。下部平面線圈密封在下部介質(zhì)層664才下部線圈介質(zhì)層663中，因而形成下部元件L。上、下元件U和L沿上。下粘接周邊665和666相接合，形成分離組件650。上部線圈651與下部線圈656相重疊，每個線圈中的導(dǎo)體基本相互對準(zhǔn)。上部元件U和下部元件L在線圈651和656之間的區(qū)域上未粘合。在從線圈元件653伸出的引頭和從線圈元件658伸出的引頭之間形成電接頭667。圖6中所示的該電接頭為一條虛線，因圖6是分解圖，所以兩引頭實(shí)際上是相鄰接的。分離電引線(未畫)連接于上部線圈到頭668和下部線圈引頭669。電接頭密封于上、下介質(zhì)層661和664中。
在工作中，高的瞬時電壓作用在引頭668和660上，在線圈651和656中引起大的瞬時電流。在上部線圈元件653或654的導(dǎo)體中的電流方向與下部線圈元件658或659的相鄰導(dǎo)體的電流方向基本相反。因?yàn)殡娏鞣较蛳喾?，上部線圈元件653和654有力地推斥下部線圈元件658和659。因此，上部元件U受到有力的推斥，從下部元件L產(chǎn)生位移。分離組件的有效面積是由平面線圈651和656的面積限定的。
圖5和6所示的線圈一直被稱為“平面”線圈。術(shù)語“平面”，如“平面線圈”專利所述，意思只是說線圈為薄片狀。圖5和6所示的線圈，如用有足夠撓性的材料制成，可制成曲面。如果材料沒有足夠的撓性，則線圈可在模具或壓床上熱壓硬化成形。
現(xiàn)在參閱圖4至4B，圖中各種布置所用的外皮撓曲裝置具有電磁裝置，其中相同件號的零件是等同的。電推斥分離組件650和渦流分離組件550是上述電磁裝置的實(shí)例。由于分離組件的有效面積大致是由線圈的面積限定的，故沿除冰器的跨度可間隔設(shè)置若干分離組件。每個分離組件的有效面積大致限定一個部分。
如圖4所示，除冰器400裝在下部結(jié)構(gòu)402上。除冰器400包括外皮404，外皮撓曲裝置403和可壓縮件423。下部結(jié)構(gòu)402和除冰器具有頂部420，由中心線421平分。除冰器400的外皮撓曲裝置403包括幾個在外皮404之下沿除冰器400的跨度間隔開來的分離組件。這個特征不同于前述的使用可膨脹管的實(shí)施例，因?yàn)榕蛎浌苋菀籽乜缍鹊拈L度鋪設(shè)，而線圈則局限于其范圍之內(nèi)。較大的線圈固有地具有較大的電阻，使峰值電流變小，分離力也變小。每個分離組件的有效面積是由部分424-427限定的。這些部分在下部結(jié)構(gòu)402的相對的圖4中看不到的部分上的情況是相似的。分離組件407-411在弦向上繞下部結(jié)構(gòu)402間隔分開。分離組件411和410沿一緣相互抵接分離裝置410(及其內(nèi)的線圈)沿一緣抵接可壓縮件423。分離裝置407和408在下部結(jié)構(gòu)402相對的部分上有相似的布置。
在工作中，一大幅度電流脈沖基本作用在每個分離組件的引頭上。如前所述，圖5和6所示的上部元件U和下部元件L有力地相互推斥。下部結(jié)構(gòu)402抵抗兩元件之一的作用力。另一元件迫使外皮404離開下部結(jié)構(gòu)402。因而形成的外皮404的撓曲十分相似于圖3A所示的撓曲。上述動作可由渦流分離組件550引起，也可以由電推斥分離組件650引起。
圖4A表示本發(fā)明發(fā)明另一實(shí)施例，除冰器400A裝在下部結(jié)構(gòu)402上。除冰器400A包括外皮404，外皮撓曲裝置403A和可壓縮件423。外皮撓曲裝置403A相似于外皮撓曲裝置403，不同之處在于附加分離裝置409A覆蓋在頂部420上。分離裝置407A和408A沿一緣相互抵接。分離裝置408A和分離裝置409A沿一緣相互抵接。分離裝置410A和分離裝置411A在下部結(jié)構(gòu)402相對的部分上有相似的布置。其它分離裝置(未畫)在外皮404之下沿跨度方向分布，構(gòu)成類似于除冰器400的部分(未畫)。如果除冰器400在頂部423上的除冰效果不令人滿意，則可采用上述布置。分離組件409A也可放置在可壓縮件423之下，但是，這可能減弱除冰效果。
圖4B表示另一種布置。除冰器400B裝在下部結(jié)構(gòu)402上。除冰器400B包括外皮404，外皮撓曲裝置403B和可壓縮件423。外皮撓曲裝置403B與外皮撓曲裝置403相似，不同之處在于，分離組件408B和410B是在可壓縮件423上沿一緣相互抵接的。分離組件407B沿一緣抵接分離組件408B。同樣，分離組件410B沿一緣抵接分離組件411B。如前所述，附加分離組件(未畫)在跨度方向上分布，構(gòu)成若干部分。除冰器400B也是一種當(dāng)在除冰器400頂部420上除冰效果不佳時可以使用的布置。
雖然分別描述了各個分離組件，但是通過對圖5和6與圖4至4B的比較，可以看出，若干分離組件可以構(gòu)成單一的，整體的表面層。例如，在除冰器400(圖4)的四個部分下的四個分離組件可以結(jié)合成一個表面層?，F(xiàn)參閱圖5，四個線圈可以在上部介質(zhì)層556和單一的線圈介質(zhì)層557之間并排分布。單一的大的足以放在全部四個線圈551下面的目標(biāo)層559可被包在單一的下部介質(zhì)層560和目標(biāo)介質(zhì)層558之間。在這種情況下，粘接周邊562和561將繞由全部四個元件限定的周邊延伸。四組平面線圈651和656可以在上部介質(zhì)層661和下部介質(zhì)層664之間并排分布，從而構(gòu)成一單一的，整體的表面層。在任一種情況下，除冰器400的部分424-427仍可由每個分離組件內(nèi)的每個線圈的有效面積限定。
未在此作具體描述的其它變型也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，如果下部結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性足夠，也可不設(shè)圖5的目標(biāo)層559。此時，薄的力和位移發(fā)生裝置將只構(gòu)成圖5的上部元件U。如上所述，若干上部元件可以制成單一的表面層?？蓧嚎s件可始終在頂部上定心。只要可壓縮件的一部分仍在頂部下面，可壓縮件就可以在弦向上從頂部偏移。取決于幾何形狀可能需要偏移可壓縮件。現(xiàn)參閱圖3D和4B，氣動管或分離組件沿中心線抵接在頂部上，抵接時所沿的邊緣可移至中心線的一側(cè)。另外，至此所討論的所有實(shí)施例中，有效面積都對稱于中心線。取決于應(yīng)用場合，可以偏移有效面積，使覆蓋下部結(jié)構(gòu)之一部分的有效面積大于覆蓋相對部分的有效面積。另外，上述下部結(jié)構(gòu)和除冰器的幾何形狀都是對稱于中心線的。而在大多數(shù)應(yīng)用場合中，有效面積和前緣的幾何形狀并不對稱于中心線。
下面對照圖7描述最佳實(shí)施例。這個實(shí)施例推薦用于低速(最大飛行速度為250節(jié))的飛行器的固定前緣表面，具體來說是機(jī)翼，水平穩(wěn)定器和垂直穩(wěn)定器的前緣。除冰器750和下部結(jié)構(gòu)751永久地粘合在一起，并通過緊固裝置96裝在飛行器結(jié)構(gòu)97上。除冰器750和下部結(jié)構(gòu)751具有頂部720，且由中心線721平分。
可撓曲的外皮752包括耐腐蝕層753和底層754。如“改進(jìn)的外皮”申請中所述，底層754可被加固。三條管757，758和759在外皮752之下沿跨度方向延伸。在上表面的管759沿一緣抵接可壓縮件762，管758沿一緣抵接可壓縮件762。如在全文引作參考文獻(xiàn)的共同待批申請07/832，472號(“帶有使用重疊管的整體除冰器的機(jī)翼”)中所述，沿著管757和758每一緣的邊緣件構(gòu)成一重疊部分760。外皮752通過剝皮片755和756連接于結(jié)構(gòu)751，剝皮片755和756重疊在管組件的底層763的延長部上。分離層761從上部剝皮片755延伸至下部剝皮片756。分離層761構(gòu)成在外皮752和下部的管757，758，759以及可壓縮件762之間的未接合件。
制造除冰器750需要相匹配的陰、陽工具。先從制造底層754開始。用脫模劑處理陽工具，將一層3MAF32丁腈酚醛(nitrilephenolic)膜粘合劑施加于工具表面。然后將一層干燥的Ceibe-GeigyCGG300石墨織物鋪在工具上，用手工使其符合工具的形狀?？椢飸?yīng)與工具的弦向成一角度。推薦角度為45°，但是除非織物以相對于寬度45°角預(yù)紡，則不可能為45°。然后，加上一層BFGoodrichA-626-B，這使石墨織物飽和并附著于膜粘合劑。然后在石墨織物上涂一層多孔脫離膜，使其與工具的形狀一致而沒有皺縮。一種編號為A-5000P3(孔在1/2英寸中心)的多孔膜由RichmondAircraftProducts，Inc.生產(chǎn)。然后放置真空袋，施加真空至少120小時，使膜粘合劑透入石墨織物。真空處理后，除去真空袋和分離膜，在戶外使浸透的石墨織物干燥至少48小時。
在干燥期之后，將浸漬的石墨織物從陽工具上取下，放入陰工具中，在350°F溫度，70psig壓力的真空條件下硬化30分鐘，從而形成部分硬化的外皮。硬化之后，將一條一面粘合的特氟隆帶放置于將覆蓋可壓縮件762上的外皮的前端區(qū)域。特氟隆帶是為防止放在可壓縮件762上的外皮的環(huán)氧樹脂飽和所必需的。然后，從特氟隆帶的邊緣至后緣在外皮的內(nèi)表面上放置一片Ceiba-GeigyR6376/CGG108環(huán)氧樹脂浸漬石墨織物，從而有選擇地加固表層757。放置兩片，一片相應(yīng)于外皮上表面的內(nèi)面，一片相應(yīng)于外皮下表面的內(nèi)面。再在相應(yīng)于閥進(jìn)口的區(qū)域放置另外幾片R6376/CGG108。每片大約12英寸寬，而且比已經(jīng)放置的側(cè)面片的寬度窄1英寸，從特氟隆帶的邊緣后移1英寸。然后放置真空袋。在350°F溫度和50psig真空條件下對有選擇地加固的底層654進(jìn)行60分鐘硬化處理。
用密織的尼龍織物按下述工藝浸漬丁腈酚醛樹脂，從而制成脈沖管。向分離膜上施加一層AF32膜粘合劑。推薦使用的分離膜為02232型號的涂有特氟隆的玻璃纖維織物，是由Furon-CHR分部生產(chǎn)的。將一層尼龍織物放置在膜粘合劑上。施加一層A-626-B底漆，使織物飽和并附著于膜粘合劑。在織物上施加另一層分離膜，然后放置真空袋。在室溫下真空處理120小時。從真空袋中取出浸漬織物并干燥48小時。應(yīng)注意的是，上述工藝可用于將AF32浸漬幾乎任何類型的織物。
管的寬度一般為1/2英寸至2英寸。將浸漬的織物切成條狀，其寬度足以形成一條管，以提供充分的寬度重疊(條寬應(yīng)大致為在口的管寬的三倍)。切割織物時最好與管的跨度方向成一個角度。推薦的角度為45°，但是取決于管的長度，除非所用織物是與其寬度成45°角預(yù)織的，則可能不能達(dá)到上述推薦角度。將織物條放置在一平表面上，有涂層的一面朝上。在織物條上放置一條特氟隆帶，特氟隆帶一面上有粘合劑，特氟隆帶最好是3M203/3帶，其寬度相當(dāng)于成品管的內(nèi)部寬度。在特氟隆帶中心放置一小條，如0.030英寸厚的特氟隆塑料，其寬度相應(yīng)于成品的管寬。然后將帶以寬度方向包住小條，形成一縱向延伸的相應(yīng)于管的寬度的重疊件。A-6267-B底漆可用來。最好用一附加條以相同的方式包住第一條，形成雙層厚度的管(在重疊區(qū)域有四層厚度)。用這種工藝形成三條管757，758和759。
然后在陽工具上組裝管墊。先將一層AF32膜粘合劑施加于工具的表面。然后將一層密織的尼龍織物鋪在工具上，手工使其符合工具的形狀。施加一層A-626-B底漆，使織物飽和并附著于膜粘合劑層。然后沒有皺紋地施加一層多孔分離膜。使用真空袋，在室溫下進(jìn)行120小時的連續(xù)真空處理，從而使膜粘合劑浸入結(jié)構(gòu)。在除去真空袋之后，將浸漬的織物在室溫下干燥至少48小時。這層浸漬的織物即形成底層763。
一條氯丁橡膠，經(jīng)硬化使其符合頂部形狀，并修整至最終的寬度，將這條氯丁橡膠施加于底層763，底層763覆蓋在工具的頂部(相應(yīng)于前緣99的頂部98)。氯丁橡膠的肖氏A標(biāo)硬度值最好為大約55和65之間。同樣，將管放在底層763的適當(dāng)位置上。大約0.25英寸的管的重疊部分是在此時形成的。將特氟隆帶，最好是一面有粘合劑的3M204/3帶，施加于裝配好的管墊。分離層761限定了管墊和外皮752之間的不粘合區(qū)域的范圍。然后將底層763修整分離層761邊緣的1英寸之內(nèi)。然后將這條底層的1英寸帶向上折疊起來，形成上部剝皮片755和下部剝皮片756。然后將整個組件從陽工具上取下，放入陰工具內(nèi)，使分離層761貼緊工具表面。施加真空袋，使管組件在350°F溫度和50psig真空下硬化30分鐘。
硬化之后，從陰工具中取出管組件，在管上制進(jìn)口閥接頭和出口的孔。進(jìn)口閥接頭緊靠管端，其數(shù)量和位置可以保證良好的除冰效果。每條管一般具有兩個排氣孔，一端一個。管接頭裝在適當(dāng)?shù)奈恢茫┘痈郊拥亩‰娣尤┙n的織物片以便加固。然后使管組件在350°F和50psig真空下在陰工具中再一次硬化30分鐘。然后除去小條，使用菱形花紋織物塞予(diaperclosure)封閉管的兩端。然后在350°F和50psig真空下在陰工具中第三次硬化30分鐘。
從陰工具中取出管組件之后，在工具中插入完全的外皮752。將兩條1英寸寬的HysolEA-951膜粘合劑的條切成上部剝皮片755和下部剝皮片756的跨長。然后用HysolEA-952底漆將條貼在剝皮片755和756上。然后將管組件放在外皮752內(nèi)，使分離層761鄰接于外皮752的內(nèi)表面，并且用帶定位，施放真空袋，在350°F和50psig的真空下硬化60分鐘。
在從陰工具中取出后，在外皮752的內(nèi)表面和底層763上施加許多環(huán)氧樹脂浸漬的織物加固片。加固片的種類取決于飛機(jī)廠商的規(guī)格。對于低速飛機(jī)，適用Ceiby-Geigy913/CGG104浸漬的石墨織物，片數(shù)及方向取決于飛機(jī)廠商的規(guī)格，可由本專業(yè)技術(shù)人員決定。推薦使用至少三層。其中至少一層與弦向成45°角。各層必須進(jìn)行切割和布置以適應(yīng)閥門接頭和真空孔的要求。組件要按照加固片廠商的說明在陰工具中作最后的硬化處理。
最后的硬化之后，將零件修整至最終尺寸。耐腐蝕層753包括聚氨酯漆，可在臺架上施加于零件之上，也可在裝配于飛機(jī)上以后施加于零件之上。推薦使用噴漆法施加符合MIL-Z-83826的漆。
實(shí)施本發(fā)明的推薦方式可根據(jù)具體應(yīng)用場合而變化。圖8示出一種用于螺旋槳葉的推薦實(shí)施例。如圖8所示，除冰器850裝于螺旋槳葉863上。除冰器850呈薄片形，可用可分離的粘合劑裝在螺旋槳葉863上。螺旋槳葉863可用金屬或纖維增強(qiáng)塑料制成，具有一頂部820。雖然沒有畫出，但是螺旋槳葉可凹下以裝入除冰器850，在這種情況下，螺旋槳葉863不具備需要的外部形狀。
除冰器850是一整體結(jié)構(gòu)，沿粘合線862連接于螺旋槳葉863。粘合線862最好由粘合劑構(gòu)成，可以可靠地粘接除冰器850，承受螺旋槳轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的離心力。但是，粘合劑也必須易于分離。具有溶劑的粘合劑的實(shí)例是3M1300L。粘合劑和除冰器分離時不得損壞螺旋槳葉863。
粘合層861是由0.016英寸厚的氯丁橡膠構(gòu)成的?？蓧嚎s件853是由丁基橡膠構(gòu)成的，在頂部820上覆蓋在粘合層861上。對于螺旋槳葉來說，已發(fā)現(xiàn)大約3/8英寸寬度對可壓縮件853是令人滿意的。取決于應(yīng)用場合，所需寬度可以變化，并通過實(shí)驗(yàn)來確定。具有良好介電性質(zhì)的分離層859，如一面有粘合劑的3M204/3特氟隆帶，放置在目標(biāo)層860的表面上。由0.016英寸厚的銅片形成的目標(biāo)層860放置在粘合層861上，粘合層861沿一緣抵接可壓縮件。同樣制備一鏡像對稱的目標(biāo)層(未畫)覆蓋在螺旋槳葉863(未畫)的相對的一側(cè)上的粘合層861上。
在載體介質(zhì)層856的每一面上粘接銅片形成線圈。介質(zhì)層856可由大約0.015英寸厚的合成橡膠如氯丁橡膠構(gòu)成。在兩銅片的表面用照象制版制成光敏線圈圖形。然后在酸槽中在銅片上腐蝕成線圈元件857和線圈元件855。對于侵蝕法印刷電路領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，照像制版和腐蝕銅箔都是熟知的技術(shù)。用相同方法制備的鏡像對稱的線圈也應(yīng)用于螺旋槳葉863的另一側(cè)(未畫)。兩線圈可同時形成，在線圈之間可使用連續(xù)帶式跨接線864。引線867連接于線圈的接頭866。環(huán)形接頭869連接于引線867。同樣，另一引線(未畫)連接于鏡像對稱的線圈(未畫)。如果平面線圈和螺旋槳葉863另一面的鏡像對稱線圈通過跨接線864串聯(lián)，則只需要兩根引線。
線圈組件由分離側(cè)介質(zhì)層854和粘合側(cè)介質(zhì)層858包住。鏡像對稱的線圈也同樣地被包住。分離側(cè)介質(zhì)層854由FiberiteMXB7669/120玻璃構(gòu)成。申請人發(fā)現(xiàn)一薄層玻璃可加強(qiáng)平面線圈，并增加頻率特性和垂直于表面的最大加速度從而大大改善其動態(tài)運(yùn)動。粘合側(cè)的介質(zhì)層858由0.016英寸厚的氯丁橡膠構(gòu)成。如圖15所示，粘合層861，粘合側(cè)介質(zhì)層858，載體介質(zhì)層856和分離側(cè)介質(zhì)層854的邊緣環(huán)繞著除冰器的周邊是相互交錯的。這些邊緣相互交錯形成了環(huán)繞除冰器850周邊的錐形邊緣。
疊接帶852放置在可壓縮件上，部分地與每一側(cè)的分離側(cè)介質(zhì)層854(另一側(cè)的分離側(cè)介質(zhì)層未畫出)相重疊。疊接帶的編織最好與螺旋槳葉863的弦向成45°角。另外，如圖所示，一表面層851覆蓋在整個結(jié)構(gòu)上。疊接帶852由具有氯丁橡膠涂層的密織的尼龍織物構(gòu)成。表面層851由0.020英寸厚的氯丁橡膠構(gòu)成。引頭片868由引線867包在粘合層861和表面層851之間構(gòu)成。沿引線867可鋪設(shè)附加的氯丁橡膠填條(未畫)以形成光滑的過渡面。氯丁橡膠填條可用來消除丁基橡膠條可壓縮件853端部的階形。如果需要，由3M生產(chǎn)的聚氨酯膠帶層871改善耐腐蝕特性。聚氨酯膜的一面具有自粘合的丙烯酸粘合劑，可將膜粘合到表面層851上。由于腐蝕而需要時，可以更換上述聚氨酯膜而不必更換整個除冰器850。除冰器850最好從表面層851開始在陰工具中制作。制作技術(shù)是橡膠除冰器專業(yè)人員所熟知的。在將線圈插入結(jié)構(gòu)中去之前，必須將外部介質(zhì)層854硬化到平面線圈上。
雖然已結(jié)合包括最佳實(shí)施例在內(nèi)的具體的和推薦實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，顯然飛機(jī)除冰器專業(yè)的技術(shù)人員可以對上述實(shí)施例進(jìn)行改變，而并不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于裝在下部結(jié)構(gòu)上的機(jī)械動力除冰器，具有安裝于下部結(jié)構(gòu)上時遭遇并突破沖擊氣流的外表面，下部結(jié)構(gòu)具有一頂部，相應(yīng)于除冰器和下部結(jié)構(gòu)的覆蓋在曲率半徑最小的外表面區(qū)域上的部位，所述除冰器具有可撓曲的外皮；外皮撓曲裝置，設(shè)置在所述可撓曲的外皮的第一區(qū)域之下，用于使所述可撓曲的外皮從下部結(jié)構(gòu)上發(fā)生撓曲；以及可壓縮件，在所述下部結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置在所述可撓曲的外皮之下，其中，當(dāng)所述外皮撓曲裝置使所述外皮撓曲時，所述可壓縮件便于使在所述可壓縮件上的所述可撓曲的外皮向著下部結(jié)構(gòu)撓曲。
2.如權(quán)利要求1所述的除冰器，其特征在于所述可壓縮件分隔所述外皮撓曲裝置，所述可壓縮件緊靠所述外皮之下，所述外皮撓曲裝置抵接所述可壓縮件。
3.如權(quán)利要求1所述的除冰器，其特征在于所述外皮撓曲裝置覆蓋在所述可壓縮件上，所述外皮撓曲裝置緊靠在所述外皮之下。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于所述可壓縮件是由彈性體構(gòu)成的。
5.如權(quán)利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于所述可壓縮件是由丁基橡膠構(gòu)成的。
6.如權(quán)利要求5所述的除冰器，其特征在于所述可壓縮件的厚度介于大約0.05英寸和0.1英寸。
7.如權(quán)利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于所述可撓曲的外皮包括至少一層纖維增強(qiáng)塑料，有選擇地加固所述外皮的預(yù)定區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1，2或3所述的除冰器，其特征在于所述可撓曲的外皮包括至少一層浸漬丁腈酚醛樹脂的織物，所述織物的纖維屬于下述一組之一碳纖維，玻璃纖維，尼龍纖維和凱夫拉爾纖維。
9.如權(quán)利要求2所述的除冰器，其特征在于所述下部結(jié)構(gòu)具有基本平行于沖擊氣流方向的弦向和基本垂直于弦向的，下部結(jié)構(gòu)延伸的跨度方向，所述外皮撓曲裝置具有至少兩條沿跨度方向延伸的可膨脹管，分別在所述可壓縮件的兩側(cè)，每條所述管抵接所述可壓縮件。
10.如權(quán)利要求3所述的除冰器，其特征在于所述下部結(jié)構(gòu)具有基本平行于沖擊氣流方向的弦向和基本垂直于弦向的，下部結(jié)構(gòu)延伸的跨度方向，所述外皮撓曲裝置具有至少兩條沿跨度方向延伸的可膨脹管，所述可膨脹管在所述可壓縮件上相互抵接。
11.如權(quán)利要求3所述的除冰器，其特征在于所述下部結(jié)構(gòu)具有基本平行于沖擊氣流方向的弦向和基本垂直于弦向的，下部結(jié)構(gòu)延伸的跨度方向，所述外皮撓曲裝置具有至少三條沿弦向延伸的可膨脹管，一條處于所述可壓縮件上，另外兩條放置在兩側(cè)，與所述可壓縮件上的可膨脹管抵接。
12.如權(quán)利要求9所述的除冰器，其特征在于所述外皮撓曲裝置還具有至少第三條在弦向延伸的可膨脹管，與前面所述兩條可膨脹管抵接，抵接的可膨脹管在弦向上部分重疊。
13.如權(quán)利要求1所述的除冰器，其特征在于所述外皮撓曲裝置包括電磁裝置，所述電磁裝置利用大幅度瞬時電流脈沖形成相反的電磁場，使所述外皮從下部結(jié)構(gòu)撓曲。
14.如權(quán)利要求13所述的除冰器，其特征在于所述電磁裝置包括至少一個線圈，所述大幅度瞬時電流脈沖作用于每一線圈，每一線圈包括一個第一片狀元件，由具有許多匝和第一端及第二端的第二連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第一電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，所述第一電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;一個第二片狀元件，由具有許多匝和第一端及第二端的第二連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第二電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，所述第二電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;一個在所述第一電導(dǎo)體的第二端和所述第二電導(dǎo)體的第一端之間的電接頭;以及所述第一和第二片狀元件相互平行放置，使所述第一電導(dǎo)體的選定的匝臨近于所述第二電導(dǎo)體的選定的匝，使通過所述第一電導(dǎo)體的匝的電流方向與通過所述第二電導(dǎo)體的匝的電流方向相同。
15.如權(quán)利要求14所述的除冰器，其特征在于所述電磁裝置具有至少兩個線圈，在所述可壓縮件的兩側(cè)各一個，每個線圈抵接于所述可壓縮件。
16.如權(quán)利要求15所述的除冰器，其特征在于至少一個線圈形成所述外皮的一個整體部分。
17.如權(quán)利要求13所述的除冰器，其特征在于所述可撓曲的外皮包括至少一層浸漬丁腈酚醛基質(zhì)的織物，所述織物層的纖維屬于下述一組中的一種碳纖維，玻璃纖維，尼龍纖維和凱夫拉爾纖維。
18.如權(quán)利要求18所述的除冰器，其特征在于所述薄的可壓縮件由丁基橡膠制成。
19.如權(quán)利要求18所述的除冰器，其特征在于所述薄的可壓縮件的厚度介于大約0.05和0.1英寸之間。
20.如權(quán)利要求14所述的除冰器，其特征在于還具有臨近于每一線圈的目標(biāo)層，所述目標(biāo)層重疊在所述線圈上，所述線圈可與所述目標(biāo)層分離，所述相反的電磁場之一是由所述線圈在所述大幅度瞬時電流脈沖作用下形成的，另一個相反的電磁場是由所述線圈的電磁場在所述目標(biāo)層中感應(yīng)的渦流形成的。
21.如權(quán)利要求14所述的除冰器，其特征在于還具有至少兩個線圈，所述線圈相互臨近，一個重疊在另一個上，所述線圈可相互分離，所述相反的電磁場之一是由一線圈在所述大幅度瞬時電流脈沖作用下形成的，而另一個相反的電磁場是由另一線圈在所述大幅度瞬時電流脈沖作用下形成的，所述線圈互相電連接，使一線圈的所述電導(dǎo)體的選定匝中的電流方向與另一線圈的所述電導(dǎo)體的選定匝中的電流方向相反。
22.如權(quán)利要求3所述的除冰器，其特征在于所述外皮撓曲裝置包括電磁裝置，所述電磁裝置利用大幅度瞬時電流脈沖形成相反的電磁場，使所述外皮從所述下部結(jié)構(gòu)撓曲，所述電磁裝置在所述頂部上沿一緣相互抵接的至少兩個線圈，所述大幅度瞬時電流脈沖作用于每個線圈，每個線圈包括一個第一片狀元件，由具有許多匝和第一端及第二端的第一連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第一電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，所述第一電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;一個第二片狀元件，由具有許多匝和第一及第二端的第二連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第二電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，而所述第二電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;一個在所述第一電導(dǎo)體的第二端和所述第二電導(dǎo)體的第一端之間的電接頭;以及所述第一和第二片狀元件相互平行設(shè)置，使所述第一電導(dǎo)體的選定匝臨近于所述第二電導(dǎo)體的選定匝，使通過所述第一電導(dǎo)體的匝的電流方向與通過所述第二電導(dǎo)體的匝的電流方向相同。
23.如權(quán)利要求3所述的除冰器，其特征在于所述外皮撓曲裝置包括電磁裝置，所述電磁裝置利用大幅度瞬時電流脈沖形成使所述外皮從所述下部結(jié)構(gòu)撓曲的相反的電磁場，所述電磁裝置具有至少三個線圈，一個線圈覆蓋在處于另外兩線圈之間并與之抵接的所述可壓縮件之上，所述大幅度瞬時電流脈沖作用于每個線線每個線圈包括一個第一片狀元件，由具有許多匝和第一端及第二端的第一連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第一電導(dǎo)體的第一端形成電輸入端，而所述第一電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;一個第二片狀元件，由具有許多匝和第一端及第二端的第二連續(xù)電導(dǎo)體形成，所述第二電導(dǎo)體的第一端構(gòu)成電輸入端，而所述第二電導(dǎo)體的第二端形成電輸出端;一個在所述第一電導(dǎo)體的第二端和所述第二電導(dǎo)體的第一端之間的電接頭;以及所述第一和第二片狀元件相互平行放置，使所述第一電導(dǎo)體的選定匝臨近于所述第二電導(dǎo)體的選定匝，使通過所述第一電導(dǎo)體的匝的電流方向與通過所述第二電導(dǎo)體的匝的電流方向相同。
全文摘要
一種除冰器具有緊靠覆蓋著前緣頂部的外皮之下的可壓縮件，當(dāng)外皮撓曲裝置使外皮撓曲時，所述可壓縮件有利于覆蓋著可壓縮件的外皮朝向下部結(jié)構(gòu)撓曲。
文檔編號B64D15/16GK1092728SQ9311568
公開日1994年9月28日 申請日期1993年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月30日
發(fā)明者理查德·勞倫斯·勞克豪斯三世 申請人:B.F.谷德里奇公司