一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，主要包括：(1)在旋翼結(jié)冰防護(hù)范圍內(nèi)排布噴射頭；(2)在旋翼內(nèi)部及發(fā)動機(jī)上部安裝相應(yīng)的引發(fā)動機(jī)尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路；(3)在輕度結(jié)冰條件下開啟氣壓回路并通過噴射頭噴射碳粉凝結(jié)核進(jìn)行防冰；(4)在中度及重度結(jié)冰條件下同時開啟氣壓回路及液壓回路，通過噴射頭噴射碳粉凝結(jié)核進(jìn)行防冰，并噴射經(jīng)換熱器加熱的除冰液進(jìn)行旋翼的除冰。本發(fā)明采用噴射碳粉作為結(jié)冰凝結(jié)核使過冷水滴提前結(jié)冰達(dá)到防冰目的；在中、重度結(jié)冰條件下，噴射加熱的除冰液以防止或消除旋翼積冰，能夠滿足在多種不同結(jié)冰狀態(tài)下旋翼的防、除冰要求。
【專利說明】
一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，屬于旋翼防冰和除冰技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]直升機(jī)旋翼在高空遇含有過冷水滴的云層時會在旋翼迎風(fēng)表面出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致直升機(jī)發(fā)生飛行事故?，F(xiàn)有的直升機(jī)旋翼主要通過電熱、熱氣方式進(jìn)行防/除冰工作，較為成熟的防/除冰技術(shù)較少。因此，研究新型快速、高效的直升機(jī)旋翼防冰和除冰技術(shù)具有重要意義。
[0003]過冷水滴是指溫度低于零度但仍處于液態(tài)狀態(tài)的水滴，研究發(fā)現(xiàn)過冷水滴是不穩(wěn)定的，只要投入少許該物質(zhì)的晶體，便能誘發(fā)結(jié)晶，并使過冷液體的溫度回升到凝固點。這種在微小擾動下就會很快轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定狀態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)用適當(dāng)?shù)姆绞骄徛鋮s飽和溶液時，可使其變成過飽和而不析出溶質(zhì)的結(jié)晶，這種現(xiàn)象也稱為過冷，此種溶液稱為過冷溶液。
[0004]由此，過冷水滴不結(jié)冰的原因主要是因為缺少凝結(jié)核，只要在過冷水中存在凝結(jié)核便能誘發(fā)結(jié)晶，并使過冷水滴的溫度回升到凝固點，便會在低溫環(huán)境下結(jié)冰。而自然界中的碳粉、空氣中的灰塵等微粒均可以作為凝結(jié)核誘發(fā)過冷水滴結(jié)冰。因此，可以根據(jù)過冷水滴結(jié)冰原理來設(shè)計新型的直升機(jī)旋翼防/除冰裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利主要利用過冷水滴結(jié)冰原理，通過設(shè)計的新型防/除冰噴頭噴射碳粉作為過冷水滴的凝結(jié)核，并噴射加熱的除冰液而進(jìn)行防/除冰所提出的一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法。本防/除冰方法能夠?qū)χ鄙龣C(jī)旋翼進(jìn)行防、除冰工作，具有時間短，耗能低、除冰徹底等特點，能夠滿足在多種不同惡劣氣象環(huán)境下及在不同結(jié)冰狀態(tài)下的防、除冰要求。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:主要步驟:
[0007](I)在旋翼結(jié)冰防護(hù)范圍內(nèi)排布噴射頭。所述步驟(I)中的防/除冰噴頭結(jié)構(gòu)為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結(jié)構(gòu)，下部為套管結(jié)構(gòu);防/除冰噴頭安裝在硬質(zhì)基體上，硬質(zhì)基體與蒙皮相粘接。
[0008](2)在旋翼內(nèi)部及發(fā)動機(jī)上部安裝相應(yīng)的引發(fā)動機(jī)尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路。所述的步驟(2)中采用空氣壓縮機(jī)壓縮發(fā)動機(jī)尾氣達(dá)到引氣的目的;采用液壓栗對除冰液進(jìn)行加壓噴射。
[0009](3)在輕度結(jié)冰條件下，開啟氣壓回路，引發(fā)動機(jī)廢氣并加壓。
[0010](4)廢氣通過碳粉凝結(jié)核相互混合，經(jīng)噴射頭噴射碳粉凝結(jié)核與廢氣的混合氣體。所述的步驟(4)中通過碳粉作為過冷水滴結(jié)冰凝結(jié)核。[0011 ] (5)過冷水滴遇混合氣體中的碳粉進(jìn)后結(jié)冰并形成小冰晶，達(dá)到旋翼防冰的目的。
[0012](6)在中度及重度結(jié)冰條件下(或飛行員未及時開啟防/除冰系統(tǒng))，同時開啟氣壓回路及液壓回路，分別弓I發(fā)動機(jī)廢氣及除冰液。
[0013](7)將高溫高壓廢氣的熱量傳遞給除冰液進(jìn)行加熱。所述的步驟中通過換熱器將發(fā)動起廢氣的熱量傳遞并加熱除冰液。
[0014](8)發(fā)動機(jī)廢氣經(jīng)二次加壓后，重復(fù)(4)、(5)步驟進(jìn)行防冰。
[0015](9)加熱后除冰液經(jīng)噴頭噴射至旋翼表面，達(dá)到旋翼防冰和除冰的目的。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1.本發(fā)明方法借鑒過冷水滴的結(jié)冰原理，采用碳粉作為凝結(jié)核使過冷水滴提前結(jié)冰，并引用直升機(jī)發(fā)動機(jī)高溫高壓廢氣的能量，加熱除冰液并噴射到旋翼表面使微量的積冰融化，有效地預(yù)防和消除直升機(jī)旋翼積冰；
[0018]2.本發(fā)明方法通過引發(fā)動機(jī)廢氣來進(jìn)行噴射碳粉，并利用發(fā)動機(jī)廢氣中的雜質(zhì)與碳粉一同作為凝結(jié)核使過冷水滴在撞擊旋翼表面前結(jié)冰，較少發(fā)動機(jī)尾氣的污染，提高廢氣的利用率；
[0019]3.本發(fā)明方法采用發(fā)動機(jī)廢氣中的高溫作為加熱除冰液的熱源，通過換熱器加熱除冰液，提高除冰液的除冰效率并減少能耗；
[0020]4.本發(fā)明可以將發(fā)動機(jī)尾氣中的硫、碳等微小顆粒及粉塵作為結(jié)冰凝結(jié)核利用，可以減少發(fā)動機(jī)廢氣排放對空氣環(huán)境的污染；
[0021]5.本發(fā)明方法用于直升機(jī)旋翼的防/除冰，所涉及的氣壓及液壓回路結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于操作，重量輕，不會增加直升機(jī)過多的重量。
【附圖說明】
[0022]圖1是本方法中防/除冰噴射頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本方法中防/除冰噴射頭安裝位置示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的方法流程圖。
[0025]圖中:
[0026]1.槳葉;2.防/除冰噴頭;3.包鐵;4.硬質(zhì)基體;5.蒙皮。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0028]如圖1所示為防/除冰噴頭結(jié)構(gòu)為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結(jié)構(gòu)，下部為套管結(jié)構(gòu);半球結(jié)構(gòu)可以噴射夾雜碳粉的高壓發(fā)動機(jī)廢氣，套管結(jié)構(gòu)開設(shè)噴嘴，可以噴射發(fā)動機(jī)廢氣加熱后的除冰液，為保證噴射范圍，將半球結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣體通道截面尺寸設(shè)計由內(nèi)部向外部逐漸減小，進(jìn)而增加半球表面噴口處的速度，增加噴射范圍；防/除冰噴頭套管結(jié)構(gòu)中內(nèi)管、外管均開設(shè)用于連接管路的外螺紋，便于連接碳粉廢氣氣路和除冰液回路。
[0029]如圖2所示，防/除冰噴頭安裝在硬質(zhì)基體上，且沿槳葉長度方向均勻排布，硬質(zhì)基體與蒙皮相粘接，防/除冰噴頭通過預(yù)先加工在包鐵上的螺紋孔連接在硬質(zhì)基體上，外部包鐵用于保護(hù)旋翼，防止過冷水滴結(jié)冰后撞擊破壞旋翼。
[0030]如圖3所示，當(dāng)進(jìn)行旋翼防/除冰時具體步驟如下:(I)在旋翼結(jié)冰防護(hù)范圍內(nèi)排布噴射頭;所述步驟(I)中的防/除冰噴頭結(jié)構(gòu)為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結(jié)構(gòu)，下部為套管結(jié)構(gòu);防/除冰噴頭安裝在硬質(zhì)基體上，硬質(zhì)基體與蒙皮相粘接。(2)在旋翼內(nèi)部及發(fā)動機(jī)上部安裝相應(yīng)的引發(fā)動機(jī)尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路;所述的步驟(2)中采用空氣壓縮機(jī)壓縮發(fā)動機(jī)尾氣達(dá)到引氣的目的；采用液壓栗對除冰液進(jìn)行加壓噴射。
(3)在輕度結(jié)冰條件下，開啟氣壓回路，引發(fā)動機(jī)廢氣并加壓。(4)廢氣通過碳粉凝結(jié)核相互混合，經(jīng)噴射頭噴射碳粉凝結(jié)核與廢氣的混合氣體。(5)過冷水滴遇混合氣體中的碳粉進(jìn)后結(jié)冰并形成小冰晶，達(dá)到旋翼防冰的目的。(6)在中度及重度結(jié)冰條件下(或飛行員未及時開啟防/除冰系統(tǒng))，同時開啟氣壓回路及液壓回路，分別引發(fā)動機(jī)廢氣及除冰液(7)通過換熱器將高溫高壓廢氣的熱量傳遞給除冰液進(jìn)行加熱。(8)經(jīng)二次加壓后，發(fā)動機(jī)廢氣重復(fù)
(4)、(5)步驟進(jìn)行防冰。(9)加熱后除冰液經(jīng)噴頭噴射至旋翼表面，達(dá)到旋翼防冰和除冰的目的。
[0031]本發(fā)明中噴射碳粉作為結(jié)冰凝結(jié)核，在輕度結(jié)冰及中度、重度結(jié)冰中均起到旋翼防冰的目的，即讓過冷水滴提前凝結(jié)成小冰晶，而不是與旋翼表面相撞后凝結(jié)成冰；同時，在中、重度結(jié)冰條件下及飛行員未及時開啟防/除冰系統(tǒng)時，同時噴射碳粉及加熱的除冰液，其目的是通過碳粉進(jìn)行防冰，為確保防/除冰系統(tǒng)的可靠性，噴射加熱的除冰液進(jìn)行旋翼表面除冰，確保旋翼表面無結(jié)冰狀態(tài)。其中，熱氣與碳粉混合噴射過程中會對凝結(jié)核加熱，但研究表明不會影響凝結(jié)核遇過冷水滴發(fā)生結(jié)冰的作用；加熱的除冰液在旋翼表面除冰過程中效率更高，除冰效果更好。
【主權(quán)項】
1.一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，主要步驟: (1)在旋翼結(jié)冰防護(hù)范圍內(nèi)排布噴射頭。 (2)在旋翼內(nèi)部及發(fā)動機(jī)上部安裝相應(yīng)的引發(fā)動機(jī)尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路。 (3)在輕度結(jié)冰條件下，開啟氣壓回路，引發(fā)動機(jī)廢氣并加壓。 (4)廢氣通過碳粉凝結(jié)核相互混合，經(jīng)噴射頭噴射碳粉凝結(jié)核與廢氣的混合氣體。 (5)過冷水滴遇混合氣體中的碳粉后結(jié)冰并形成小冰晶，達(dá)到旋翼防冰的目的。 (6)在中度及重度結(jié)冰條件下(或飛行員未及時開啟防/除冰系統(tǒng))，同時開啟氣壓回路及液壓回路，分別引發(fā)動機(jī)廢氣及除冰液 (7)將高溫高壓廢氣的熱量傳遞給除冰液進(jìn)行加熱。 (8)發(fā)動機(jī)廢氣經(jīng)二次加壓后，重復(fù)(4)、(5)步驟進(jìn)行防冰。 (9)加熱后除冰液經(jīng)噴頭噴射至旋翼表面，達(dá)到旋翼防冰和除冰的目的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述步驟(I)中的防/除冰噴頭結(jié)構(gòu)為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結(jié)構(gòu)，下部為套管結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述步驟(I)中的防/除冰噴頭安裝在硬質(zhì)基體上，硬質(zhì)基體與蒙皮相粘接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述的步驟(2)中采用空氣壓縮機(jī)壓縮發(fā)動機(jī)尾氣達(dá)到引氣的目的；采用液壓栗對除冰液進(jìn)行加壓噴射。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述的步驟(4)中通過碳粉作為過冷水滴結(jié)冰凝結(jié)核。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用噴射頭噴射結(jié)冰凝結(jié)核及除冰液的直升機(jī)旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述的步驟(7)中通過換熱器將發(fā)動機(jī)廢氣的熱量傳遞并加熱除冰液。
【文檔編號】B64D15/02GK105882978SQ201610467215
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】張以都, 陳龍, 吳瓊, 宋晶, 周文兵
【申請人】北京航空航天大學(xué)