用于翼型的非均勻電加熱元件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型總地屬于航空器環(huán)境防護設備設計領域，尤其設及一種用于翼型的非 均勻電加熱元件。
【背景技術】
[0002] 飛機機翼前緣、發(fā)動機短艙前緣和尾翼前緣均有防/除冰的潛在需求，目前常用 的方式是采用內部通熱氣進行防/除冰或采用電加熱元件進行電熱防/除冰。若采用電熱 防/除冰，目前常用的電加熱元件是電阻絲或電加熱膜，其通電后發(fā)熱從而實現(xiàn)防/除冰。
[0003] 由于機翼/發(fā)動機短艙/尾翼的前緣均為大曲率表面（統(tǒng)稱為翼型），因此電加熱 元件通常被設計為緊貼翼型。如圖1所示，防護區(qū)10上設置電加熱元件11，該電加熱元件 11與防護區(qū)翼型的曲率保持一致，呈"蛇形"設計。此外，電加熱元件11通常保持均勻厚度 和均勻寬度，W便于設計、加工和安裝布置。運種設計簡單、易操作，目前應用電熱防/除冰 的飛機均采用該種方式。在加工工藝和安裝水平穩(wěn)定的條件下，運種設計布置形式將使翼 型蒙皮外表面均勻受熱，獲得均勻的熱流密度。
[0004] 但是，實際上翼型前緣所需的加熱熱流并非是沿弦向均勻分布的，根據外部熱載 荷（主要是水滴撞擊特性和外部對流換熱情況），通常翼型所需的加熱熱流總體趨勢為前 緣部分較大，越往后緣所需越小。換熱系數(shù)越大的地方，強制對流的冷卻效果越好，因此也 需要更多的熱量。雖然具體的分布情況并非完全取決于對流換熱系數(shù)，需要綜合考慮水滴 潛熱、顯熱，但從對流換熱運一主要因素而言，翼型表面所需的熱流并非均勻分布。 陽〇化]目前電加熱元件的常規(guī)設計都是對翼型表面進行均勻加熱，設計為滿足最嚴酷的 區(qū)域，即前緣部分的熱流密度需求，然而對于后緣來說，則會產生加熱能量的浪費。根據工 程經驗，前緣和后緣所需的熱流密度差異可達5倍W上，運將極大的影響電加熱裝置的經 濟性。 【實用新型內容】
[0006] 因此，本實用新型旨在基于翼型表面非均勻的外部熱載荷需求，提出一種非均勻 電加熱元件設計，根據加熱功率分區(qū)域布置電加熱元件，提升電加熱系統(tǒng)的供電經濟性。
[0007] 上述目的通過W下技術方案來實現(xiàn)：
[0008] 一種用于翼型的非均勻電加熱元件，其中，根據翼型表面沿弦向的熱流密度（即 功率密度）分布，所述電加熱元件分區(qū)域布置，不同區(qū)域的電加熱元件具有不同的電阻值。
[0009] 在某些實施方式中，所述電加熱元件為一體式或分體式。
[0010] 在某些實施方式中，所述電加熱元件保持均勻厚度，并在不同區(qū)域具有不同的寬 度。
[0011] 在某些實施方式中，所述電加熱元件保持均勻厚度，并在不同區(qū)域具有不同的長 度。
[0012] 在某些實施方式中，所述電加熱元件保持均勻厚度，并在不同區(qū)域采用不同的材 料，即采用具有不同電阻率的材料。
[0013] 優(yōu)選地，所述電加熱元件為金屬絲或金屬膜，涵蓋所有可用于電加熱的金屬材料。
[0014] 本實用新型基于翼型表面非均勻的外部熱載荷需求針對性的設計非均勻的電加 熱元件，讓各區(qū)域的熱流密度更加準確，提升了電加熱系統(tǒng)的供電經濟性。當采用一體式電 加熱元件時，成型簡單，減少了連接電源的導線數(shù)量，利于減重。當采用分體式電加熱元件 時，能夠對每個區(qū)域單獨控制，配合控制邏輯將有更多的防/除冰策略，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0015] 本實用新型的更多特征及優(yōu)點將通過下面結合附圖對優(yōu)選實施方式的進一步詳 細說明來更好地理解。附圖中：
[0016] 圖1為用于翼型的傳統(tǒng)電加熱元件的均勻"蛇形"布置的示意圖；
[0017] 圖2為根據本實用新型一種實施方式的一體式非均勻電加熱元件的示意圖；
[0018] 圖3為根據本實用新型一種實施方式的分體式非均勻電加熱元件的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面詳細討論實施例的實施和使用。然而，應當理解，所討論的具體實施例僅僅示 范性地說明實施和使用本實用新型的特定方式，而非限制本實用新型的范圍。
[0020] 基于本實用新型的構思，在確定電加熱元件的分區(qū)域布置時，首先計算翼型表面 的外部熱載荷，獲取沿弦向分布的電加熱功率需求，根據該功率需求分布，將電加熱元件 (金屬絲或金屬膜）按照功率密度差異進行分區(qū)，對于各區(qū)域的電阻按照功率需求進行對 應設計，并通過改變電加熱元件的寬度、長度或材料來實現(xiàn)不同區(qū)域的阻值差異。
[0021] 針對一體式的電加熱元件，基于熱流密度分布情況將翼型表面按弦向分為n個區(qū) 域，電加熱元件保持厚度均勻，根據熱流密度（即功率密度）需求的比例，確定各區(qū)域的電 阻值比例。具體而言，可按W下方式進行設計：
[0022] 1)針對所需設計的翼型表面計算其外部熱載荷；
[0023] 2)根據弦向的熱載荷情況，得到電加熱元件的弦向功率密度；
[0024] 3)根據功率密度情況將翼型表面按弦向劃分為n個區(qū)域，依次為1、2. . . i. . . n-1、 n，W每個區(qū)域內的最大功率密度作為其設計功率密度q。；
[00對 4)根據W下電功率公式，基于供電電壓U及加熱效率Tl，計算得到每個區(qū)域的電 阻值Ri;
[0027] 5)根據W下電阻率公式，基于電加熱元件的給定材料的電阻率P、電加熱元件的 厚度H，各區(qū)域的電阻值化，則可W在確定的電加熱元件的寬度W的情況下求得電加熱元件 的長度以或在確定長度L的情況下求得寬度W ;
[0029] 6)將設計方案形成=維數(shù)模；
[0030] 7)采用合理的方式實現(xiàn)電加熱元件的制造。
[0031] 參見圖2所示，示出根據一種實施方式的各區(qū)域寬度不同的一體式非均勻電加熱 元件，出于簡潔目的，僅W=個區(qū)域為例。其中，W前緣區(qū)域20中的前緣線23為界，分別在 前緣區(qū)域20兩側劃分出第一后緣區(qū)域21和第二后緣區(qū)域22。在該實施例中，電加熱元件 24為一體式，具有連接電源的端部25,在第一后緣區(qū)域21和第二后緣區(qū)域22上布置的電 加熱元件的寬度大于布置于前緣區(qū)域20內的電加熱元件的寬度。在額定供電電壓下，前緣 區(qū)域20上的電加熱元件部分具有更高的發(fā)熱功率，由此提高了前緣區(qū)域20的供電效率，同 時避免了第一后緣區(qū)域21和第二后緣區(qū)域22的加熱能量的浪費。
[0032] 針對分體式的電加熱元件，基于熱流密度分布情況將翼型表面按弦向分為n個區(qū) 域，電加熱元件保持厚度均勻，根據熱流密度（即功率密度）需求，逐個確定每個區(qū)域的電 阻值。具體而言，可按W下方式進行設計：
[0033] 1)針對所需設計的翼型表面計算其外部熱載荷；
[0034] 2)根據弦向的熱載荷情況，得到電加熱元件的弦向功率密度；
[00對 3)根據功率密度情況將翼型表面按弦向劃分為n個區(qū)域，依次為1、2. . . i. . . n-1、 n，W每個區(qū)域內的最大功率密度作為其設計功率密度q。；
[0036] 4)根據W下電功率公式，基于供電電壓U及加熱效率Tl，計算得到每個區(qū)域的電 阻值Ri;
[00測 W根據W下電阻率公式，基于電加熱元件的厚度H，各區(qū)域的電阻值Ri,則可W在 電阻率P、電加熱元件的寬度W和長度L=個變量中，在確定兩個變量的情況下求得第=個 變量；
[0040] 6)將設計方案形成=維數(shù)模；
[0041] 7)采用合理的方式實現(xiàn)電加熱元件的制造。
[0042] 參見圖3所示，示出根據一種實施方式的各區(qū)域寬度不同的分體式非均勻電加熱 元件，出于簡潔目的，僅W=個區(qū)域為例。其中，W前緣區(qū)域30中的前緣線33為界，分別在 前緣區(qū)域30兩側劃分出第一后緣區(qū)域31和第二后緣區(qū)域32。在該實施例中，電加熱元件 為分體式，分別在前緣區(qū)域30、第一后緣區(qū)域31和第二后緣區(qū)域32中布置不同的第一電加 熱元件301、第二電加熱元件311、第=電加熱元件321，各個電加熱元件分別具有連接電源 的第一端部302、第二端部312、第=端部322。其中，在第一后緣區(qū)域31和第二后緣區(qū)域 32上布置的第二電加熱元件311、第=電加熱元件321的寬度大于布置于前緣區(qū)域30內的 第一電加熱元件301的寬度。在額定供電電壓下，前緣區(qū)域30上的第一電加熱元件301具 有更高的發(fā)熱功率，由此提高了前緣區(qū)域30的供電效率。
[0043] 本實用新型的技術內容及技術特點已掲示如上。應當理解的是，附圖所示并加 W 描述的僅為本實用新型的原理，上述實施方式存在許多修改方式，運些方式對相關領域技 術人員來說是很明顯的。例如，圖中示出的各部件的結構形狀僅為示例，并不作為對本實用 新型的限定，凡是依據本實用新型的技術實質對W上實施例所作的任何簡單修改、等同變 化與修飾，均落入本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種用于翼型的非均勻電加熱元件，其特征在于，根據翼型表面沿弦向的熱流密度 分布，所述電加熱元件分區(qū)域布置，不同區(qū)域的電加熱元件具有不同的電阻值。2. 根據權利要求1所述的非均勻電加熱元件，其特征在于，所述電加熱元件為一體式 或分體式。3. 根據權利要求1或2所述的非均勻電加熱元件，其特征在于，所述電加熱元件保持均 勻厚度，并在不同區(qū)域具有不同的寬度。4. 根據權利要求1或2所述的非均勻電加熱元件，其特征在于，所述電加熱元件保持均 勻厚度，并在不同區(qū)域具有不同的長度。5. 根據權利要求1或2所述的非均勻電加熱元件，其特征在于，所述電加熱元件保持均 勻厚度，并在不同區(qū)域采用不同的材料。6. 根據權利要求1所述的非均勾電加熱元件，其特征在于，所述電加熱元件為金屬絲 或金屬膜。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于翼型的非均勻電加熱元件，其中，根據翼型表面沿弦向的熱流密度分布，所述電加熱元件分區(qū)域布置，不同區(qū)域的電加熱元件具有不同的電阻值。本實用新型基于翼型表面非均勻的外部熱載荷需求針對性的設計非均勻的電加熱元件，讓各區(qū)域的熱流密度更加準確，提升了電加熱系統(tǒng)的供電經濟性。
【IPC分類】B64D15/12
【公開號】CN205113722
【申請?zhí)枴緾N201520782768
【發(fā)明人】曾飛雄, 李志茂, 霍西恒, 李革萍, 南國鵬, 王大偉
【申請人】中國商用飛機有限責任公司, 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年10月10日