Акустичний резонатор як пристрій для запобігання обледенінню конструктивних елементів літальних апаратів

Застосування акустичного резонатора як пристрою для запобігання обледенінню конструктивних елементів літальних апаратів Винахід відноситься до авіаційної техніки, зокрема до систем антиобледеншня літальних апаратів (ЛА), а також може бути застосований у будьяких галузях енергомашинобудування, де можна використати швидкісний напір оточуючого повітря, наприклад, на лопатях вітряних електрогенераторів Відомий спосіб механічного руйнування криги на конструктивних елементах ЛА [Патент РФ № 93053570, кл B64D 15/16, опубл 1996 06 27] Він полягає у створенні в зоні обшивки, що захищається, і шарі криги на ній періодичних імпульсних деформацій На ЗОВНІШНІЙ поверхні обшивки, що захищається, у схильних до обледеніння зонах, закріплюють пружний матеріал із запресованими всередину останнього феромагнітними пластинками Потім електроімпульсним методом формують коливання пружного матеріалу шляхом впливу на феромагнітні пластинки електромагнітним полем змінного знаку Недоліками цього способу є висока енергоємність, оскільки для формування електромагнітного імпульсу доводиться додатково використовувати бортові джерела електроенергії, збільшення ваги ЛА за рахунок необхідності розміщення пружного матеріалу в схильних до обледеніння зонах обшивки, а також через додаткове використання пального для живлення бортової енергосистеми під час створення імпульсних деформацій, зниження МІЦНОСТІ обшивки конструктивних елементів ЛА внаслідок механічних вібрацій Відомий спосіб антиобледеншня та мікрохвильова система антиобледеніння літака [Патент US, № 5615849), кл, B64D15/00, опубл 01 04 1997], в якому нагрівання конструктивних елементів ЛА відбувається за рахунок використання мікрохвильової енергії, що перетворюється розміщеною у передкрилку аеродинамічної поверхні трубою в теплову енергію Розташоване на внутрішній поверхні труби покриття, що має високу абсорбційну властивість, і дзеркал о-ізолятор забезпечують найбільш повне перетворення мікрохвильової енергії в теплову Теплова енергія передається схильним до обледеніння ділянкам обшивки переднього фронту крила, ротора чи аеродинамічної поверхні тепловими трансферними рулями так, щоб температура у цих ділянках мала змогу підніматися вище температури танення криги, що дає змогу запобігти обледенінню Недоліками даного винаходу є досить велика вага, складність конструкції та висока вартість виготовлення системи антиобледеніння, а також збільшення навантаження на бортову енергетичну систему, оскільки для створення потоку мікрохвильової енергії застосовують мікрохвильовий генератор, що потребує додаткових витрат електроенергії Відомий винахід «Елементи опору для нагрівання аеродинамічної поверхні і пристрої, що містять такі елементи» [Патент US, № 5971323, кл B64D15/00, B64L01/02, опубл 26 11 1999] Для усунення обледеніння аеродинамічну по О 00 00 о ю 50881 верхню нагрівають, застосовуючи кілька елементів опору, розташованих в аеродинамічній поверхні у безпосередній близькості від її переднього фронту паралельно йому Кожний елемент опору складається з електропровідних скляних волокон На елементи опору подають електричний струм, що призводить до їхнього розігріву, пов'язаного з ефектом Джоуля Недоліками цього винаходу є додаткове навантаження на енергоустановку та збільшення ваги ЛА через необхідність додаткових витрат пального для живлення енергетичної системи літака, а також ускладнення конструкції пристрою антиобледеніння і висока вартість його виготовлення До недоліків розглянутих аналогів відноситься також те, що їхня дія спрямована на руйнування шару криги, що вже утворився, оскільки вони працюють лише в разі необхідності, а не протягом усього часу польоту Відомим об'єктом, який пропонується використати за новим призначенням, є акустичний резонатор Зараз акустичний резонатор використовується в конструкціях теплових генераторів для запалювання паливних сумішей Ці пристрої працюють за рахунок механізму взаємодії ударних хвиль у закритих порожнинах У пристрої газодинамічного нагрівача [Патент RU, № 93040129, кл F23G13/00, опубл 1996 06 27, патент RU, № 2062953, кп F23Q13/00, опубл 1996 06 27] акустичний резонатор застосовується для запалювання паливних газоподібних сумішей шляхом розігріву стисненого газу в порожнині резонатора біля його глухого торця Стиснений газ прискорюється у надзвуковому соплі й спрямовується в акустичний резонатор, всередині якого утворюються високочастотні ударні хвилі При цьому за рахунок перетворення кінетичної енергії високочастотних ударних хвиль на теплову глухий торець акустичного резонатора розігрівається до високої температури і запалює паливну суміш В основу пропонованого винаходу поставлено задачу виключення додаткових витрат пального для запобігання обледенінню і, як наслідок, зниження навантаження на бортову енергетичну систему ЛА, зменшення ваги ЛА, спрощення конструкції пристрою антиобледеншня, зниження витрат, пов'язаних з виготовленням його конструктивних елементів Поставлена задача вирішується тим, що пропонується застосувати акустичний резонатор як пристрій для запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА Акустичні резонатори, КІЛЬКІСТЬ ЯКИХ визначається розрахунковим шляхом, встановлюються у схильних до обледеніння поверхнях таким чином, щоб зустрічний потік повітря потрапляв до порожнин резонаторів Під час польоту потік оточуючого повітря набігає на лобові поверхні конструктивних елементів ЛА або повітряних гвинтів (рушив) зі встановленими в них акустичними резонаторами При цьому в резонаторах генеруються високочастотні ударні хвилі, що призводить до незворотного перетворення кінетичної енергії в теплову й розігріву резонаторів За рахунок акумуляції тепла теплова енергія передається до поверхні констру ктивних елементів для підвищення її температури до температури танення криги Це дає змогу запобігти обледенінню поверхонь, схильних до нього Застосування винаходу дає змогу виключити додаткові витрати пального, оскільки для роботи пропонованого пристрою антиобледеншня використовується енергія швидкісного напору оточуючого повітря Внаслідок цього знижується навантаження на бортову енергосистему Зменшується вага пристрою антиобледеншня, позаяк він складається лише з певної КІЛЬКОСТІ акустичних резонаторів, які мають невеликі габарити і вагу Зменшується вага Л А, що дає змогу збільшити дальність польоту Крім того, спрощується конструкція пристрою антиобледеншня, оскільки акустичні резонатори мають просту конструкцію, що складається з однієї деталі (корпусу) І нарешті, зменшуються витрати на виготовлення конструктивних елементів пристрою антиобледеншня, тому що акустичний резонатор має досить просту конструкцію, що складається з однієї деталі (корпусу), і не потребує спеціального дорогого обладнання для його виготовлення Усі елементи конструкції пропонованого винаходу виготовляються з легкодоступних матеріалів, вартість яких істотно нижча від вартості матеріалів конструктивних елементів аналогів Позитивною особливістю використання винаходу є те, що пропонований пристрій може бути легко адаптований до встановлення на ЛА будьякого типу, що забезпечує його універсальність Завдяки застосуванню винаходу за рахунок зниження ваги пристрою антиобледеншня, а також усунення необхідності витрат додаткової КІЛЬКОСТІ палива на енергозабезпечення його роботи досягається зниження ваги ЛА в цілому, що дає змогу збільшити дальність польоту Винахід може знайти застосування у будь-яких галузях енергомашинобудування, де можна використати швидкісний напір оточуючого повітря (наприклад на лопатях вітряних електрогенераторів) Акустичні резонатори, КІЛЬКІСТЬ яких визначена розрахунковим шляхом, установлюються в схильних до обледеніння поверхнях (наприклад, у лобовій поверхні крила літака) так, щоб набігаючий потік повітря потрапляв до порожнин резонаторів Пристрій працює таким чином Під час польоту потік оточуючого повітря набігає на лобові поверхні конструктивних елементів ЛА або повітряних гвинтів (рушив) зі встановленими в них акустичними резонаторами При цьому в резонаторах генеруються високочастотні ударні хвилі, що призводить до незворотного перетворення кінетичної енергії в теплову і розігріву резонаторів За рахунок акумуляції тепла теплова енергія передається до поверхні конструктивних елементів для підвищення її температури до температури танення криги Це дає змогу запобігти утворенню криги на поверхні вказаних конструктивних елементів Таким чином, по-перше, досягається зниження навантаження на бортову енергетичну систему, оскільки робота пропонованого пристрою заснована на перетворенні енергії оточуючого середовища і не потребує будь-яких витрат енергії від бортової енергомережі Л А, а відтак виключається додаткова витрата пального 5 50881 6 По-друге, зменшується вага пристрою антиобтичних резонаторів леденіння за рахунок того, що він складається Зменшуються також витрати на виготовлення лише з акустичних резонаторів, що мають невелипристрою антиобледеншня, тому що акустичні кі габарити й вагу резонатори виготовляються з легкодоступних неКрім того, спрощується конструкція пристрою дорогих матеріалів і не потребують у процесі вигоантиобледеніння завдяки тому, що воно складатовлення застосування дорогого обладнання ється з невеликої КІЛЬКОСТІ елементів, а саме акус ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71