Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата

1 Спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів літального апарата, за яким конструктивні елементи літального апарата у схильних до обледеніння зонах поверхні нагрівають до температури танення криги t > 0С°, який відрізняється тим, що теплову енергію для нагрівання Винахід відноситься до авіаційної техніки, зокрема до систем антиобледеншня літального апарата (ЛА), і може бути застосований для запобігання утворенню криги на ЗОВНІШНІХ поверхнях крил літака, вхідних пристроїв газотурбінних двигунів Л А, лопатях гвинтів вертольотів, лопатях повітряних гвинтів (рушив), вітряних електрогенераторів тощо Тобто в будь-яких галузях енергомашинобудування, де можна використати швидкісний напір оточуючого повітря Відомий спосіб механічного руйнування криги на конструкціях ЛА [Патент РФ № 93053570, кл B64D15/16, опубл 1996 06 27], який передбачає створення в обшивці, що захищається, та шарі криги на ній повторюваних імпульсних деформацій, розділених паузами На ЗОВНІШНІЙ поверхні обшивки, що захищається, у схильних до обледеніння зонах закріплюють пружний матеріал із запресованими всередину останнього феромагнітними пластинками і формують електроімпульсним методом коливання пружного матеріалу при утворенні на ньому криги шляхом впливу на феромаг одержують перетворенням кінетичної енергії повітря, що набігає зі швидкістю, ВІДПОВІДНІЙ ДО М > 0,4, і одержану теплову енергію передають у схильні до обледеніння зони поверхні за рахунок акумуляції тепла 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що для перетворення кінетичної енергії повітря, що набігає, в теплову в лобових частинах конструктивних елементів літального апарата встановлюють акустичні резонатори, в яких генерують високочастотні ударні хвилі і нагрівають глухі КІНЦІ резонаторів для акумуляції тепла 3 Спосіб за пп 1 і 2, який відрізняється тим, що акустичні резонатори встановлюють по фронту лобових частин конструктивних елементів літального апарата 4 Спосіб за пп 1, 2 і 3, який відрізняється тим, що акустичні резонатори виготовляють з високотеплопровідного матеріалу, після чого їх відокремлюють один від одного розділовими елементами нітні пластинки електромагнітним полем змінного знаку, сконцентрованим в області останніх До недоліків цього винаходу відносяться - висока енергоємність способу, з огляду на те, що для формування електромагнітного імпульсу використовують бортові джерела електроенергії, - збільшення ваги ЛА за рахунок необхідності встановлення додаткового устаткування для створення імпульсних деформацій в обшивці, - зменшення дальності польоту ЛА і зменшення відстані до «точки повернення» при аварійних ситуаціях внаслідок додаткової витрати пального на формування коливань пружного матеріалу обшивки, - зменшення експлуатаційного ресурсу основних двигунів ЛА, пов'язане з додатковими витратами електроенергії на усунення криги, - складність конструкції через велику КІЛЬКІСТЬ конструктивних елементів, що застосовуються в способі, а саме пружних елементів обшивки, феромагнітних вставок, розподільного пристрою, дротів для підводу електроенергії тощо, О ю ю со (О ю 56355 - зниження ресурсу обшивки внаслідок пошкорозміщена в носку передкрилка і прикріплена з джень від деформацій під час створення електродопомогою хомута до повздовжньої діафрагми, а магнітних імпульсів, хомут закріплено збоку від носка передкрилка з - складність здійснення способу, пов'язана з можливістю фіксованого послаблення натягу тим, що в аналозі відбувається руйнування шару Недоліками даного винаходу є криги, що вже утворився, а не запобігання його - збільшення ваги ЛА, утворенню Відтак необхідно здійснити додаткові - збільшення навантаження на бортову енероперації з активізації роботи пристроїв, що генегетичну систему ЛА, рують коливання - складність конструкції, висока вартість виготовлення і монтажу пристрою антиобледеншня на Відомий винахід «Елементи опору для нагріборту ЛА, вання аеродинамічної поверхні та пристрої, що містять такі елементи» [Патент US, № 5971323, кл - великі габаритні розміри конструктивних В64В15/00, B64L01/02, опубл 26 11 1999], який елементів, що входять до складу пристрою антиполягає в тому, що для видалення обледеніння обледеніння, зокрема труби повітряного обігріву аеродинамічну поверхню нагрівають, використоВідомий спосіб антиобледеншня й мікрохвивуючи кілька елементів опору, кожен з яких склальова система антиобледеніння літака [Патент дається з електропровідних скляних волокон і розUS, № 5615849, кл B64D15/00, опубл 01 04 1997],ташований в аеродинамічній поверхні у в якій конструктивні елементи ЛА в схильних до безпосередній близькості від її переднього фронту обледеніння зонах поверхні нагрівають до темпепаралельно йому На елементи опору подають ратури танення криги t>OC° Мікроволнова енергія, електричний струм, що викликає їх нагрівання, одержувана від мікрохвильового генератора, попов'язане з ефектом Джоуля Недоліками цього глинається спеціальною тепловою поглинаючою відомого винаходу є трубкою, що міститься в передкрилку аеродинамічної поверхні Потім одержану мікрохвильову ене- зменшення дальності польоту ЛА через нергію перетворюють у теплову з допомогою тієї ж обхідність витрати палива на обігрівання аеродисамої поглинаючої трубки Для більш ефективного намічних поверхонь, перетворення мікрохвильової енергії в теплову на - складність конструкції через необхідність навнутрішню поверхню трубки наносять спеціальне явності великої КІЛЬКОСТІ елементів опору та елекпокриття, що має високі абсорбційні властивості, і тропровідних скляних волокон, що входять до їхвстановлюють дзеркало-ізолятор Після цього тенього складу, пловими трансферними рулями теплову енергію - збільшення ваги ЛА в цілому за рахунок збіпередають до конструктивних елементів ЛА, нальшення маси пального на борту для вироблення приклад до обшивки переднього фронту крила або електроенергії, необхідної для обігріву, до іншої аеродинамічної поверхні, ротору ЛА то- додаткове навантаження на енергоустановку що Температуру цих елементів підтримують на ЛА внаслідок відбору електроенергії від основних постійному рівні так, щоб вона була істотно вищою двигунів на обігрівання схильних до обмерзання від температури замерзання Таким чином, здійсповерхонь нюють нагрівання конструктивних елементів ЛА, Відомий метод і апарат для застосування нащо дає змогу запобігти їх обледенінню Недолікагрітих палив для видалення обледеніння з літака ми даного винаходу є [Патент US, № 5558303, кл B64D15/02, опубл 24 09 1996] 1 Зменшення дальності польоту ЛА і зменшення відстані до «точки повернення» внаслідок Метод полягає в тому, що для видалення обнеобхідності додаткової витрати пального на обіледеніння з аеродинамічної поверхні и нагрівають грівання схильних до обледеніння поверхонь, до температур танення криги, використовуючи тепло від палива, попередньо нагрітого до темпе2 Велике навантаження на бортову енергетиратур, досить високих для того, щоб передати течну систему, пов'язане з тим, що потік мікрохвиплову енергію через паливні баки, розміщені в льової енергії одержують з допомогою мікрохвикрилах, до зовнішньої області крил льового генератора, який використовує електроенергію від бортової мережі ЛА для ствоНедоліками цього винаходу є рення цього потоку, - обмеженість у застосуванні на літаках різних марок, пов'язана з необхідністю обов'язкового роз3 Збільшення ваги ЛА внаслідок того, що до ташування паливного баку в крилі ЛА, складу системи антиобледеніння входить велика КІЛЬКІСТЬ конструктивних елементів, а саме мікро- великі експлуатаційні витрати внаслідок нехвильовий генератор, радіальні трансферні рулі, обхідності наявності на аеродромах спеціального теплова поглинаюча трубка Тому в сукупності з устаткування для попереднього нагрівання палиустановчими елементами система антиобледенінва ня являє собою вельми складну конструкцію і заВідомий винахід «Передкрилок літака з повітймає значну частину об'єму внутрішнього простору ряним обігрівом» [Патент РФ №2083441, кл аеродинамічної поверхні ЛА B64D15/04, опубл 1997 07 10], який полягає в тому, що для нагрівання схильних до обледеніння До недоліків застосування даного винаходу конструктивних елементів застосовують трубу потакож відноситься висока вартість виготовлення вітряного обігріву, встановлену в передкрилку аеконструктивних елементів системи антиобледенінродинамічної поверхні на опорний елемент, виконя у зв'язку з тим, що для виготовлення мікрохвинаний у вигляді колодки Колодку закріплено на льового генератора і поглинаючої трубки застосодіафрагмі й підпружинено відносно неї плоскою вують дороге обладнання й матеріали гофрованою пружиною Труба повітряного обігріву Таким чином, зараз застосовуються три осно 56355 зонаторах генерують високочастотні ударні хвилі і нагрівають глухі КІНЦІ, а отримана теплова енергія поступово розповсюджується від глухого кінця резонатора по всьому конструктивному елементу Тобто після виходу пристрою на режим температура по всій довжині резонатора буде постійною У тому числі, в обшивці конструктивного елемента вона підвищиться від температури оточуючого середовища до температури танення криги Таким чином, у винаході досягається запобігання утворенню криги у схильних до обмерзання зонах поверхні конструктивних елементів ЛА У винаході досягається виключення додаткового навантаження на бортову енергетичну систему завдяки тому, що для запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА використовують акустичні резонатори Робота акустичного резонатора, в даному випадку, заснована на перетворенні енергії оточуючого середовища, відтак не потрібні витрати електроенергії від бортового джерела У винаході, що заявляється, досягається зниження ваги ЛА завдяки тому, що в лобових частинах конструктивних елементів ЛА встановлюють акустичні резонатори Вся система запобігання обледенінню складається з невеликої КІЛЬКОСТІ деталей, а саме сукупності акустичних резонаторів, котрі самі по собі мають досить просту конструкцію відомо, що акустичний резонатор являє собою корпус із глухим кінцем і має невеликі габарити й вагу Позитивною особливістю застосування винаходу є зниження витрат на виготовлення конструктивних елементів пристрою антиобледеншня, оскільки акустичний резонатор має досить просту конструкцію і не потребує наявності спеціального дорогого обладнання для його виготовлення Всі елементи конструкції виготовлені з доступних матеріалів, вартість яких істотно нижча від вартості матеріалів елементів системи найближчого аналога На Фіг 1 показано графік змінення температури глухого кінця резонатора із зміненням числа Для перетворення кінетичної енергії швидкісМаха М, на Фіг 2 - схема розповсюдження теплоного напору набігаючого повітря у теплову в лобової енергії від глухого кінця резонатора до обшиввих частинах конструктивних елементів ЛА, наприки конструктивного елемента у схильній до облеклад у лобовій частині крила, встановлюють деніння ЗОНІ акустичні резонатори Потім у них генерують високочастотні ударні хвилі, після чого нагрівають глухі Пропонований спосіб запобігання обледенінню КІНЦІ резонаторів для акумуляції тепла конструктивних елементів літального апарата полягає втому, що В окремих випадках для найбільш ефективно- отримують необхідну для нагрівання теплову го використання енергії швидкісного напору набіенергію шляхом перетворення кінетичної енергії гаючого повітря акустичні резонатори встановлюшвидкісного напору набігаючого із швидкістю М > ють по фронту лобових частин конструктивних 0,4 повітря (див Фіг 1), елементів ЛА - передають отриману теплову енергію у схиЩоб забезпечити акумуляцію тепла для нагрільні до обледеніння зони поверхні за рахунок акування поверхонь конструктивних елементів ЛА, муляції тепла, акустичні резонатори виготовляють з високотеплопровідного матеріалу, після чого відокремлюють - нагрівають конструктивні елементи літальноодин від одного розділовими елементами го апарата у схильних до обледеніння зонах поверхні до температури танення криги t > 0С° У винаході, що заявляється, забезпечується Перетворення кінетичної енергії швидкісного збільшення дальності польоту Л А і збільшення напору набігаючого повітря в теплову здійснюють відстані до «точки повернення» завдяки виклютаким чином ченню необхідності додаткової витрати пального на обігрів схильних до обледеніння поверхонь Це - встановлюють акустичні резонатори в лободосягається завдяки тому, що нагрівання повервих частинах конструктивних елементів ЛА, наприхонь конструктивних елементів ЛА відбувається за клад у лобовій частині крила, рахунок акумуляції тепла Тобто в акустичних ре- генерують в акустичних резонаторах високо вних методи для видалення або запобігання утворенню криги на ЗОВНІШНІХ поверхнях ЛА, а саме 1 Шляхом подавання нагрітих газів або рідин по трубопроводу, 2 Шляхом електронагрівання, 3 Механічними засобами, наприклад вібраційними сітками або колодками, що прикріплюються до поверхні ЛА або вбудовані в неї Очевидно, що застосування всіх цих відомих методів призводить до ускладнення конструкції ЛА в цілому, вимагає додаткової витрати електроенергії на обігрівання, а відтак до зменшення дальності польоту і до збільшення ваги ЛА Також слід відзначити той факт, що всі розглянуті вище способи та пристрої для їх здійснення не задіяні протягом усього часу польоту ЛА, тобто спрямовані на руйнування шару криги, що вже утворився, а не на запобігання його утворенню У разі ж, якщо необхідно здійснювати ці способиабо застосовувати такі пристрої безперервно, витрачання електроенергії, а відтак витрати пального на одержання цієї енергії будуть неприпустимими з точки зору умов експлуатації ЛА В основу винаходу поставлено задачу збільшення дальності польоту ЛА, зниження навантаження на бортову енергетичну систему і, як наслідок, виключення додаткової витрати пального на обігрівання схильних до обледеніння поверхонь, а також зниження ваги ЛА Поставлена задача вирішується тим, що спосіб запобігання обледенінню конструктивних елементів ЛА полягає в тому, що конструктивні елементи Л А у схильних до обледеніння зонах поверхні нагрівають до температур танення криги t>OC° Згідно З винаходом, необхідну для нагрівання теплову енергію одержують шляхом перетворення кінетичної енергії швидкісного напору набігаючого зі швидкістю М>0,4 повітря Потім одержану теплову енергію передають у схильні до обледеніння зони поверхні за рахунок акумуляції тепла 56355 8 пристрою на режим (ти, %2 ) теплова енергія від частотні ударні хвилі, глухого кінця резонатора розповсюджується по - нагрівають глухі КІНЦІ резонаторів для акумувсій його довжині, а також по всій лобовій частині ляції тепла Нагрівання поверхонь конструктивних елементів ЛА відбувається за рахунок акумуляції обшивки конструктивного елемента ЛА тепла Теплова енергія поступово розповсюджуПісля виходу пристрою на режим протягом ється від глухого кінця резонатора по всьому консусього часу польоту ЛА хш температура по всій труктивному елементу (див Фіг 1) довжині резонатора буде постійною В тому числі При набіганні потоку оточуючого середовища в обшивці конструктивного елемента температура на лобову частину конструктивного елемента ЛА із підвищиться від температури оточуючого середошвидкістю М > 0,4 відношення ©г температури вища Тн до температури танення криги ТОбш m глухого кінця резонатора до температури на вході ' обш «і > ' обш 2 ^ ' обш 1 ^ ' н в резонатор поступово зростає Таким чином, у винаході досягається запобігання утворенню криги у схильних до обледеніння © зонах конструктивних елементів ЛА В окремих випадках для найбільш ефективноДЄ го використання енергії швидкісного напору набі©і- - відношення температури глухого кінця регаючого повітря акустичні резонатори встановлюзонатора до температури на вході в резонатор, ють по фронту лобових частин конструктивних Т гк -температура глухого кінця резонатора, елементів ЛА Т вх - температура на вході в резонатор При М = 0, тобто при відсутності набігання потоку оточуЩоб забезпечити акумуляцію тепла для нагріючого середовища вання поверхонь конструктивних елементів Л А акустичні резонатори виготовляють з високотеп©г=1 лопровідного матеріалу, після чого відокремлюють Під час польоту потік оточуючого повітря набіодин від одного розділовими елементами гає з певною швидкістю на лобові частини (передні Застосування способу запобігання обледенінкромки) конструктивних елементів ЛА із встановню, що заявляється, дасть змогу забезпечити збіленими в них акустичними резонаторами При льшення дальності польоту ЛА завдяки виключенцьому в резонаторах генеруються високочастотні ню необхідності додаткової витрати пального на ударні хвилі, що призводить до незворотнього пеобігрівання схильних до обледеніння поверхонь ретворення кінетичної енергії в теплову, тобто до ЛА нагрівання глухого кінця резонатора Винахід дозволить виключити додаткове наПроведені експерименти показали, що при 0 < вантаження на бортову енергетичну систему ЛА М < 0,4 застосування акустичного резонатора незавдяки застосуванню акустичного резонатора, ефективне, оскільки збільшення температури глуробота якого не потребує витрат електроенергії хої стінки резонатора є недостатнім для нагріванвід бортового джерела У винаході, що заявляєтьня схильної до обледеніння поверхні Тобто Тгк ся, досягається зниження ваги ЛА завдяки тому, неістотно відрізняється від температури оточуючощо вся система запобігання обледенінню складаго середовища ється з невеликої КІЛЬКОСТІ деталей, а саме сукупПри швидкості набігаючого потоку повітря М = ності акустичних резонаторів, які самі по собі ма0,4 зростання відношення ©г буде достатнім для ють досить просту конструкцію Окрім того, слід запобігання обледенінню конструктивних елеменвідзначити, що даний спосіб є універсальним, тобтів ЛА (див Фіг 1) то може бути застосований на ЛА будь-якого типу, У початковий момент часу то температура на оскільки не потребує використання якогось додатвході в резонатор Т вх дорівнює температурі оточукового обладнання ючого середовища Тн (див Фіг 2) Поступово за рахунок акумуляції тепла протягом часу виходу 0 0 5 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)236-47-24