一种飞机除冰方法及除冰装置

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一种飞机除冰方法及除冰装置
申请号	CN202210124918.1	申请日	2022-02-10	公开(公告)号	CN114162328A	公开(公告)日	2022-03-11
申请人	中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所;			发明人	顾兴士; 柳庆林; 刘森云; 易贤;
摘要	本发明属于飞机除冰技术领域，具体涉及一种飞机除冰方法及除冰装置。其中一种飞机除冰方法，在外壳与飞机蒙皮形成的反应室内喷射反应剂和氧化剂，在点火器的作用下反应剂与氧化剂反应产生气体和高温，高温气体产生的冲击载荷作用在飞机蒙皮上，在振动和加热的耦合作用下去除飞机蒙皮上的结冰。本发明利用氧化剂和反应剂反应产生的高温气体瞬间膨胀作用在飞机蒙皮上以去除飞机蒙皮上的结冰，对飞机蒙皮加热迅速，热力耦合作用显著，具有更好的除冰效果。
权利要求	1.一种飞机除冰方法，其特征在于：在外壳（2）与飞机蒙皮（1）形成的反应室内喷射反应剂和氧化剂，在点火器（9）的作用下反应剂与氧化剂反应产生高温气体，高温气体产生的冲击载荷作用在飞机蒙皮（1）上去除飞机蒙皮（1）上的结冰。 2.如权利要求1所述的一种飞机除冰方法，其特征在于，包括如下步骤：S3:控制反应剂喷射系统向所述反应室内喷射反应剂，并控制氧化剂喷射系统向所述反应室内喷射氧化剂； S4:控制点火器（9）点火，使氧化剂和反应剂发生反应。 3.权利要求2所述的一种飞机除冰方法，其特征在于，步骤S3前还包括如下步骤：S1:检测飞机蒙皮（1）是否有结冰，并将结冰信号传递给控制器； S2:控制系统控制泄压阀（10）调节反应室内气压；步骤S4后还包括如下步骤： S5:控制器控制泄压阀（10）开启，进行泄压； S6:重复步骤S1‑S5。 4.如权利要求1或2所述的一种飞机除冰方法，其特征在于：所述反应剂为硝酸胍，所述氧化剂为碱式硝酸盐。 5.如权利要求1或2所述的一种飞机除冰方法，其特征在于：所述反应剂为乙醇，所述氧化剂为氧气。 6.一种飞机除冰装置，其特征在于：包括外壳（2）、反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器（9）和泄压阀（10）；所述反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器（9）和泄压阀（10）均与所述外壳（2）连接，所述外壳（2）可与飞机蒙皮形成反应室。 7.如权利要求6所述的一种飞机除冰装置，其特征在于：还包括结冰传感器和控制器；所述结冰传感器设置在飞机蒙皮（1）上；所述控制器用于控制所述反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器（9）和泄压阀（10）。 8.如权利要求6所述的一种飞机除冰装置，其特征在于：还包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述外壳（2）与飞机蒙皮（1）形成的反应室内的压强。 9.如权利要求6所述的一种飞机除冰装置，其特征在于：所述反应剂喷射系统包括反应剂储料罐（5）、调节阀一（4）和反应剂喷嘴（3），所述反应剂储料罐（5）通过管路连接调节阀一（4），所述调节阀一（4）通过管路连接反应剂喷嘴（3），所述反应剂喷嘴（3）连接外壳（2）。 10.如权利要求6所述的一种飞机除冰装置，其特征在于：所述氧化剂喷射系统包括氧化剂储料罐（8）、调节阀二（7）和氧化剂喷嘴（6），所述氧化剂储料罐（8）通过管路连接调节阀二（7），所述调节阀二（7）通过管路连接氧化剂喷嘴（6），所述氧化剂喷嘴（6）连接外壳（2）。
说明书全文	一种飞机除冰方法及除冰装置技术领域 [0001] 本发明属于飞机除冰技术领域，具体涉及一种飞机除冰方法及除冰装置。背景技术 [0002] 飞机在飞越结冰云层时会在机身、机翼等处发生结冰现象，严重影响飞机的飞行安全，因此，为了防止飞机结冰或去除飞机结冰，飞机上大都装配有防结冰装置、除冰装置或防除冰装置。 [0003] 现有的除冰装置中多采用振动或者加热的方式除冰，振动方式主要是电磁激励，加热方式主要是电加热。这些振动和加热方式还存在一些弊端，限制了振动和加热除冰方法的应用，例如：（1）电磁激励电源和控制系统复杂且重量大，在承载能力小的飞机上难以应用；（2）电加热时间长，耗能大，电能利用率低；（3）配套设备复杂，成本高。因此，当前的振动和加热方式在承载量小的小型飞机/无人机或对耗能要求严苛的机型上难以应用。发明内容 [0004] 为了改善现有技术中振动除冰和加热除冰存在的缺陷，本发明提出了一种飞机除冰方法及除冰装置，本发明利用氧化剂和反应剂反应产生的高温气体瞬间膨胀作用在飞机蒙皮上以去除飞机蒙皮上的结冰，对飞机蒙皮的加热迅速，热力耦合作用显著，具有更好的除冰效果。 [0005] 本发明通过下述技术方案实现：本发明一方面提供了一种飞机除冰方法，在外壳与飞机蒙皮形成的反应室内喷射反应剂和氧化剂，在点火器的作用下反应剂与氧化剂反应产生高温气体，高温气体产生的冲击载荷作用在飞机蒙皮上，在振动和加热的耦合作用下去除飞机蒙皮上的结冰。反应剂和氧化剂在反应的瞬间产生气体和高温，所以形成了高温气体，高温气体向外膨胀作用在蒙皮上，在蒙皮上产生冲击振动，并对蒙皮加热，在振动和加热的耦合作用下实现冰的去除。 [0006] 进一步地，包括如下步骤：S3:控制反应剂喷射系统向所述反应室内喷射反应剂，并控制氧化剂喷射系统向所述反应室内喷射氧化剂； S4:控制点火器点火，使氧化剂和反应剂发生反应。 [0007] 进一步地，步骤S3前还包括如下步骤：S1:检测飞机蒙皮是否有结冰，并将结冰信号传递给控制器； S2:控制系统控制泄压阀调节反应室内气压；步骤S4后还包括如下步骤： S5:控制器控制泄压阀开启，进行泄压；泄压阀开启将反应室内的气体排出，反应中生成的固体物质也随着气体的排出而排出； S6:重复步骤S1‑S5。 [0008] 在使用过程中，外壳上还设置有泄压阀，初次使用时，对反应室内的压强调节，只需关闭泄压阀即可，反应剂和氧化剂完成一次反应后，打开泄压阀初次泄压，排出气体等物质，此时反应室内的压强大于外部压强；继续检测飞机蒙皮上是否有结冰，根据是否结冰或者结冰情况，通过泄压阀调节反应室内的压强；即检测到没有结冰，则泄压阀调节反应室内的压强等于外部压强，检测到结冰，根据结冰程度，通过泄压阀调节反应室内的气压，使下次反应能够节约氧化剂和反应剂。 [0009] 进一步地，所述反应剂为硝酸胍，所述氧化剂为碱式硝酸铜。硝酸胍和碱式硝酸铜反应产气量大，产气量至少大于3mol/100g，且需要的反应温度低，反应后的产物无毒，便于处理。 [0010] 硝酸胍与碱式硝酸铜反应的化学方程式为：。该反应发生瞬间产生大量的气体和一定的热量，气体和热同时作用在飞机蒙皮上，使蒙皮上的结冰碎裂脱落达到除冰的效果。 [0011] 进一步地，所述反应剂为乙醇，所述氧化剂为氧气。乙醇和氧气易获取，产物清洁易排出。乙醇和氧气反应存在乙醇完全燃烧和不完全燃烧两种情况，在本发明中可以通过控制氧气的通入量来控制乙醇和氧气完全燃烧，其反应方程式为：。 [0012] 本发明还提供了一种飞机除冰装置，包括外壳、反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器和泄压阀；使用时，将外壳通过螺钉固定连接在飞机蒙皮上，外壳与飞机蒙皮组成密闭的反应室；所述反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器和泄压阀均与所述外壳连接；所述泄压阀可通过管道与所述壳体连接，也可直接与外壳连接；进一步地，还包括结冰传感器和控制器；所述结冰传感器设置在飞机蒙皮上；所述控制器用于控制所述反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器和泄压阀；控制器接收飞机蒙皮上的结冰传感器的信号，接收到结冰信息，控制器就分别对反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器和泄压阀进行控制。 [0013] 进一步地，还包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述外壳与飞机蒙皮形成的反应室内的压强。压力传感器可以直接设置在所述反应室内，也可以在外壳上连接一个位于反应室外的管道，将压力传感器设置在该管道内。在每一次反应剂和氧化剂反应除冰后都需要打开泄压阀将反应室内的气体等物质排出，在没有压力传感器的情况下自由排气，根据排气时间的长短会出现反应室压强大于反应室外的压强或者反应室的压强等于反应室外的压强；在使用压力传感器后，可通过压力传感器和控制器配合使反应室在排气后反应室压强大于反应室外的压强，并且将该反应室的压强控制在安全范围内，这样降低下一次反应反应剂和氧化剂的用量，节约成本。 [0014] 进一步地，所述反应剂喷射系统设置在外壳外。所述氧化剂喷射系统设置在外壳外。将反应剂喷射系统和氧化剂喷射系统设置在外壳外，给反应剂和氧化剂反应提供足够的空间，减少对该反应的影响，提高除冰效果。 [0015] 进一步地，所述反应剂喷射系统包括反应剂储料罐、调节阀一和反应剂喷嘴，所述反应剂储料罐通过管路连接调节阀一，所述调节阀一通过管路连接反应剂喷嘴，所述反应剂喷嘴连接外壳。 [0016] 进一步地，所述氧化剂喷射系统包括氧化剂储料罐、调节阀二和氧化剂喷嘴，所述氧化剂储料罐通过管路连接调节阀二，所述调节阀二通过管路连接氧化剂喷嘴，所述氧化剂喷嘴连接外壳。 [0017] 采用上述技术方案，本发明包括如下优点：1、本发明利用氧化剂和反应剂瞬间反应产生的高温气体瞬间膨胀作用在飞机蒙皮上以去除飞机蒙皮上的结冰，对飞机蒙皮的加热迅速，热力耦合作用显著，具有更好的除冰效果。 [0018] 2、本发明使用振动和加热耦合的方式除冰，即在振动的基础上还具有加热的效果，使除冰效果更好。 [0019] 3、本发明利用瞬间反应产生的热量对蒙皮进行加热，加热速率快，能量利用率高，克服了电加热慢且效率低的缺陷。 [0020] 4、本发明的除冰装置，结构简单，质量轻；且除冰过程中不会消耗飞机储能，对飞机承载量和航程的影响小。 [0021] 5、本发明的除冰装置和方法的能量利用率高、耗能小。 [0022] 6、本发明的除冰装置除冰系统简单，无需复杂的外围配套设备，成本低。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0024] 图1为本发明的一种飞机除冰方法的结构示意图；图2为本发明除冰方法流程图；图3为本发明控制器的控制示意图；附图中：1、飞机蒙皮，2、外壳，3、反应剂喷嘴，4、调节阀一，5、反应剂储料罐，6、氧化剂喷嘴，7、调节阀二，8、氧化剂储料罐，9、点火器，10、泄压阀。具体实施方式 [0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。 [0026] 本实施例提供了一种飞机除冰方法，在外壳2与飞机蒙皮1形成的反应室内喷射反应剂和氧化剂，在点火器9的作用下所述反应剂与所述氧化剂反应产生气体和高温，高温气体产生的冲击载荷作用在飞机蒙皮1上，在振动和加热耦合作用下去除飞机蒙皮1上的结冰。反应剂和氧化剂在反应瞬间产生气体和高温，所以形成了高温气体，高温气体瞬间向外膨胀作用在蒙皮上，在蒙皮上产生冲击振动，并对蒙皮加热，在振动和加热的耦合作用下实现结冰的去除。 [0027] 进一步地，如图2所示，包括如下步骤：S1:结冰传感器检测飞机蒙皮1是否有结冰，并将结冰信号传递给控制器； S2:控制系统控制泄压阀10调节反应室内气压； S3:控制器控制反应剂喷射系统向所述反应室内喷射反应剂，并控制氧化剂喷射系统向所述反应室内喷射氧化剂； S4:控制器控制点火器9点火，使氧化剂和反应剂发生反应； S5:控制器控制泄压阀10开启，进行泄压；泄压阀10开启将反应室内的气体排出，反应中生成的固体物质也随着气体的排出而排出。 [0028] S6:重复步骤S1‑S5。 [0029] 在使用过程中，外壳2上还设置有泄压阀10，初次使用时，对反应室内的压强调节，只需关闭泄压阀10即可，反应剂和氧化剂完成一次反应后，打开泄压阀10初次泄压，排出气体等物质，此时反应室内的压强大于外部压强；继续检测飞机蒙皮1上是否有结冰，根据是否结冰或者结冰情况，通过泄压阀10调节反应室内的压强；即检测到没有结冰，则泄压阀10 调节反应室内的压强等于外部压强，检测到结冰，根据结冰程度，通过泄压阀10调节反应室内的气压，使下次反应能够节约氧化剂和反应剂。 [0030] 需要说明的是，S2:控制系统控制泄压阀10调节反应室内气压，在初次使用时即控制系统控制泄压阀10关闭即可，在反应剂和氧化剂反应后，则是控制系统控制泄压阀10调节反应室内的压强，即使反应室内的压强大于外部压强，或反应室内的压强等于外部压强； S5:控制器控制泄压阀10开启，进行初步泄压，控制器控制泄压阀10排出部分气体等，但是需要使反应室内的压强大于外部压强，避免高压损坏，提高安全性，同时为下次反应做准备。 [0031] 进一步地，所述反应剂为硝酸胍，所述氧化剂为碱式硝酸铜。硝酸胍和碱式硝酸铜反应产气量大，产气量至少大于3mol/100g，且需要的反应温度低，反应后的产物无毒，便于处理。 [0032] 硝酸胍与碱式硝酸铜反应的化学方程式为：。该反应发生瞬间产生大量的气体和一定的热量，气体和热同时作用在飞机蒙皮1上。 [0033] 进一步地，所述反应剂为乙醇，所述氧化剂为氧气。乙醇和氧气易获取，产物清洁易排出。乙醇和氧气反应存在乙醇完全燃烧和不完全燃烧两种情况，在本发明中可以通过控制氧气的通入量来控制乙醇和氧气完全燃烧，其反应方程式为：。 [0034] 所述反应剂和氧化剂是需要发生反应并能产生气体和热量的物质。本实施例中举例说明采用硝酸胍和碱式硝酸铜、乙醇和氧气的组合方式，但并不仅限于该组合方式。 [0035] 如图1所示，本实施例提供了一种飞机除冰装置，包括外壳2、反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器9、泄压阀10、结冰传感器和控制器；使用时，将外壳2通过螺钉固定连接在飞机蒙皮1上，外壳2与飞机蒙皮1组成密闭的反应室；所述反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器9和泄压阀10均与所述外壳2连接；所述泄压阀10可通过管道与所述壳体连接，也可直接连接在外壳2上。 [0036] 进一步地，还包括结冰传感器和控制器；所述结冰传感器设置在飞机蒙皮1上；如图3所示，所述控制器控制所述反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器9和泄压阀10；控制器接收飞机蒙皮1上的结冰传感器的信号，接收到结冰信息，控制器就分别对反应剂喷射系统、氧化剂喷射系统、点火器9和泄压阀10进行控制。控制器为控制电路板，控制电路板是现有成熟产品，这里就不详细赘述。 [0037] 进一步地，还包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述外壳2与飞机蒙皮1形成的反应室内的压强。压力传感器可以直接设置在所述反应室内，也可以在外壳2上连接一个位于反应室外的管道，将压力传感器设置在该管道内。在每一次反应剂和氧化剂反应除冰后都需要打开泄压阀10初次泄压，将反应室内的气体等物质排出，在没有压力传感器的情况下自由排气，根据排气时间的长短会存在反应室压强大于反应室外的压强或者反应室的压强等于反应室外的压强两种情况，在没有压力传感器的时候，只能根据经验设定时间排气，无法精确控制反应室内的压强；在使用压力传感器后，可通过压力传感器和控制器配合使反应室在排气后反应室压强大于反应室外的压强，并且将该反应室的压强控制在安全范围内，使反应室在排气后反应室压强大于反应室外的压强，且能精确控制反应室内的压强，能有效降低下一次反应反应剂和氧化剂的用量，节约成本。 [0038] 进一步地，所述反应剂喷射系统设置在外壳2外。所述氧化剂喷射系统设置在外壳2外。将反应剂喷射系统和氧化剂喷射系统设置在外壳2外，给反应剂和氧化剂反应提供足够的空间，减少对该反应的影响，提高除冰效果。 [0039] 进一步地，所述反应剂喷射系统包括反应剂储料罐5、调节阀一4和反应剂喷嘴3，所述反应剂储料罐5通过管路连接调节阀一4，所述调节阀一4通过管路连接反应剂喷嘴3，所述反应剂喷嘴3连接外壳2。 [0040] 进一步地，所述氧化剂喷射系统包括氧化剂储料罐8、调节阀二7和氧化剂喷嘴6，所述氧化剂储料罐8通过管路连接调节阀二7，所述调节阀二7通过管路连接氧化剂喷嘴6，所述氧化剂喷嘴6连接外壳2。 [0041] 本发明中使用的反应剂储料罐5、调节阀一4、反应剂喷嘴3、氧化剂储料罐8、调节阀二7、氧化剂喷嘴6、泄压阀10、点火器9等均是现有技术，所以就不再详细描述。 [0042] 具体使用过程为：将本发明的一种除冰装置的外壳2通过螺钉固定在飞机蒙皮1上，同时将结冰传感器固定在飞机蒙皮1表面；在飞机飞行过程中，结冰传感器将检测到的结冰信号传递给控制器，控制器控制反应剂喷射系统的调节阀一4和氧化剂喷射机系统的调节阀二7打开，反应剂和氧化剂喷射进入反应室的同时控制器控制调节阀一4、调节阀二7 关闭，同时控制器控制点火器9点火，反应剂和氧化剂反应产生气体和热量，高温气体作用在飞机蒙皮1上，控制器控制泄压阀10打开初步泄压；然后再根据结冰传感器检测到的信号控制泄压阀10调节反应室内的压强。 [0043] 以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。