一种除冰装置及除冰方法

IPRDB

API 数据接口

专利申请

使用指引 chat嘟嘟

会员体验

联系我们

交流群

现在联系顾问~

一种除冰装置及除冰方法
申请号	CN202310449565.7	申请日	2023-04-24	公开(公告)号	CN116424559A	公开(公告)日	2023-07-14
申请人	中国人民解放军国防科技大学;			发明人	程盼; 孙乾; 景向嵘; 周岩; 高天翔; 彭文强; 罗振兵;
摘要	本发明属于除冰领域，具体是涉及到一种除冰装置及除冰方法，包括安装件、振动机构和除冰机构，所述振动机构设置在所述安装件上，所述除冰机构一端与所述振动机构配合，另一端作用于待除冰物体表面，本发明所提供的除冰装置，通过除冰机构产生振动冲击作用于物体表面上的冰层，以破坏冰层结构和降低冰层与物体表面的贴合度实现冰层的去除，实现除冰效果，整体结构简单可靠，同时可以通过产生高频振动冲击与冰层产生共振极大的提高冰层破坏效果，实现小功率驱动进行厚冰层破坏，易于满足轻量化要求和严格的除冰要求，对应用于翼面除冰有极大的应用前景。
权利要求	1.一种除冰装置，其特征是，包括安装件(1)、振动机构和除冰机构(3)，所述振动机构设置在所述安装件(1)上，所述除冰机构(3)一端与所述振动机构配合，另一端作用于待除冰物体表面。 2.如权利要求1所述的除冰装置，其特征是，所述振动机构包括相互电连接的电源和压电片(2)。 3.如权利要求1所述的除冰装置，其特征是，还包括用于调节所述安装件(1)与待除冰物体表面距离的驱动件(4)。 4.如权利要求1‑3任一项所述的除冰装置，其特征是，所述安装件(1)内部中空设置有通道(11)，安装件(1)上设置有连通通道(11)的开口(12)，所述开口(12)作用于待除冰物体表面，所述振动机构设置在通道(11)内，振动机构振动使通道(11)内产生从所述开口(12)喷出的射流。 5.如权利要求4所述的除冰装置，其特征是，所述除冰机构(3)通过所述开口(12)作用于待除冰物体表面。 6.如权利要求5所述的除冰装置，其特征是，所述通道(11)两端均朝向所述待除冰物体表面设置，所述安装件(1)两端均设置有所述开口(12)，所述除冰机构(3)在通道(11)两侧对称设置有两组。 7.如权利要求6所述的除冰装置，其特征是，所述通道(11)包括水平部(111)、设置在水平部(111)两端的倾斜部(112)和竖直部(113)，所述竖直部(113)通过倾斜部(112)与水平部(111)连接，所述压电片(2)竖直设置在水平部(111)中间，所述除冰机构(3)包括依次铰接的水平杆(31)、连接杆(32)和竖直杆(33)，所述水平杆(31)水平滑动设置在水平部(111)内，所述竖直杆(33)竖直滑动设置在竖直部(113)内。 8.如权利要求7所述的除冰装置，其特征是，所述竖直部(113)和水平部(111)内设置有滑套(114)，所述水平杆(31)和竖直杆(33)与所述滑套(114)滑动连接，所述滑套(114)通过连接格栅(115)与通道(11)内部连接。 9.一种使用如权利要求4所述的除冰装置的除冰方法，其特征是，包括如下步骤：振动机构工作产生高频振动，气体流出所述通道(11)，从开口(12)处形成射流，对待除冰物体表面进行防冰和辅助除冰；振动机构带动除冰机构(3)高频振动冲击，除冰机构(3)端部作用于冰层表面并与冰层产生共振破坏冰层进行除冰。
说明书全文	一种除冰装置及除冰方法技术领域 [0001] 本发明属于除冰领域，具体是涉及到一种除冰装置及除冰方法。背景技术 [0002] 结冰是指水滴冻结或水汽凝结在物体表面的一种现象，广泛出现在飞机的飞行过程中以及风电叶片上，也是造成飞机和风电叶片安全事故的重要诱因。以飞机为例，飞机的机翼、机身、发动机进气道、螺旋桨、直升机旋翼、机外传感器等表面都会出现结冰的现象。飞机结冰会对飞机性能和飞行安全产生较大影响。当机翼和尾翼结冰时，冰层会导致飞行过程中阻力增加、升阻比下降、最大失速攻角减小以及操控能力减弱甚至失效等后果，会严重降低飞机的飞行性能。 [0003] 为应对结冰风险，当前飞机常采用如化学液除冰、机械除冰、电热除冰等手段，虽然可以在一定程度上对冰层进行有效去除，但通常存在结构大、污染环境、损伤蒙皮、耗电量大、效率低等问题。也因此出现了采用合成射流激励器进行防冰的新防冰方法，以满足轻量化和小型化的需求。然而，目前利用激励器一般需要配合加热设备进行除冰，这也使得整体轻量化难度增加，结构的复杂性也相应增加，除冰效果也有待提高。发明内容 [0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单且除冰效果好的除冰装置及除冰方法。 [0005] 本发明提供一种除冰装置，包括安装件、振动机构和除冰机构，所述振动机构设置在所述安装件上，所述除冰机构一端与所述振动机构配合，另一端作用于待除冰物体表面。 [0006] 更进一步地，所述振动机构包括相互电连接的电源和压电片。 [0007] 更进一步地，本除冰装置还包括用于调节所述安装件与待除冰物体表面距离的驱动件。 [0008] 更进一步地，所述安装件内部中空设置有通道，安装件上设置有连通通道的开口，所述开口作用于待除冰物体表面，所述振动机构设置在通道内，振动机构振动使通道内产生从所述开口喷出的射流。 [0009] 更进一步地，所述除冰机构通过所述开口作用于待除冰物体表面。 [0010] 更进一步地，所述通道两端均朝向所述待除冰物体表面设置，所述安装件两端均设置有所述开口，所述除冰机构在通道两侧对称设置有两组。 [0011] 更进一步地，所述通道包括水平部、设置在水平部两端的倾斜部和竖直部，所述竖直部通过倾斜部与水平部连接，所述压电片竖直设置在水平部中间，所述除冰机构包括依次铰接的水平杆、连接杆和竖直杆，所述水平杆水平滑动设置在水平部内，所述竖直杆竖直滑动设置在竖直部内。 [0012] 更进一步地，所述竖直部和水平部内设置有滑套，所述水平杆和竖直杆与所述滑套滑动连接，所述滑套通过连接格栅与通道内部连接。 [0013] 本发明还提供一种除冰装置的除冰方法，其特征是，包括如下步骤： [0014] 振动机构工作产生高频振动，气体从开口高速流入、流出所述通道形成射流，对待除冰物体表面进行防冰和辅助除冰； [0015] 振动机构带动除冰机构高频振动冲击，除冰机构端部作用于冰层表面并与冰层产生共振破坏冰层进行除冰。 [0016] 本发明的有益效果是，本发明所提供的除冰装置，通过除冰机构产生振动冲击作用于物体表面上的冰层，以破坏冰层结构和降低冰层与物体表面的贴合度实现冰层的去除，实现除冰效果，整体结构简单可靠，同时可以通过产生高频振动冲击与冰层产生共振极大的提高冰层破坏效果，实现小功率驱动进行厚冰层破坏，易于满足轻量化要求和严格的除冰要求，对应用于翼面除冰有极大的应用前景。附图说明 [0017] 附图1为本发明的结构示意图； [0018] 附图2为本发明的半剖视图； [0019] 附图3为本发明隐藏局部安装件后的结构示意图； [0020] 附图4为本发明驱动件输出端伸出状态下的正剖视图； [0021] 附图5为图4中A‑A向剖视图； [0022] 附图6为本发明驱动件输出端缩回状态下的正剖视图。 [0023] 在图中，1‑安装件；11‑通道；111‑水平部；112‑倾斜部；113‑竖直部；114‑滑套；115‑连接格栅；12‑开口；2‑压电片；3‑除冰机构；31‑水平杆；32‑连接杆；33‑竖直杆；4‑驱动件；5‑叶片本体；51‑通孔；52‑滑槽。具体实施方式 [0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。 [0026] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。 [0027] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0028] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。 [0029] 如附图1‑6所示，本发明提供一种除冰装置，包括安装件1、振动机构和除冰机构3，所述振动机构设置在所述安装件1上，所述除冰机构3一端与所述振动机构配合，另一端作用于待除冰物体表面。 [0030] 本发明所提供的除冰装置，通过除冰机构3产生振动冲击作用于物体表面上的冰层，以破坏冰层结构和降低冰层与物体表面的贴合度实现冰层的去除，实现除冰效果，整体结构简单可靠，同时可以通过产生高频振动冲击与冰层产生共振极大的提高冰层破坏效果，实现小功率驱动进行厚冰层破坏，易于满足轻量化要求和严格的除冰要求，对应用于翼面除冰有极大的应用前景。 [0031] 在其中一个实施例中，所述振动机构包括相互电连接的电源和压电片2，所述压电片2设置在所述安装件1上，压电片2优选采用陶瓷压电片，可以通过控制电源的大小和频率，快速调节压电片2的振动幅度和振动频率，进而便于控制除冰机构3与冰层产生共振，且压电片2重量轻，体积小，方便满足轻量化要求，其驱动和控制均需控制电源即可实现，控制方便快捷。 [0032] 在其中一个实施例中，本发明还包括用于调节所述安装件1与待除冰物体表面距离的驱动件4，具体地，驱动件4可以是气缸、液压缸或者电动推杆，驱动件4固定在物体上，其输出端与所述安装件1连接，通过输出端的伸缩调节开口12和除冰机构3与物体表面的距离，进而调节除冰机构3与冰层接触的距离。本实施例中，除冰机构3可以影响射流孔的形状和尺寸，参考图4，当竖直杆33低于通孔51的端面时，通孔51的端面(射流孔)为圆孔型，参考图5，当竖直杆33高于通孔51的端面时，通孔51的端面(射流孔)为圆环形，进而可以调整射流孔的截面形状和截面积，进而调整射流冲击力，另外，通过改变竖直杆33端部的形状，还可以改变射流的形状和方向。 [0033] 另外，本发明还提供一种叶片，叶片可以是机翼，风电叶片、飞行器桨叶、舵面或其他具有类似截面的物体的表面形状，通常是由弯曲的上下表面和翼面的前缘和后缘组成，例如飞行器上的机翼和舵面，风力发电的叶片、螺旋桨等。本发明提供的叶片包括叶片本体5以及如上述除冰装置，所述除冰装置设置在所述叶片本体5的腔体内，所述叶片本体5的表面设置有连通所述开口12的通孔51，通孔51与开口12连通，可以使振动机构和通道11形成的射流通过通孔51作用于叶片的表面，而除冰机构3可以通过开口12和通孔51直接作用于冰层的内壁，也可以是作用在叶片的蒙皮上。另外，在除冰装置设置在机翼上时，其可以呈矩形阵列在机翼的长度和宽度方向设置多组，以提高防冰和除冰的效果。 [0034] 在其中一个实施例中，所述叶片本体5内壁设置有滑槽52，所述安装件1的端部滑动设置在所述滑槽52内，进而方便调节除冰装置与通孔51的位置，本实施例中，在振动机构振动的情况下，除冰机构3的端部会伸入开口12的表面。 [0035] 在其中一个实施例中，所述安装件1内部中空设置有通道11，安装件1上设置有连通通道11的开口12，所述开口12作用于待除冰物体表面，所述振动机构设置在通道11内，振动机构振动使通道11内产生从所述开口12喷出的射流。具体地，振动机构中压电片2设置在通道11内且隔断所述通道11，用于形成射流激励器产生射流。本实施例中，振动机构在通道11内振动，可以在开口12处产生射流，射流作用于待除冰物体表面，改变待除冰物体表面处的来流滴液轨迹，提高待除冰物体表面结冰的难度进而起到防冰作用，另外，在进行除冰时，射流可以冲击破坏后的冰层，提高冰层与物体表面的分离效果，进而辅助提高除冰效果，同时，振动机构同时与除冰机构3配合，进而为除冰机构3提供振动的驱动力，除冰机构3通过高频振动冲击作用于物体表面上的冰层，还可以降低冰层与物体表面的贴合度以实现冰层的除冰。 [0036] 本实施例中，通过一个振动机构实现防冰和除冰的双重作用，最终提高除冰效果，同时可以保证整个除冰装置的结构尺寸和复杂度，方便满足轻量化的需求，便于满足对于轻量化要求高的飞行器翼面上的除冰要求。 [0037] 另外，本发明中开口12和除冰机构3可以作用在物体表面同一位置，即除冰机构3直接通过开口12作用至物体表面，此时，在物体表面已经结冰的情况下，除冰机构3以及射流可以共同作用于除冰，可以提高除冰效果。另外，开口12和除冰机构3也可以作用在物体表面不同位置，优选将开口12作用在物体有防冰需求的表面，例如翼面的前缘，将除冰机构3作用在物体有除冰需求的表面，例如翼面的前缘后部和/或后缘。进而可以满足各类除冰需求。 [0038] 在其中一个优选实施例中，所述除冰机构3通过所述开口12作用于待除冰物体表面，即除冰机构3的端部通过振动机构的驱动，高频往复的从开口12处伸出和缩回，进而将高频振动冲击作用于冰层的内侧面，以此，除冰机构3可以破坏冰层的内部结构降低冰层的结构强度，同时降低冰层内侧壁与物体表面的贴合度，并在冰层破坏后还可以使冰层破裂与物体表面分离，具体地，在除冰机构3高频振动冲击破坏冰层结构之后，可以调节振动机构的频率和幅度，即将振动机构改为低频率大振动幅度的振动，驱动除冰机构3推动破坏后冰层，使破坏后的冰层与物体表面被动分离；当然，除冰机构3也可以仅用于破坏冰层结构，破坏后冰层通过气流的强度与物体表面主动分离，也可以再配合或者其它除冰设备实现破坏后冰层与物体表面的被动分离。 [0039] 在其中一个实施例中，所述通道11两端均朝向所述待除冰物体表面设置，所述安装件1两端均设置有所述开口12，所述除冰机构3在通道11两侧对称设置有两组，本实施例提供两种实现方式，方式一中，通道11为直筒结构，通道11的两端位于翼面的两面，方式二中，通道11的两端弯曲，即安装件1和通道11整体呈U字型，通道11的两端位于翼面的同一面，由于本除冰装置的尺寸可以做的很小，因此，优选采用方式二这一实现方式，方式一适用于应用在物体很薄，且物体两面均有除冰需求的场合，例如物体是翼面的叶尖。 [0040] 采用上述两种方式时，压电片2的两侧振动均能形成射流，且压电片2两个方向的振动均能与除冰机构3配合进行防冰，极大地提高压电片2的利用率。 [0041] 另外，由于压电片2两个方向的振幅和频率可以相对独立，可以实现一个除冰装置提供两种不同参数的射流以及两种不同参数的除冰振动，进而可以根据物体表面的温度情况以及结冰特性，通过调节除冰装置的布置位置，实现不同位置进行不同强度的除冰和防冰，例如在将除冰装置布置在翼面上时，由于翼面的前缘处会首先接触到低温空气，结冰的厚度也更厚，将本实施例中通道11的一端布置在翼面前缘侧，另一端布置在翼面前缘的后侧，此时，控制压电片2朝向通道11翼面前缘一侧振动的幅度大，频率高，对翼面前缘吹送相对大射流和振动，控制压电片2朝向通道11另一侧振动的幅度相对较小，频率相对较低，以对翼面前缘后部吹送相对小一些的射流和振动，此时，因为翼面前缘的射流影响了来流滴液的路径，位于后侧开口12的射流仅需辅助改变绕流的路径即可，可以在避免浪费能量的前提下保证最好的除冰效果。 [0042] 在通道11两端弯曲时，所述通道11包括水平部111、设置在水平部111两端的倾斜部112和竖直部113，所述竖直部113通过倾斜部112与水平部111连接，所述压电片2竖直设置在水平部111中间，本实施例中，所述除冰机构3包括依次铰接的水平杆31、连接杆32和竖直杆33，所述水平杆31水平滑动设置在水平部111内，所述竖直杆33竖直滑动设置在竖直部113内，压电片2带动水平杆31左右往复移动的过程中，水平杆31通过连接杆32的连接带动竖直杆33上下往复移动，进而使竖直杆33在冰层上产生高频振动，另外，水平杆31、连接杆 32和竖直杆33三者两两铰接，其铰接方式不限于常规的铰链连接，还可以是材料的柔性连接，以应对高频振动。 [0043] 本实施例中，所述竖直部113和水平部111内设置有滑套114，竖直杆33与设置在竖直部113内的滑套114滑动配合，水平部111与设置在水平部111内的滑套114滑动配合，所述滑套114通过连接格栅115与通道11内部连接，连接格栅115具有通孔，即保证水平杆31和竖直杆33的滑动配合，又不影响射流的形成和流通。 [0044] 本发明还提供一种使用除冰装置的除冰方法，其特征是，包括如下步骤： [0045] 振动机构工作产生高频振动，气体流出所述通道11，从开口12处形成射流，对待除冰物体表面进行防冰和辅助除冰； [0046] 振动机构带动除冰机构3高频振动冲击，除冰机构3端部作用于冰层表面并与冰层产生共振破坏冰层进行除冰。 [0047] 本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。