[0001] 本发明涉及一种飞行器防冰除冰装置以及飞行器防冰除冰方法。

[0002] 已知，在诸如飞机这样的飞行器在飞行过程中，由于外部环境的温度非常低，因此，在飞行器的某些部位会产生结冰。上述部位例如包括机翼和尾翼前缘、螺旋桨前缘、进气道前缘以及驾驶舱风挡玻璃等。若在上述部位发生严重结冰，那么，飞行会发生危险。例如，机翼和尾翼前缘结冰可能改变翼剖面形状，使升力降低，阻力加大，甚至使飞行操纵因难和飞行不稳定，其他部位结冰也都会带来各种各样的困难。因此，为了防止飞行器的表面的某些部位结冰或在结冰时将冰层去除，通常会在飞行器的上述部位设置防冰除冰装置或机构。

[0003] 作为防冰除冰的一种方法，专利文献1(CN202011308575.1)公开了一种用于飞机复合材料机翼的新型防除冰涂层及其制备方法，采用疏水底层和超疏水面层等涂层进行防除冰。作为另一种方法，专利文献2(CN202011073742.9)公开了一种用于机翼防除冰的电加热涂层，采用电加热的方式进行防除冰。作为又一种方法，专利文献3(CN202111462898.0)公开了一种机翼等离子体防失速/防除冰双模态切换系统及工作方法，采用等离子体放电对翼型流动进行防除冰，专利文献4(CN201910786866.2)公开了一种利用记忆合金进行飞行器表面除冰的工作方法，采用记忆合金感应温度变化发生形变让冰层相互挤压脱落除冰。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：CN202011308575.1

[0007] 专利文献2：CN202011073742.9

[0008] 专利文献3：CN202111462898.0

[0009] 专利文献4：CN201910786866.2

[0010] 发明所要解决的技术问题

[0011] 然而，专利文献1所采用的的基于疏水涂层进行防除冰的方法使用范围有限，在不需要防冰除冰的情况下，存在会产生附加阻力等不利影响。专利文献2所采用的电加热防冰除冰则存在功耗大、响应慢的缺点。此外，专利文献3所采用的基于等离子体放电的防除冰方法也存在功耗大的缺点，并且，由于需要外接高压电源，因此，会产生强烈的电磁干扰，不利于飞行器与地面控制塔的通信等。专利文献4仅采用记忆合金拼接的方式，仅产生二维的冰层相互移动，冰层的位移和形状变化有限，除冰效果不佳。

[0012] 本发明是为了解决上述这些技术问题而形成的，其目的在于提供一种飞行器防冰除冰装置以及使用该装置的防冰除冰方法，能够在尽可能减少附加阻力和附加功率的产生的情况下有效地防冰和迅速地结冰，且不会产生电磁干扰。

[0013] 解决技术问题所采用的技术方案

[0014] 本发明的第一技术方案提供一种飞行器防冰除冰装置，用于飞行器的飞行部件的防冰和除冰，其特征在于，包括：

[0015] 底层被加热层，所述底层被加热层固定于所述飞行部件；

[0016] 中层合金骨骼，所述中层合金骨骼设置于所述底层被加热层的上部，并且由形状记忆合金构成，能够根据所述底层被加热层的温度而产生变形或恢复变形；以及[0017] 顶层弹性剪纸层，所述顶层弹性剪纸层设置于所述中层合金骨骼的上部，且以能够随着所述中层合金骨骼的变形而弹性变形的方式与所述中层合金骨骼连接。

[0018] 在第一技术方案的基础上，本发明的第二技术方案的特征在于，还包括加热器，所述加热器对所述底层被加热层进行加热。

[0019] 在第二技术方案的基础上，本发明的第三技术方案的特征在于，所述加热器是银纳米线加热器。

[0020] 本发明的第四技术方案提供一种飞行器防冰除冰方法，使用第一技术方案至第三技术方案中任一技术方案所述的飞行器防冰除冰装置对飞行器的飞行部件进行防冰和除冰，其特征在于，包括：

[0021] 对是否存在防冰需求或除冰需求进行判定；以及

[0022] 在判定为存在防冰需求或除冰需求的情况下，对底层被加热层进行两次以上的重复加热和冷却，使得中层合金骨骼的温度在小于记忆温度和大于该记忆温度之间反复变化。

[0023] 发明效果

[0024] 根据第一技术方案所述的飞行器防冰除冰装置，能够利用由形状记忆合金构成的中层合金骨骼的形状记忆特性来进行有效防冰和除冰。具体而言，通过对底层被加热层进行加热，被加热后的底层被加热层将热量传递至设置于其上部的中层合金骨骼直至该中层合金骨骼的温度超过其记忆温度，使得该中等合金骨骼发生变形，从而致使设置于顶部的顶层弹性剪纸层发生弹性变形而鼓包。接着，通过停止向底层被加热层加热而使底层被加热层冷却，使得中层合金骨骼的温度由于热交换而低于其记忆温度，从而恢复至原始形状。由于中层合金骨骼恢复至原始形状，因此，与该中层合金骨骼连接的顶层弹性剪纸层从鼓包状态恢复至原始状态(即，发生弹性复原)。由此，通过对底层被加热层进行至少两次的重复加热和冷却，使得中层合金骨骼反复变形和回复变形，从而使得附着有或即将附着冰的顶层弹性剪纸层反复鼓包和复原。其结果是，这样的形变和形变恢复能够使冰层破碎，在气流作用下，破碎的冰会迅速从顶层弹性剪纸层剥离。如此一来，能够高效地进行防冰和除冰，不产生附加阻力，功耗较少，且不会产生电磁干扰。

[0025] 此外，根据第三技术方案所述的飞行器防冰除冰装置，作为加热器，采用银纳米线加热器。银纳米线除了具有银所具备的优良导电性之外，还具有优异的透光性、耐挠曲性。通过将银纳米线加热器集成在多层结构中，以通过叠加加热器引起温度变化。通过利用银纳米线网络的温度依赖性电阻作为主动控制系统的过程变量，能够解决传统加热方式难以应用到可变貌结构的局限性。

[0026] 图1是本发明一实施方式的飞行器防冰除冰装置的示意图。

[0027] 图2是本发明一实施方式的飞行器防冰除冰装置安装于翼型部件的情况下的工作示意图。

[0028] 图3是基于本发明一实施方式的飞行器防冰除冰装置的防冰除冰流程图。

[0029] 符号说明

[0030] S防冰除冰装置(飞行器防冰除冰装置)

[0031] 21翼型部件

[0032] 22底层被加热层

[0033] 23中层合金骨骼

[0034] 24顶层弹性剪纸层

[0035] 首先，参照附图1～2，对本发明一实施方式的飞行器防冰除冰装置(以下，简称为防冰除冰装置)S的详细构成进行说明。

[0036] 图1示出了本发明一实施方式的防冰除冰装置S以及供该防冰除冰装置S安装的翼型部件21。翼型部件21例如是飞机的机翼或尾翼，防冰除冰装置S主要包括底层被加热层22、中层合金骨骼23以及顶层弹性剪纸层24。底层被加热层22、中层合金骨骼23以及顶层弹性剪纸层24按照该顺序自下向上层叠并连接而构成该防冰除冰装置S。

[0037] 具体而言，底层被加热层22固定连接于翼型部件21，中层合金骨骼23以能够根据底层被加热层22的温度而变形的方式与底层被加热层22连接，顶层弹性剪纸层23以能够伴随中层合金骨骼23的变形而变形的方式与中层合金骨骼23连接。

[0038] 当底层被加热层22固定连接于翼型部件21的情况下，该底层被加热层22能够被同样配置于翼型部件21的加热器(未图示)加热，该加热器可以是原本就配置于翼型部件21的飞行器部件也可以属于防冰除冰装置S。此外，优选，加热器是银纳米线加热器。

[0039] 中层合金骨骼23由形状记忆合金构成，其具有规定的记忆温度。即，当该中层合金骨骼23的温度超过该记忆温度时，该中层合金骨骼23会产生变形，而当该中层合金骨骼23的温度低于该记忆温度时，该中层合金骨骼23会恢复至初始形状。换言之，中层合金骨骼23可以是具有单程记忆效应的形状记忆合金，但不限于此。例如，中层合金骨骼23的初始构型为平面框架状。当底层被加热层22被加热器加热后，由于热空气的密度大于冷空气的密度，热量从底层被加热器22传递至中层合金骨骼23。当传递的热量使得中层合金骨骼23的温度超过其自身固有的记忆温度时，中层合金骨骼23产生变形而向上弯曲。另一方面，当底层被加热22的加热停止后，中层合金骨骼23逐渐冷却。当中层合金骨骼23的温度降低至低于记忆温度时，中层合金骨骼23恢复至初始构型。

[0040] 顶层弹性剪纸层24是弹性片材或板材，能够发生弹性变形。顶层弹性剪纸层24通过螺纹连接、焊接等连接方式与中层合金骨骼23。由此，该顶层弹性剪纸层24能够随着中层合金骨骼23的变形而变形，从而顶层弹性剪纸层24的一部分鼓包而形成图1和图2所示的波浪状。

[0041] 图2示出了该防冰除冰装置S安装于翼型部件21的情况下的工作示意图。图2的(A)示出了非工作状态下的防冰除冰装置S。如该图所示，在非工作状态下，中层合金骨骼23和顶层弹性剪纸层24均处于原始形状，底层被加热层22未被加热，防冰除冰装置S整体与翼型部件21紧贴。图2的(B)示出了工作状态的防冰除冰装置S。如该图所示，在工作状态下，由于底层被加热层21被加热器加热，该热量使得中层合金骨骼23发生变形，从而使得顶层弹性剪纸层出现鼓包而呈现波浪状。由于从图2的(A)所示的曲面状变为图2的(B)所示的波浪状，附着于顶层弹性剪纸层24的冰被挤碎或拉碎，并随着高速移动的外部气流而从顶层弹性剪纸层24剥离。此外，在没有结冰的情况下，通过上述动作，能够抑制冰附着并沉积于顶层弹性剪纸层24。

[0042] 图3示出了基于防冰除冰装置S的防冰除冰流程图。如图3所示，首先，对是否存在防冰需求或除冰需求进行判定。具体而言，可以通过预先配置于翼型部件21的温度传感器和湿度传感器检测到的温度和湿度来判定是否存在结冰以及结冰程度，但不限于此，只要能够判定是否存在结冰以及结冰程度如何，则能够采用任何方法。在判定为不存在防冰需求或除冰需求的情况下，间隔规定的时间后继续进行判定。在判定为存在防冰需求或除冰需求的情况下，利用加热器对底层被加热层22进行至少两次的加热，每次加热间隔一定的时间。即，重复加热和冷却底层被加热层22至少两次。通过使底层被加热层22反复变热和冷却，中层合金骨骼23反复向上弯曲和恢复至初始形状，从而顶层弹性剪纸结构层24反复变形成波浪形和恢复至初始形状。如此，能够抑制翼型部件21的表面沉积冰层，同时也能够快速地使沉积的冰层从翼型部件21的表面剥离。

[0043] 尽管仅选择了选定的实施方式对本发明进行了说明，但是本领域技术人员从本公开中可以明显看出，能够在不脱离所附的权利要求书限定的本发明的范围内进行各种改变和变型。例如，除非另外特别说明，否则可以根据需要和/或期望改变各种部件的尺寸、形状、位置或取向，只要这些改变基本上不影响其预期功能即可。除非另外特别说明，否则所示的直接连接或彼此接触的部件可以具有配置在它们之间的中间结构，只要这些变化不会实质性地影响其预期功能即可。除非另外特别说明，否则一个元件的功能可由两个元件来执行，反之亦然。一个实施方式的结构和功能可以在另一实施方式或变形例中采用。所有优点不需要同时出现在特定实施方式中。因而，所提供的根据本发明实施方式的前述描述仅用于说明。