用于空氣動力面的模塊化防冰/除冰裝置的制作方法

專利名稱：用于空氣動力面的模塊化防冰/除冰裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于空氣動力面的模塊化防冰/除冰(anti-icing/de-icing)裝置。更具體地，有關的空氣動力面是那些必須不受結冰干擾的具有空氣動力輪廓的表面。這樣的空氣動力面尤其符合旋翼飛行器(主旋翼和扭矩旋翼)的槳葉，或符合實際飛機機翼。
背景技術：
上述空氣動力面結冰的問題是航空工業中公知的。由于飛行空氣動力面遇到大氣內含有的超冷水滴，上述表面的空氣動力輪廓會被形成在其上的冰所改變。
經常通過給空氣動力面配備加熱器結構來處理這個問題。
為了進行這項工作，例如在旋翼飛行器中，多個加熱器電阻被嵌入在主旋翼和尾旋翼的槳葉內。為了大幅度降低耗電量，各種電阻是循環而不是同時供電的。
文件EP0014334公開了這類裝置，其順序并循環地給多個防冰/除冰模塊供電。各模塊以物理和電氣方式供電，而與其它模塊無關。因此，模塊和電源開關單元之間的連接包括大量電纜，這在重量上極其不利。
關于耗電量，每個模塊被循環供電持續預定時間以便確保槳葉表皮上的溫度足夠高。然而，由于空氣動力面上的空氣流量變化，由于水或冰的可能出現，以及由于缺乏對加熱器部件的溫度伺服控制，可能會發生槳葉被過分加熱情況，這可能會導致表皮末端或者槳葉內部結構受到破壞。

發明內容
本發明的目的是提出一種有源防冰/除冰裝置，不管飛行中遇到的結冰條件如何，所述裝置都是有效的，并且能克服上述除冰裝置的局限性。
本發明提供一種用于飛行器機翼的防冰/除冰裝置，所述機翼至少包括一個第一空氣動力面，所述空氣動力面擁有至少兩個防冰/除冰模塊，每個模塊配備有各自的加熱器部件。本發明的特征在于所述模塊的加熱器部件經由共用電源設備來供電，每個防冰/除冰模塊在它自己的區域內防止結冰，與其它模塊無關。
對于防冰/除冰裝置來說同樣有益的是擁有一個或多個下列特征·用于同一空氣動力面的至少兩個加熱器部件由同一調節器單元來控制；·所述調節器單元經由配置在所述空氣動力面內的輔助通訊設備，與同一空氣動力面的至少兩個加熱器部件進行通訊；·每個加熱器部件由它自己的調節器單元來控制；·當來自至少一個溫度傳感器的第一測量信號位于預定的啟動閾值之下時，所述調節器單元使電源向至少一個加熱器部件供電；·所述調節器單元接收來自至少一個結冰傳感器的監控信號，所述調節器單元根據所述監控信號給所述加熱器部件供電；·所述調節器單元經由主通訊設備連接到中央處理器；·對于底部配備控制單元的空氣動力面，所述控制單元經由主通訊設備連接到中央處理器，所述控制單元經由所述輔助通訊設備連接到所述空氣動力面的每個調節器單元；·所述中央處理器包括診斷連接器部件和中央微處理器及其存儲器和接口；·所述調節器單元形成在一軟介質上，所述介質容易集成在所述空氣動力面內；·所述溫度傳感器形成在一軟介質上；·所述控制單元形成在一軟介質上；·所述加熱器部件形成在一軟介質上；·所述加熱器部件包括開關部件和一加熱器表面；·所述加熱器表面至少包括兩個加熱器部分；·為了安全原因，所述電源設備配備冗余；·所述主通訊設備和輔助通訊設備都是由使用雙向協議的雙線式總線構成；·所述主通訊設備和輔助通訊設備是光纖；·所述主通訊設備和輔助通訊設備使用無線數據傳輸模式；以及·所述電源設備和所述主通訊設備由單根載波電纜(carrier cable)構成。


根據下面對通過圖解并參考附圖給出的實施例的描述，本發明及其優點將顯得更加詳細，其中圖1是用于旋翼飛行器的防冰/除冰裝置的通用結構圖，其中在旋翼飛行器五個槳葉中的每個槳葉上都具有四個防冰/除冰模塊；圖2-5表示按照四種不同方法來實施配備四個防冰/除冰模塊的槳葉；圖6是穿過一段配備有防冰/除冰模塊的槳葉的橫截面；圖7是一段配備有防冰/除冰模塊的槳葉的正等軸側圖；圖8是防冰/除冰模塊的方框圖；圖9是配備有溫度傳感器的加熱器部件圖；圖10是配備有一個加熱部分的加熱器段的橫截面；圖11是配備有三個加熱器部分的加熱器段的橫截面。
具體實施例方式
對出現在兩個或多個不同附圖中的部件指定唯一的附圖標記，所述唯一的附圖標記在所有這些圖中是相同的。
圖1表示用于旋翼飛行器的防冰/除冰系統的各種部件，所述旋翼飛行器具有五個槳葉P，所述部件包括中央處理器14、常規類型的旋轉連接器15、五根電氣配線16、以及主通訊設備2，中央處理器14具有診斷連接器部件13以及帶有存儲器和接口的中央微處理器12，旋轉連接器15用于在機身和旋翼飛行器的旋翼之間傳遞電能和信息，電氣配線16各自包括冗余電源設備。
另外，每個槳葉配備有四個防冰/除冰模塊17，它們分布在槳葉翼展上。這些模塊的數量可以是不同的，并且可以作為翼展槳葉長度的函數進行調節。每個模塊17在其自己區域內進行防冰/除冰，而與相鄰模塊無關。這樣，槳葉的防冰/除冰過程實際上是模塊化的，例如根據需要，槳葉的第一部分可以被除冰，第二部分可以在防冰，同時在槳葉的第三和第四部分中不采取防冰/除冰行動。
中央處理器14經由單個主通訊設備2與每個模塊17進行通訊。這種主通訊設備2為采用雙向通訊協議總線是有利的，例如采用控制局域網(CAN)類型。因此，中央處理器14可以訪問由模塊17保存的所有數據(溫度、冰的存在)。因此，能夠在駕駛艙內提供槳葉溫度顯示，以及為了維護或安全目的，對構成模塊17的正在適當運行的部件進行檢驗，而不必對模塊17或槳葉采取行動。這樣的顯示也可以通過把計算機連接到診斷連接器部件13來實現。
利用位于駕駛艙內的控制單元，飛行員就可以經由中央微處理器12采取行動，以便通過編程對作為結冰嚴重程度函數的閾值進行實時修改，所述閾值用以啟動防冰/除冰裝置。
單個槳葉內的模塊17由單個電源設備，例如單根電源電纜來供電，而在過去每個模塊需要具有一根電纜。這就大大減少了電纜數量，并且因此減少了電氣配線、旋轉連接器、以及電氣連接器的重量和成本。
為了滿足能應用于這個功能的安全要求，電源設備必須是冗余的。在電源設備之一損壞的情況下，模塊將繼續得到供電。
圖2表示第一實施例。每個模塊17配備有第一調節器單元21，例如外圍微處理器。這個第一調節器單元21從溫度傳感器91接收第一測量信號和從結冰傳感器111接收第一監控信號，以便控制第一加熱器部件51。所有這些部件配備有各自的CAN接口，并且它們連接到主通訊設備2。
系統依靠使其更容易實現的單個主通訊設備2。另外，具體槳葉內的所有模塊17由單個電源設備1來供電，例如電源電纜。
圖3表示第二實施例。每個模塊17配備有第二調節器單元32，例如微控制器，其連接到主通訊設備2并配備有CAN接口。這個第二調節器單元32從溫度傳感器92接收第二測量信號和從結冰傳感器112接收第二監控信號，以便控制第二加熱器部件52。
另外，通過采用微控制器，可更好地實現外圍部件(溫度傳感器、結冰傳感器和加熱器部件)的集成。這些外圍部件各自可通過它到微控制器引腳之一上的預定連接來識別。防冰/除冰模塊完全是獨立的。微控制器經由主通訊設備2與中央微處理器12或診斷連接器13進行通訊，從而促進檢測和維護操作。
這個第二實施例大大減少了連接到主通訊設備2的部件數量。因此，能夠以更高的速率傳遞數據。
圖4表示第三實施例。在這種情況下，第三調節器單元與槳葉的所有模塊17進行通訊通訊。這個配備有兩個CAN接口第三調節器單元23，例如輔助微處理器，布置在槳葉根部上。兩個CAN接口能在主通訊設備2和輔助通訊設備10之間建立網關，所述輔助通訊設備10為采用雙向通訊協議的總線是有利的。因此，第三調節器單元23經由主通訊設備2連接到中央微處理器12，并且經由專用于槳葉的輔助通訊設備10也連接到槳葉的不同防冰/除冰模塊17。
每個模塊17配備有溫度傳感器93、結冰傳感器113和加熱器部件53，其中這些部件每個都配備有各自的接口，所述接口使每個部件都能連接到輔助通訊設備10。這些溫度傳感器93和結冰傳感器113據此通知控制加熱器部件53的第三調節器單元23。
圖5表示尤其有益的第四實施例。第四調節器單元34專用于槳葉的每個模塊17。另外，槳葉的所有模塊共用的控制單元24連接在槳葉根部。這個控制單元24包括輔助微處理器，其具有兩個CAN接口，一個連接到主通訊設備2，而另一個連接到輔助通訊設備10。包括微控制器的第四調節器單元34從溫度傳感器94接收第四測量信號和從結冰傳感器114接收第四監控信號，以便控制第一加熱器部件54，所述微控制器具有連接到總線10的CAN接口。
這個結構提供的優點是在槳葉根部上提供中樞功能。由傳感器獲取的信息(溫度、結冰的出現)被控制單元24經由主通訊設備2傳遞給中央微處理器12。這使飛行員能訪問這些數據。
參考圖6，7和8，每個防冰/除冰模塊17局部地嵌入槳葉核心6和這段前緣覆層4之間的一段槳葉內。結冰傳感器114需要與冰保持接觸以便能工作，所以它不插入到槳葉內，而是位于槳葉外皮上。
溫度傳感器94在它們各自的檢測區域內獲取槳葉溫度，每個溫度傳感器94以模擬電壓的形式把第四測量信號發送給第四調節器單元34的輸入端口。
按照類似的方式，結冰傳感器114傳遞第四監控信號。
為了能夠利用所有這些信號，第四調節器單元34包括有模擬-數字轉換器27。這個第四調節器單元34也擁有校正器部件26，校正器部件26使第四調節器單元34能確定信息是否有效，然后確定槳葉段的平均溫度。在缺乏一致性的情況下(即使已經檢測到結冰的出現但溫度高，兩個不同溫度傳感器之間的巨大差別)，警報信號返回給中央處理器12。按照同樣的方式，這個確認程序可以通過控制單元24或者甚至通過中央微處理器12來實現。
建立各種操作條件以便最優化加熱器部件54的功耗，所述加熱器部件54由開關部件8和加熱器表面5構成。為此，在轉換表28內預定調節閾值。作為實例，按照隨機方式施加下列溫度范圍·大于80℃這個范圍不符合槳葉的正常工作溫度。因此，故障警報經由中央微處理器12或診斷連接器部件13發送給中央處理器14；·5℃-80℃沒有結冰，加熱器部件54應該不啟動；·-5℃-5℃有限的結冰條件，可以實現低級除冰，其等效于防冰；·-15℃--5℃確定的結冰條件，中級除冰；·-60℃--15℃嚴重的結冰條件，大功率除冰；以及·低于-60℃這個范圍不符合槳葉的正常工作溫度。因此，故障警報經由中央微處理器12或診斷連接器部件13發送給中央處理器14。
上述不同溫度范圍是作為實例給出的。操作員可以根據天氣條件，在任何時侯，在飛行中或地面上對它們進行修改。
一旦選擇了除冰速率，表28把數字信號發送給第四調節器單元34的數字-模擬轉換器25，數字-模擬轉換器25把模擬電壓發送給加熱器部件54的電源開關部件8。
開關部件8可以由金屬氧化物半導體(MOS)晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)或可關斷晶體管(GTO)可控硅構成。根據接收到的電壓，開關部件8給加熱器表面5傳遞更多或更少的功率。
因此，來自不同傳感器的模擬信號傳遞給第四調節器單元34，第四調節器單元34分析數據，處理數據，并產生直接能應用于開關部件8的輸出，然后控制由加熱器表面5消耗的功率。
因此，每個防冰/除冰模塊17獨立工作且獨立管理，與其它模塊無關。因此，主通訊總線2或輔助通訊總線10內的斷路對防冰/除冰功能沒有影響，將連續提供防冰/除冰功能而不毀壞槳葉。
優選地，如圖9中所示，加熱器表面5形成在軟介質上，溫度傳感器94也放在軟介質上。傳感器安裝在非加熱區域7內以便精確地再現槳葉溫度。因為加熱器表面5是軟的，它可以應用于槳葉前緣并與它的形狀相匹配。
按照同樣的方式，調節器單元、控制單元以及溫度傳感器都形成在軟介質上，以便使它們更易于集成在槳葉內。
參考圖10，加熱器表面5只有一個加熱器段。
然而，參考圖11，加熱器表面5包括三個加熱器段A、B和C是有益的。經驗表明，槳葉前緣19上的結冰比槳葉頂面20或底面18上的結冰更嚴重。因此，調節器單元給表面B傳遞的功率比給表面A和C傳遞的功率更多，從而能最優化電耗。
在這些實施例的第一變型中，配備單個結冰傳感器來取代每個模塊一個傳感器，所述單個結冰傳感器安裝在槳葉根部上。
在這些實施例的第二變型中，為了進一步最優化主通訊設備2和輔助通訊設備10在槳葉內的集成，使用能傳遞二進制信息的光纖是有利的。然后，優選地采用與光學系統一起工作的旋轉連接器15，從而相應地降低由于疲勞而引起的磨損風險。
在這些實施例的第三變型中，主通訊設備2和輔助通訊設備10利用無線型數據傳輸模式。
在這些實施例的第四變型中，主通訊設備2、輔助通訊設備10和電源設備1由單根載波電纜組成。載波電纜在電源電流上利用載波電流技術，載波電流技術存在于復合編碼信息以及使用頻率調制編碼的特殊信息內。
在工作惡化的模式中，可設想以滿功率同時啟動所有裝置模塊。在這樣的條件下，飛行器的交流發電機可能未達到注明尺寸(under-dimensioned)。這就是為什么可根據能達到的每單位面積總功率，由中央微處理器強迫調節器單元按照已知順序模式進行工作。
當然，本發明可以按照很多種方式來實現。盡管上面描述了幾個實施例，但能理解不可能按照窮舉方式來確認所有可能實施例。所述任何設備自然可以用等效設備來替換，而不超出本發明的范圍。
權利要求
1.一種用于飛行器機翼的防冰/除冰裝置，所述機翼至少包括一個第一空氣動力面，所述空氣動力面擁有至少兩個防冰/除冰模塊(17)，每個模塊(17)配備2有各自的加熱器部件(51，52，53，54)，所述設備的特征在于所述模塊(17)的加熱器部件(51，52，53，54)經由共用電源設備(1)來供電，每個防冰/除冰模塊(17)在它自己的區域內防止結冰，而與其它模塊無關。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于用于同一空氣動力面的至少兩個加熱器部件(53)由同一調節器單元(23)來控制。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于所述調節器單元(23)經由排列在所述空氣動力面內的輔助通訊設備(10)，與同一空氣動力面的至少兩個加熱器部件(53)進行通訊。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于公共空氣動力面的每個加熱器部件(51，52，54)由它自己的調節器單元(21，32，34)來控制。
5.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于當來自至少一個溫度傳感器(91，92，93，94)的第一測量信號位于預定的啟動閾值之下時，所述調節器單元(21，32，23，34)使電源提供給至少一個加熱器部件(51，52，53，54)。
6.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述調節器單元(21，32，23，34)接收來自至少一個結冰傳感器(111，112，113，114)的第一監控信號，所述調節器單元(21，32，23，34)根據所述監控信號給所述加熱器部件(51，52，53，54)供電。
7.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述調節器單元(21，32，34)經由主通訊設備(2)連接到中央處理器(14)。
8.根據權利要求1-6中任一項權利要求所述的裝置，其特征在于空氣動力面在其底部配備控制單元(24)，所述控制單元(24)經由主通訊設備(2)連接到中央處理器(14)，所述控制單元(24)經由所述輔助通訊設備(10)連接到所述空氣動力面的每個調節器單元(34)。
9.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述中央處理器(14)包括診斷連接器部件(13)和中央微處理器(12)及其存儲器和接口。
10.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述調節器單元(21，32，23，34)形成在軟介質上，所述介質易于集成在所述空氣動力面內。
11.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述溫度傳感器(91，92，93，94)形成在軟介質上。
12.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述控制單元(24)形成在軟介質上。
13.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述加熱器部件(51，52，53，54)形成在軟介質上。
14.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述加熱器部件(51，52，53，54)包括開關部件(8)和加熱器表面(5)。
15.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述加熱器表面(5)至少包括兩個加熱器段。
16.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述電源設備(1)以冗余的方式形成。
17.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述主通訊設備(2)是使用雙向協議的雙線式總線。
18.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述輔助通訊設備(10)是使用雙向協議的雙線式總線。
19.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述主通訊設備(2)和輔助通訊設備(10)是光纖。
20.根據權利要求1-16中任一項權利要求所述的設備，其特征在于所述主通訊設備(2)和輔助通訊設備(10)采用無線數據傳輸模式。
21.根據權利要求1-16中任一項權利要求所述的設備，其特征在于所述電源設備(1)和所述主通訊設備(2)由單根載波電纜構成。
全文摘要
本發明涉及一種用于飛行器機翼的防冰/除冰裝置，所述機翼至少包括一個空氣動力面，例如旋翼飛行器槳葉或飛機機翼，所述空氣動力面擁有至少兩個防冰/除冰模塊17，其中每個模塊17配備有各自的加熱器部件54。另外，所述模塊17的加熱器部件54經由共用電源設備1來供電，每個防冰/除冰模塊在它自己的區域內防止結冰，與其它模塊無關。
文檔編號B64D15/22GK1626408SQ20041009886
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月13日 優先權日2003年12月12日
發明者D·布爾雅克, G·夸德拉多 申請人:歐洲直升機公司