一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于飛行器表面防結冰的裝置和方法，具體地說，涉及一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法。
技術背景
[0002]飛行器在穿越含有過冷水滴的云層中時，飛行器的迎風部件，如風擋玻璃、機翼、旋翼、垂尾、發動機等在無防除冰系統的情況下均會出現結冰現象，而飛行器關鍵部位結冰已成為飛行安全中的一大隱患。飛行器關鍵部位結冰會改變飛行器的氣動外形，嚴重影響飛行器的氣動特性，使飛行器的操縱性和穩定性惡化，如機翼前緣結冰會使飛行器的阻力增大，升力減小，失速迎角減小，操縱性能下降；發動機結冰會直接影響發動機的正常運行，使發動機效率大大降低；風擋玻璃結冰降低了其透明度，使得目測飛行變得困難，在起飛和著陸時造成一定的安全隱患；此外，一些測溫、測壓傳感頭結冰后，會導致儀表顯示失真，甚至誤導飛行員的駕駛。
[0003]目前，主要的防冰技術有電熱防冰，氣熱防冰，化學液防冰方法。電熱防冰是將電能轉化為熱能來加熱飛行器外表面的熱力防冰技術，一般分為電阻絲式和導電膜式兩種，該方法可靠性較高，重量輕，易于實現，但其具有響應較慢，耗能較高的缺點。氣熱防冰是利用加熱空氣的方式加熱飛行器表面的熱力防冰技術，一般以發動機引氣作為熱源，該方法同等情況下耗能比電熱防冰系統高2?3倍。化學液防冰是向飛行器表面噴射防冰液，與撞擊在表面的過冷水混合，使混合液凝固點低于飛行器表面溫度而達到防冰目的的一種防冰技術，該方法耗能低，系統簡單，但會增加飛行器負載，限制飛行時間，并會對環境產生一定的污染。
【發明內容】
[0004]為了避免現有技術存在的不足，克服其防結冰技術應用響應慢、耗能高、污染環境的問題，本發明提出一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置，包括等離子體電源，其特征在于還包括上電極、下電極、絕緣層，所述絕緣層采用多層聚酰亞胺膠帶疊加粘接，絕緣層固定在飛行器易結冰部位蒙皮表面凹槽內；所述上電極與所述下電極沿絕緣層兩側面交錯分布粘接，上電極并聯通過導線與等離子體電源正極連接，下電極并聯通過導線與等離子體電源負極連接，所述上電極和所述下電極均為長條形，厚度為0.035mm，上電極寬度為I?5mm，下電極寬度為8?15mm。
[0006]一種利用所述應用介質阻擋放電等離子體防結冰的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]步驟1.確定電極材料和絕緣層尺寸；選用薄銅板作為電極材料，絕緣層選取厚度為0.076mm的聚酰亞胺膠帶疊加粘接，疊加層大于4層以保證絕緣層不被擊穿，采用絕緣膠作為粘接劑；
[0008]步驟2.將上電極、下電極與絕緣層粘接后，固定粘接在飛行器易結冰部位蒙皮表面凹槽內，且與飛行器蒙皮表面光滑平整，確保絕緣層與下電極間無空氣泡；
[0009]步驟3.上電極并聯與等離子體電源正極通過導線連接，下電極并聯與等離子體電源負極通過導線連接；
[0010]步驟4.當飛行器遭遇易結冰的飛行環境時，打開等離子體電源開關，調節電源電壓至70V，電流強度為1.5?2.5A，調節等離子體電源輸出頻率使輸出電流達到最大，上電極開始放電，周圍產生等離子體區域；
[0011]步驟5.保持等離子體電源打開狀態直至飛行器離開易結冰的飛行環境；
[0012]步驟6.當飛行器飛離易結冰飛行環境時，關閉等離子體電源。
[0013]有益效果
[0014]本發明提出的一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法，采用多層聚酰亞胺膠帶粘接作為絕緣層，上電極與下電極沿絕緣層兩側面間隔交錯分布粘貼，上電極并聯通過導線與等離子體電源正極連接，下電極并聯通過導線與等離子體電源負極連接，絕緣層固定在飛行器蒙皮表面凹槽內，且與飛行器蒙皮表面形成一體，實現飛行器表面的高效防冰。由于電極和絕緣層的厚度極小，對飛行器的氣動性能的影響可忽略。應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置結構簡單，電極排布可根據飛行器結冰位置的幾何形狀的不同靈活排布。當等離子體電源電壓調節至70V時，電流強度為1.5?2.5A，實際耗能較低，而電極上實際加載的電壓可達到1KV以上，響應時間快，局部的等離子體區域電場強度較尚，防冰效果良好。
[0015]應用介質阻擋放電等離子體防結冰技術相比現有的防冰技術具有結構簡單、不影響飛行器氣動性能、響應速度快、防冰效果明顯、耗能低；實施方法便捷，無污染且易于實現的優點，具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施方式對本發明一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法作進一步詳細說明。
[0017]圖1為本發明的應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置示意圖。
[0018]圖2為本發明的電極排布及連接線路示意圖。
[0019]圖3為本發明的電極排布局部放大圖。
[0020]圖中:
[0021]1.等離子體電源2.上電極3.下電極4.絕緣層5.飛行器蒙皮6.等離子體區域
【具體實施方式】
[0022]本實施例是一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法。
[0023]參閱圖1、圖2、圖3，應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置由等離子體電源I和上電極2、下電極3、絕緣層4組成，絕緣層4采用多層聚酰亞胺膠帶疊加粘接，絕緣層4固定在飛行器易結冰部位蒙皮表面凹槽內。上電極2與下電極3沿絕緣層4兩側面交錯分布粘接，等離子體電源I的正極與并聯排布的上電極2通過導線連接，等離子體電源I的負極與并聯排布的下電極3通過導線連接。上電極和下電極均為長條形，厚度為0.035mm，上電極的寬度為I?5mm，下電極寬度為8?15mm。當空氣中含有一定量的過冷水時，打開等離子體電源1，在電極的上方形成等離子體輝光區域，過冷水滴撞擊到物面后破碎形成水膜，水膜在等離子體作用下被帶離輝光區域，達到防結冰的目的。
[0024]一種利用所述應用介質阻擋放電等離子體防結冰的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0025]步驟一，確定電極材料和絕緣層尺寸；
[0026]選取薄銅板作為電極材料；絕緣層選取厚度為0.076mm的聚酰亞胺膠帶疊加粘接，疊加層大于4層以保證絕緣層不被擊穿；采用絕緣膠作為粘接劑；
[0027]步驟二，將上電極2、下電極3與絕緣層4粘接后，固定粘接在飛行器易結冰部位蒙皮表面凹槽內，且與飛行器蒙皮5表面光滑平整，確保絕緣層4與下電極3間無空氣泡；
[0028]步驟三，上電極2并聯且與等離子體電源I的高電壓輸出端口通過導線連接，下電極3并聯且與等離子體電源I的低電壓輸出端口通過導線連接；
[0029]步驟四，當飛行器在空中遭遇結冰的飛行環境時，打開等離子體電源I開關，調節電源電壓至70V，電流強度為1.5?2.5A，調節等離子體電源輸出頻率使輸出電流達到最大，電極放電，使周圍產生等離子體區域6 ;空氣中的過冷水滴撞擊在等離子體區域6，在等離子體作用下不能發生相變結冰并被帶離該區域。
[0030]步驟五，保持等離子體電源打開狀態直至飛行器飛離易結冰的飛行環境；
[0031]步驟六，當飛行器飛離易結冰飛行環境時，關閉等離子體電源。
【主權項】
1.一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置，包括等離子體電源，其特征在于:還包括上電極、下電極、絕緣層，所述絕緣層采用多層聚酰亞胺膠帶疊加粘接，絕緣層固定在飛行器易結冰部位蒙皮表面凹槽內；所述上電極與所述下電極沿絕緣層兩側面交錯分布粘接，上電極并聯通過導線與等離子體電源正極連接，下電極并聯通過導線與等離子體電源負極連接，所述上電極和所述下電極均為長條形，厚度為0.035mm，上電極寬度為I?5mm，下電極寬度為8?15mm。
2.一種利用權利要求1所述的應用介質阻擋放電等離子體防結冰的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1.確定電極材料和絕緣層尺寸；選用薄銅板作為電極材料，絕緣層選取厚度為.0.076mm的聚酰亞胺膠帶疊加粘接，疊加層大于4層以保證絕緣層不被擊穿，采用絕緣膠作為粘接劑； 步驟2.將上電極、下電極與絕緣層粘接后，固定粘接在飛行器易結冰部位蒙皮表面凹槽內，且與飛行器蒙皮表面光滑平整，確保絕緣層與下電極間無空氣泡； 步驟3.上電極并聯與等離子體電源正極通過導線連接，下電極并聯與等離子體電源負極通過導線連接； 步驟4.當飛行器遭遇易結冰的飛行環境時，打開等離子體電源開關，調節電源電壓至70V,電流強度為1.5?2.5A，調節等離子體電源輸出頻率使輸出電流達到最大，上電極開始放電，周圍產生等離子體區域； 步驟5.保持等離子體電源打開狀態直至飛行器離開易結冰的飛行環境； 步驟6.當飛行器飛離易結冰飛行環境時，關閉等離子體電源。
【專利摘要】本發明公開了一種應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置及方法，采用多層聚酰亞胺膠帶疊加粘貼作為絕緣層,上電極與下電極沿絕緣層兩側面錯位粘貼，上電極并聯與等離子體電源正極連接，下電極并聯與等離子體電源負極連接，絕緣層固定在飛行器蒙皮表面凹槽內，實現飛行器表面的高效防冰。由于電極和絕緣層的厚度極小，對飛行器的氣動性能的影響可忽略。應用介質阻擋放電等離子體防結冰裝置結構簡單，電極排布可根據飛行器結冰位置的幾何形狀的不同靈活布置。當等離子體電源電壓調節至70V，電流強度為1.5～2.5A，電極上實際加載的電壓可達10KV以上，響應時間快，防冰效果好,實施方法便捷，且無污染易于實現，具有良好的應用前景。
【IPC分類】B64D15-00
【公開號】CN104875894
【申請號】CN201510277732
【發明人】蔡晉生, 徐雙艷, 田永強, 孟宣市
【申請人】西北工業大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月27日