一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法
【專利摘要】本發明涉及一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，主要包括：(1)在旋翼結冰防護范圍內排布噴射頭；(2)在旋翼內部及發動機上部安裝相應的引發動機尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路；(3)在輕度結冰條件下開啟氣壓回路并通過噴射頭噴射碳粉凝結核進行防冰；(4)在中度及重度結冰條件下同時開啟氣壓回路及液壓回路，通過噴射頭噴射碳粉凝結核進行防冰，并噴射經換熱器加熱的除冰液進行旋翼的除冰。本發明采用噴射碳粉作為結冰凝結核使過冷水滴提前結冰達到防冰目的；在中、重度結冰條件下，噴射加熱的除冰液以防止或消除旋翼積冰，能夠滿足在多種不同結冰狀態下旋翼的防、除冰要求。
【專利說明】
一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，屬于旋翼防冰和除冰技術領域。
【背景技術】
[0002]直升機旋翼在高空遇含有過冷水滴的云層時會在旋翼迎風表面出現結冰現象，結冰嚴重時甚至會導致直升機發生飛行事故。現有的直升機旋翼主要通過電熱、熱氣方式進行防/除冰工作，較為成熟的防/除冰技術較少。因此，研究新型快速、高效的直升機旋翼防冰和除冰技術具有重要意義。
[0003]過冷水滴是指溫度低于零度但仍處于液態狀態的水滴，研究發現過冷水滴是不穩定的，只要投入少許該物質的晶體，便能誘發結晶，并使過冷液體的溫度回升到凝固點。這種在微小擾動下就會很快轉變的不穩定狀態稱為亞穩態。當用適當的方式緩慢冷卻飽和溶液時，可使其變成過飽和而不析出溶質的結晶，這種現象也稱為過冷，此種溶液稱為過冷溶液。
[0004]由此，過冷水滴不結冰的原因主要是因為缺少凝結核，只要在過冷水中存在凝結核便能誘發結晶，并使過冷水滴的溫度回升到凝固點，便會在低溫環境下結冰。而自然界中的碳粉、空氣中的灰塵等微粒均可以作為凝結核誘發過冷水滴結冰。因此，可以根據過冷水滴結冰原理來設計新型的直升機旋翼防/除冰裝置。
【發明內容】
[0005]本發明專利主要利用過冷水滴結冰原理，通過設計的新型防/除冰噴頭噴射碳粉作為過冷水滴的凝結核，并噴射加熱的除冰液而進行防/除冰所提出的一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法。本防/除冰方法能夠對直升機旋翼進行防、除冰工作，具有時間短，耗能低、除冰徹底等特點，能夠滿足在多種不同惡劣氣象環境下及在不同結冰狀態下的防、除冰要求。
[0006]本發明采用的技術方案是:主要步驟:
[0007](I)在旋翼結冰防護范圍內排布噴射頭。所述步驟(I)中的防/除冰噴頭結構為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結構，下部為套管結構;防/除冰噴頭安裝在硬質基體上，硬質基體與蒙皮相粘接。
[0008](2)在旋翼內部及發動機上部安裝相應的引發動機尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路。所述的步驟(2)中采用空氣壓縮機壓縮發動機尾氣達到引氣的目的;采用液壓栗對除冰液進行加壓噴射。
[0009](3)在輕度結冰條件下，開啟氣壓回路，引發動機廢氣并加壓。
[0010](4)廢氣通過碳粉凝結核相互混合，經噴射頭噴射碳粉凝結核與廢氣的混合氣體。所述的步驟(4)中通過碳粉作為過冷水滴結冰凝結核。[0011 ] (5)過冷水滴遇混合氣體中的碳粉進后結冰并形成小冰晶，達到旋翼防冰的目的。
[0012](6)在中度及重度結冰條件下(或飛行員未及時開啟防/除冰系統)，同時開啟氣壓回路及液壓回路，分別弓I發動機廢氣及除冰液。
[0013](7)將高溫高壓廢氣的熱量傳遞給除冰液進行加熱。所述的步驟中通過換熱器將發動起廢氣的熱量傳遞并加熱除冰液。
[0014](8)發動機廢氣經二次加壓后，重復(4)、(5)步驟進行防冰。
[0015](9)加熱后除冰液經噴頭噴射至旋翼表面，達到旋翼防冰和除冰的目的。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]1.本發明方法借鑒過冷水滴的結冰原理，采用碳粉作為凝結核使過冷水滴提前結冰，并引用直升機發動機高溫高壓廢氣的能量，加熱除冰液并噴射到旋翼表面使微量的積冰融化，有效地預防和消除直升機旋翼積冰；
[0018]2.本發明方法通過引發動機廢氣來進行噴射碳粉，并利用發動機廢氣中的雜質與碳粉一同作為凝結核使過冷水滴在撞擊旋翼表面前結冰，較少發動機尾氣的污染，提高廢氣的利用率；
[0019]3.本發明方法采用發動機廢氣中的高溫作為加熱除冰液的熱源，通過換熱器加熱除冰液，提高除冰液的除冰效率并減少能耗；
[0020]4.本發明可以將發動機尾氣中的硫、碳等微小顆粒及粉塵作為結冰凝結核利用，可以減少發動機廢氣排放對空氣環境的污染；
[0021]5.本發明方法用于直升機旋翼的防/除冰，所涉及的氣壓及液壓回路結構簡單緊湊，易于操作，重量輕，不會增加直升機過多的重量。
【附圖說明】
[0022]圖1是本方法中防/除冰噴射頭的結構示意圖。
[0023]圖2是本方法中防/除冰噴射頭安裝位置示意圖。
[0024]圖3是本發明的方法流程圖。
[0025]圖中:
[0026]1.槳葉;2.防/除冰噴頭;3.包鐵;4.硬質基體;5.蒙皮。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明進行進一步說明。
[0028]如圖1所示為防/除冰噴頭結構為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結構，下部為套管結構;半球結構可以噴射夾雜碳粉的高壓發動機廢氣，套管結構開設噴嘴，可以噴射發動機廢氣加熱后的除冰液，為保證噴射范圍，將半球結構內部氣體通道截面尺寸設計由內部向外部逐漸減小，進而增加半球表面噴口處的速度，增加噴射范圍；防/除冰噴頭套管結構中內管、外管均開設用于連接管路的外螺紋，便于連接碳粉廢氣氣路和除冰液回路。
[0029]如圖2所示，防/除冰噴頭安裝在硬質基體上，且沿槳葉長度方向均勻排布，硬質基體與蒙皮相粘接，防/除冰噴頭通過預先加工在包鐵上的螺紋孔連接在硬質基體上，外部包鐵用于保護旋翼，防止過冷水滴結冰后撞擊破壞旋翼。
[0030]如圖3所示，當進行旋翼防/除冰時具體步驟如下:(I)在旋翼結冰防護范圍內排布噴射頭;所述步驟(I)中的防/除冰噴頭結構為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結構，下部為套管結構;防/除冰噴頭安裝在硬質基體上，硬質基體與蒙皮相粘接。(2)在旋翼內部及發動機上部安裝相應的引發動機尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路;所述的步驟(2)中采用空氣壓縮機壓縮發動機尾氣達到引氣的目的；采用液壓栗對除冰液進行加壓噴射。
(3)在輕度結冰條件下，開啟氣壓回路，引發動機廢氣并加壓。(4)廢氣通過碳粉凝結核相互混合，經噴射頭噴射碳粉凝結核與廢氣的混合氣體。(5)過冷水滴遇混合氣體中的碳粉進后結冰并形成小冰晶，達到旋翼防冰的目的。(6)在中度及重度結冰條件下(或飛行員未及時開啟防/除冰系統)，同時開啟氣壓回路及液壓回路，分別引發動機廢氣及除冰液(7)通過換熱器將高溫高壓廢氣的熱量傳遞給除冰液進行加熱。(8)經二次加壓后，發動機廢氣重復
(4)、(5)步驟進行防冰。(9)加熱后除冰液經噴頭噴射至旋翼表面，達到旋翼防冰和除冰的目的。
[0031]本發明中噴射碳粉作為結冰凝結核，在輕度結冰及中度、重度結冰中均起到旋翼防冰的目的，即讓過冷水滴提前凝結成小冰晶，而不是與旋翼表面相撞后凝結成冰；同時，在中、重度結冰條件下及飛行員未及時開啟防/除冰系統時，同時噴射碳粉及加熱的除冰液，其目的是通過碳粉進行防冰，為確保防/除冰系統的可靠性，噴射加熱的除冰液進行旋翼表面除冰，確保旋翼表面無結冰狀態。其中，熱氣與碳粉混合噴射過程中會對凝結核加熱，但研究表明不會影響凝結核遇過冷水滴發生結冰的作用；加熱的除冰液在旋翼表面除冰過程中效率更高，除冰效果更好。
【主權項】
1.一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，主要步驟: (1)在旋翼結冰防護范圍內排布噴射頭。 (2)在旋翼內部及發動機上部安裝相應的引發動機尾氣的氣壓回路及噴射除冰液的液壓回路。 (3)在輕度結冰條件下，開啟氣壓回路，引發動機廢氣并加壓。 (4)廢氣通過碳粉凝結核相互混合，經噴射頭噴射碳粉凝結核與廢氣的混合氣體。 (5)過冷水滴遇混合氣體中的碳粉后結冰并形成小冰晶，達到旋翼防冰的目的。 (6)在中度及重度結冰條件下(或飛行員未及時開啟防/除冰系統)，同時開啟氣壓回路及液壓回路，分別引發動機廢氣及除冰液 (7)將高溫高壓廢氣的熱量傳遞給除冰液進行加熱。 (8)發動機廢氣經二次加壓后，重復(4)、(5)步驟進行防冰。 (9)加熱后除冰液經噴頭噴射至旋翼表面，達到旋翼防冰和除冰的目的。2.根據權利要求1所述一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述步驟(I)中的防/除冰噴頭結構為氣-液雙路噴頭，噴頭上部為半球結構，下部為套管結構。3.根據權利要求1所述一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述步驟(I)中的防/除冰噴頭安裝在硬質基體上，硬質基體與蒙皮相粘接。4.根據權利要求1所述一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述的步驟(2)中采用空氣壓縮機壓縮發動機尾氣達到引氣的目的；采用液壓栗對除冰液進行加壓噴射。5.根據權利要求1所述一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述的步驟(4)中通過碳粉作為過冷水滴結冰凝結核。6.根據權利要求1所述一種采用噴射頭噴射結冰凝結核及除冰液的直升機旋翼防/除冰方法，其特征在于:所述的步驟(7)中通過換熱器將發動機廢氣的熱量傳遞并加熱除冰液。
【文檔編號】B64D15/02GK105882978SQ201610467215
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】張以都, 陳龍, 吳瓊, 宋晶, 周文兵
【申請人】北京航空航天大學