本發(fā)明涉及防除冰，特別涉及一種結(jié)冰防護蒙皮結(jié)構(gòu)、除冰系統(tǒng)及除冰方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，為了提升飛機、風力機、輸電線等基礎設施在結(jié)冰情況下的運營效費比及安全性，結(jié)冰探測技術(shù)及防除冰技術(shù)得到了長足發(fā)展；目前，常見的結(jié)冰探測技術(shù)有壓電諧振式、超聲波式、光強調(diào)制式、壓差式、電容式等；另一方面，防除冰技術(shù)方面也提出了包括電加熱法、熱氣法、超聲波法、電脈沖法、氣囊法、疏水結(jié)構(gòu)法、化學除冰法等多種方法。

2、然而，現(xiàn)有接探測器及防除冰裝置的局限性十分明顯；一方面，大多數(shù)情況下結(jié)構(gòu)體表面結(jié)冰厚度差異很大，除冰過程中殘留冰分布不均衡；現(xiàn)有結(jié)冰探測裝置基本為點式探測，難以表征關(guān)鍵防除冰區(qū)域的結(jié)冰情況，導致防除冰系統(tǒng)僅能根據(jù)極少數(shù)固定位置的結(jié)冰情況進行防除冰工作，這嚴重制約了防除冰系統(tǒng)的工作效率及效果；另一方面，現(xiàn)有防除冰系統(tǒng)形式多樣，但與結(jié)冰探測裝置耦合程度低，集成度不高，系統(tǒng)構(gòu)成及安裝方式較為復雜，過多地增加了載荷及維護成本，拔高了防除冰系統(tǒng)的使用門檻。

3、目前，研究人員在面式結(jié)冰探測及探測一體化研究方面均有突破，其較有代表性的包括壓電式探除一體化技術(shù)及阻抗式一體化技術(shù)；壓電式一體化技術(shù)利用超聲陣列在結(jié)構(gòu)體表面注入聲表面波進行面式結(jié)冰探測與定位，并采用同構(gòu)的壓電器件生成切變水平波(sh波)或激發(fā)低頻共振實現(xiàn)除冰，其具有較好的實施性，但對應于不同結(jié)構(gòu)、材料及振動環(huán)境的表面，其結(jié)冰探測信號特異性顯著，除冰效果也有所差異；因此，現(xiàn)有的探除一體化裝置因在結(jié)冰探測方面和除冰方面集成度較低，且配合不均衡以至整體能耗過高、過加熱嚴重，殘留冰感知不足、超疏水失效頻繁，使得對于結(jié)構(gòu)體表面進行除冰時效率較低，影響其應用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種結(jié)冰防護蒙皮結(jié)構(gòu)、除冰系統(tǒng)及除冰方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中，存在的現(xiàn)有的探除一體化裝置因在結(jié)冰探測方面和除冰方面集成度較低，且配合不均衡以至整體能耗過高、過加熱嚴重，殘留冰感知不足、超疏水失效頻繁，使得對于結(jié)構(gòu)體表面進行除冰時效率較低的問題。

2、本發(fā)明實施例提供一種結(jié)冰防護蒙皮結(jié)構(gòu)，包括多功能薄膜，其安裝于翼面易結(jié)冰結(jié)構(gòu)表面；

3、所述多功能薄膜包括：底層覆膜，所述底層覆膜的頂面設置有探除一體化電極，所述探除一體化電極的頂面設置有表層覆膜，且底層覆膜與翼面易結(jié)冰結(jié)構(gòu)表面相接觸；

4、所述探除一體化電極的內(nèi)層設置有陣列排布的電致發(fā)光單元和光電效應單元，且所述底層覆膜與表層覆膜包夾所述電致發(fā)光單元與光電效應單元組成的陣列。

5、優(yōu)選地，所述表層覆膜的頂面設置有超疏水微納結(jié)構(gòu)以改變表面冰粘附效應。

6、優(yōu)選地，所述光電效應單元分兩層從不同方向圍繞電致發(fā)光單元以形成光電探測陣列；

7、所述光電探測陣列的形式分為一字型、十字形、同心圓形或方形。

8、優(yōu)選地，所述探除一體化電極為鏤空形態(tài)，且探除一體化電極包含兩個分電極，兩個分電極共包含a、b、c、d四個端口；

9、且兩個分電極皆等效于一根獨立的加熱絲。

10、優(yōu)選地，所述超疏水微納結(jié)構(gòu)浸潤失效時微納結(jié)構(gòu)間會嵌入液態(tài)水或冰。

11、本發(fā)明實施例還提供一種除冰系統(tǒng)，包括上述的一種結(jié)冰防護蒙皮結(jié)構(gòu)，還包括：

12、嵌入式控制系統(tǒng)，包括：連接線束和嵌入式控制盒，并通過連接線束與多功能薄膜連接，用于控制多功能薄膜進行結(jié)冰除冰防護；

13、所述嵌入式控制盒包括：多路選擇器，所述多路選擇器的獨立端口分別于探除一體化電極的a、b、c、d四個端口連接，用于加熱除水、除冰；

14、復阻抗測量電路，與所述多路選擇器連接，用于采集復阻抗信號，并分析得到溫度信息；

15、光電測控電路，與電致發(fā)光單元與光電效應單元組成的光電探測陣列相連，光電測控電路周期性激勵電致發(fā)光單元，采集光電效應單元發(fā)出的電信號，并分析得到薄膜表面結(jié)冰厚度、結(jié)冰類型及結(jié)冰形貌信息；

16、微處理器，分別與多路選擇器、復阻抗測量電路及光電測控電路連接，用于分析多路選擇器、復阻抗測量電路及光電測控電路所采集的電信號，并分析得到薄膜表面的冰層及溫度信息，根據(jù)其控制加熱除冰、除水；

17、系統(tǒng)電源，分別與多路選擇器、復阻抗測量電路、光電測控電路及微處理器相連，給整個系統(tǒng)提供電源。

18、優(yōu)選地，通過多路選擇器將探除一體化電極組合成為復阻抗測量電極對，復阻抗測量電路以頻率掃描的方式測量復阻抗譜，運算等效電容值和相角數(shù)據(jù)，即通過分析得到蒙皮結(jié)冰狀況信息；

19、通過多路選擇器將探除一體化電極組合成為單根電阻絲，通過復阻抗測量電路采集低頻電阻信息，即通過分析得到蒙皮溫度信息；

20、通過多路選擇器將探除一體化電極組合成為單根電阻絲，并通過加載系統(tǒng)電源，即實現(xiàn)蒙皮的加熱除水、除冰功能。

21、優(yōu)選地，當通過多路選擇器將探除一體化電極的ab端口、cd端口分別短路，并接入復阻抗測量電路，則構(gòu)成復阻抗結(jié)冰傳感器，通過掃頻方式測量復阻抗譜，并計算等效電容值和相角數(shù)據(jù)，即實現(xiàn)對整個探除一體化電極覆蓋區(qū)域的結(jié)冰、積水感知；

22、當通過多路選擇器將探除一體化電極的a、b端口分別接入復阻抗測量電路，則構(gòu)成溫度傳感器，或?qū)、d端口分別接入復阻抗測量電路，則同樣構(gòu)成溫度傳感器，即通過測量低頻電阻，計算并獲取溫度值；

23、當通過多路選擇器將b、c端口短路，將a、d端口分別接入復阻抗電路，則構(gòu)成阻值大的溫度傳感器，即能進行高精度的溫度測量；

24、當通過多路選擇器將b、c端口短路，將a、d端口分別接入系統(tǒng)電源，則構(gòu)成加熱電阻絲。

25、本發(fā)明實施例還提供一種除冰方法，包括以下步驟：

26、將探除一體化電極組合為復阻抗結(jié)冰傳感器形態(tài)，判斷防護區(qū)域內(nèi)是否有結(jié)冰；當有結(jié)冰時，通過電致發(fā)光單元和光電效應單元形成的光電探測陣列依次測量防護區(qū)域內(nèi)的冰層形貌；根據(jù)冰層形貌信息，將探除一體化電極組合為加熱絲形態(tài)，對不同防護區(qū)域加載不同的平均功率密度并進行除冰；

27、每隔一端時間將探除一體化電極組合為復阻抗結(jié)冰傳感器形態(tài)，用于判斷除冰是否完成；

28、當判斷除冰已完成，則測量翼型結(jié)構(gòu)水滴收集率高的部位間距較小的電極，判斷超疏水微納結(jié)構(gòu)是否存在失效情況，若存在超疏水微納結(jié)構(gòu)失效情況，則將探除一體化電極組合為加熱絲形態(tài)，以一定平均功率密度進行除水、除冰；

29、每隔一段時間將探除一體化電極組合為復阻抗結(jié)冰傳感器形態(tài)，判斷超疏水微納結(jié)構(gòu)是否恢復，當判斷超疏水微納結(jié)構(gòu)已恢復，則除冰已完成。

30、本發(fā)明實施例提供一種結(jié)冰防護蒙皮結(jié)構(gòu)、除冰系統(tǒng)及除冰方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果如下：

31、本發(fā)明通過在底層覆膜和表層覆膜之間設置探除一體化電極，并在探除一體化電極的內(nèi)層設置電致發(fā)光單元和光電效應單元組成的光電探測陣列，還在表層覆膜的表面設置超疏水微納結(jié)構(gòu)，同時將探除一體化電極和光電探測陣列連接外部系統(tǒng)，使用時，光電探測陣列探測每個結(jié)冰防護區(qū)域的結(jié)冰形貌與結(jié)冰類型，探除一體化電極感知結(jié)冰防護區(qū)域的溫度及結(jié)冰狀況，以及超疏水微納結(jié)構(gòu)浸潤失效程度，進而根據(jù)結(jié)冰探測及溫度反饋信號實施電加熱防除冰并控制電加熱功率以快速恢復微納結(jié)構(gòu)疏水性，整體上結(jié)冰探測和除冰集成度高，且結(jié)冰探測和除冰緊密配合工作，避免了能耗過高、過加熱嚴重、殘留冰感知不足等問題，極大提高了結(jié)構(gòu)體表面的除冰效率。

32、并且，表層覆膜之上的超疏水微納結(jié)構(gòu)，其用于降低過冷水滴粘附概率，提升薄膜疏冰性能，同時通過探除一體化電極對超疏水微納結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，極大避免超疏水失效頻繁。