一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于飛行器表面防結(jié)冰的裝置和方法，具體地說(shuō)，涉及一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置及方法。
技術(shù)背景
[0002]飛行器在穿越含有過(guò)冷水滴的云層中時(shí)，飛行器的迎風(fēng)部件，如風(fēng)擋玻璃、機(jī)翼、旋翼、垂尾、發(fā)動(dòng)機(jī)等在無(wú)防除冰系統(tǒng)的情況下均會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，而飛行器關(guān)鍵部位結(jié)冰已成為飛行安全中的一大隱患。飛行器關(guān)鍵部位結(jié)冰會(huì)改變飛行器的氣動(dòng)外形，嚴(yán)重影響飛行器的氣動(dòng)特性，使飛行器的操縱性和穩(wěn)定性惡化，如機(jī)翼前緣結(jié)冰會(huì)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(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)效率大大降低；風(fēng)擋玻璃結(jié)冰降低了其透明度，使得目測(cè)飛行變得困難，在起飛和著陸時(shí)造成一定的安全隱患；此外，一些測(cè)溫、測(cè)壓傳感頭結(jié)冰后，會(huì)導(dǎo)致儀表顯示失真，甚至誤導(dǎo)飛行員的駕駛。
[0003]目前，主要的防冰技術(shù)有電熱防冰，氣熱防冰，化學(xué)液防冰方法。電熱防冰是將電能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加熱飛行器外表面的熱力防冰技術(shù)，一般分為電阻絲式和導(dǎo)電膜式兩種，該方法可靠性較高，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)，但其具有響應(yīng)較慢，耗能較高的缺點(diǎn)。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(shù)，一般以發(fā)動(dòng)機(jī)引氣作為熱源，該方法同等情況下耗能比電熱防冰系統(tǒng)高2?3倍?；瘜W(xué)液防冰是向飛行器表面噴射防冰液，與撞擊在表面的過(guò)冷水混合，使混合液凝固點(diǎn)低于飛行器表面溫度而達(dá)到防冰目的的一種防冰技術(shù)，該方法耗能低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但會(huì)增加飛行器負(fù)載，限制飛行時(shí)間，并會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服其防結(jié)冰技術(shù)應(yīng)用響應(yīng)慢、耗能高、污染環(huán)境的問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置及方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(jié)冰部位蒙皮表面凹槽內(nèi)；所述上電極與所述下電極沿絕緣層兩側(cè)面交錯(cuò)分布粘接，上電極并聯(lián)通過(guò)導(dǎo)線與等離子體電源正極連接，下電極并聯(lián)通過(guò)導(dǎo)線與等離子體電源負(fù)極連接，所述上電極和所述下電極均為長(zhǎng)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(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(jié)冰部位蒙皮表面凹槽內(nèi)，且與飛行器蒙皮表面光滑平整，確保絕緣層與下電極間無(wú)空氣泡；
[0009]步驟3.上電極并聯(lián)與等離子體電源正極通過(guò)導(dǎo)線連接，下電極并聯(lián)與等離子體電源負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線連接；
[0010]步驟4.當(dāng)飛行器遭遇易結(jié)冰的飛行環(huán)境時(shí)，打開等離子體電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電源電壓至70V，電流強(qiáng)度為1.5?2.5A，調(diào)節(jié)等離子體電源輸出頻率使輸出電流達(dá)到最大，上電極開始放電，周圍產(chǎn)生等離子體區(qū)域；
[0011]步驟5.保持等離子體電源打開狀態(tài)直至飛行器離開易結(jié)冰的飛行環(huán)境；
[0012]步驟6.當(dāng)飛行器飛離易結(jié)冰飛行環(huán)境時(shí)，關(guān)閉等離子體電源。
[0013]有益效果
[0014]本發(fā)明提出的一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(cè)面間隔交錯(cuò)分布粘貼，上電極并聯(lián)通過(guò)導(dǎo)線與等離子體電源正極連接，下電極并聯(lián)通過(guò)導(dǎo)線與等離子體電源負(fù)極連接，絕緣層固定在飛行器蒙皮表面凹槽內(nèi)，且與飛行器蒙皮表面形成一體，實(shí)現(xiàn)飛行器表面的高效防冰。由于電極和絕緣層的厚度極小，對(duì)飛行器的氣動(dòng)性能的影響可忽略。應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電極排布可根據(jù)飛行器結(jié)冰位置的幾何形狀的不同靈活排布。當(dāng)?shù)入x子體電源電壓調(diào)節(jié)至70V時(shí)，電流強(qiáng)度為1.5?2.5A，實(shí)際耗能較低，而電極上實(shí)際加載的電壓可達(dá)到1KV以上，響應(yīng)時(shí)間快，局部的等離子體區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度較尚，防冰效果良好。
[0015]應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰技術(shù)相比現(xiàn)有的防冰技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不影響飛行器氣動(dòng)性能、響應(yīng)速度快、防冰效果明顯、耗能低；實(shí)施方法便捷，無(wú)污染且易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置及方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]圖1為本發(fā)明的應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的電極排布及連接線路示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)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(qū)域
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例是一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置及方法。
[0023]參閱圖1、圖2、圖3，應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(jié)冰部位蒙皮表面凹槽內(nèi)。上電極2與下電極3沿絕緣層4兩側(cè)面交錯(cuò)分布粘接，等離子體電源I的正極與并聯(lián)排布的上電極2通過(guò)導(dǎo)線連接，等離子體電源I的負(fù)極與并聯(lián)排布的下電極3通過(guò)導(dǎo)線連接。上電極和下電極均為長(zhǎng)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(dāng)空氣中含有一定量的過(guò)冷水時(shí)，打開等離子體電源1，在電極的上方形成等離子體輝光區(qū)域，過(guò)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(qū)域，達(dá)到防結(jié)冰的目的。
[0024]一種利用所述應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(jié)冰部位蒙皮表面凹槽內(nèi)，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(wú)空氣泡；
[0028]步驟三，上電極2并聯(lián)且與等離子體電源I的高電壓輸出端口通過(guò)導(dǎo)線連接，下電極3并聯(lián)且與等離子體電源I的低電壓輸出端口通過(guò)導(dǎo)線連接；
[0029]步驟四，當(dāng)飛行器在空中遭遇結(jié)冰的飛行環(huán)境時(shí)，打開等離子體電源I開關(guān)，調(diào)節(jié)電源電壓至70V，電流強(qiáng)度為1.5?2.5A，調(diào)節(jié)等離子體電源輸出頻率使輸出電流達(dá)到最大，電極放電，使周圍產(chǎn)生等離子體區(qū)域6 ;空氣中的過(guò)冷水滴撞擊在等離子體區(qū)域6，在等離子體作用下不能發(fā)生相變結(jié)冰并被帶離該區(qū)域。
[0030]步驟五，保持等離子體電源打開狀態(tài)直至飛行器飛離易結(jié)冰的飛行環(huán)境；
[0031]步驟六，當(dāng)飛行器飛離易結(jié)冰飛行環(huán)境時(shí)，關(guān)閉等離子體電源。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(jié)冰部位蒙皮表面凹槽內(nèi)；所述上電極與所述下電極沿絕緣層兩側(cè)面交錯(cuò)分布粘接，上電極并聯(lián)通過(guò)導(dǎo)線與等離子體電源正極連接，下電極并聯(lián)通過(guò)導(dǎo)線與等離子體電源負(fù)極連接，所述上電極和所述下電極均為長(zhǎng)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(quán)利要求1所述的應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(jié)冰部位蒙皮表面凹槽內(nèi)，且與飛行器蒙皮表面光滑平整，確保絕緣層與下電極間無(wú)空氣泡； 步驟3.上電極并聯(lián)與等離子體電源正極通過(guò)導(dǎo)線連接，下電極并聯(lián)與等離子體電源負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線連接； 步驟4.當(dāng)飛行器遭遇易結(jié)冰的飛行環(huán)境時(shí)，打開等離子體電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電源電壓至70V,電流強(qiáng)度為1.5?2.5A，調(diào)節(jié)等離子體電源輸出頻率使輸出電流達(dá)到最大，上電極開始放電，周圍產(chǎn)生等離子體區(qū)域； 步驟5.保持等離子體電源打開狀態(tài)直至飛行器離開易結(jié)冰的飛行環(huán)境； 步驟6.當(dāng)飛行器飛離易結(jié)冰飛行環(huán)境時(shí)，關(guān)閉等離子體電源。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)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(cè)面錯(cuò)位粘貼，上電極并聯(lián)與等離子體電源正極連接，下電極并聯(lián)與等離子體電源負(fù)極連接，絕緣層固定在飛行器蒙皮表面凹槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)飛行器表面的高效防冰。由于電極和絕緣層的厚度極小，對(duì)飛行器的氣動(dòng)性能的影響可忽略。應(yīng)用介質(zhì)阻擋放電等離子體防結(jié)冰裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電極排布可根據(jù)飛行器結(jié)冰位置的幾何形狀的不同靈活布置。當(dāng)?shù)入x子體電源電壓調(diào)節(jié)至70V，電流強(qiáng)度為1.5～2.5A，電極上實(shí)際加載的電壓可達(dá)10KV以上，響應(yīng)時(shí)間快，防冰效果好,實(shí)施方法便捷，且無(wú)污染易于實(shí)現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B64D15-00
【公開號(hào)】CN104875894
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510277732
【發(fā)明人】蔡晉生, 徐雙艷, 田永強(qiáng), 孟宣市
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日