一种带有余热回收功能的热气防冰系统的制作方法

1.本发明属于飞机防除冰领域，涉及一种热气防冰系统，主要用于飞机机翼防冰，具体涉及一种带有余热回收功能的热气防冰系统。


背景技术：

2.飞机结冰是威胁飞行安全的严重问题之一，结冰导致的飞行事故时有发生。具体来说，飞机机翼前缘结冰，影响飞机的升力特性，飞机上翼面引起大范围的气流分离，破坏设计型面。结冰会降低升力，增加阻力，降低失速迎角，增大失速速度。即使翼面前缘较为轻微的冰污染也能使飞机的气动特性出现较大恶化。在副翼前方的结冰还会影响副翼的正常操作，机翼两侧的不对称结冰还可引发飞机出现非指令性滚转。
3.目前，热气防冰系统是技术最成熟、应用最广泛的防冰系统。热气防冰系统利用发动机高温高压引气，经过供气管、防冰活门、伸缩管输送到机翼前缘缝翼防冰腔内的笛形管，通过笛形管上小孔喷到防冰腔内加热蒙皮内表面以起到防除冰的作用。
4.热气防冰系统所需的引气流量由飞机飞行参数与环境参数共同决定，其中飞行参数包括高度、速度与攻角，环境参数包括温度、液态水含量与平均有效水滴直径。
5.热气防冰系统主要形式包括两类，第一类热气防冰系统的防冰活门采用开断活门。当飞机驶入结冰气象云区、需要防冰时，打开防冰活门；当飞机驶出结冰气象云区，关闭防冰活门。由于第一类热气防冰系统采用开断活门，不能根据所需进行引气流量的调节，且为满足全包线内防冰性能，此类热气防冰系统的引气流量设计为固定值——全包线内最大引气流量。
6.第二类热气防冰系统设计为引气流量随飞行高度变化的形式，间接体现为引气压力随飞行高度变化。第二类热气防冰系统的防冰活门采用压力调节活门，其下游布置有压力传感器，用于测量防冰引气压力，通过对比压力传感器数值与预设值，进而调节活门开度大小，实现防冰引气流量的调节，预设关系通常为高度-压力的一维曲线。第二类热气防冰系统考虑了不同高度下的引气流量差别，但出于工程化考虑，在高度相同、其他飞行参数与气象参数(速度、攻角、温度、液态水含量与平均有效水滴直径)不同时，引气流量设置为同一数值。且为了满足全包线内防冰性能，此类热气防冰系统的引气流量设计为全包线内具有相同高度的状态点的最大引气流量。
7.在飞行过程中，对于第一类热气防冰系统与第二类热气防冰系统，均存在实际引气流量远大于所需流量的情况，浪费了飞机能源，降低了飞机运行的经济性。
8.为了轻量化设计，飞机固定前缘一般采用复合材料制成，较传统金属材料而言，其高温耐受性能较差。受制于防冰腔的结构，防冰腔的排气温度一般约为100℃，而前缘缝翼防冰腔的排气孔正对机翼固定前缘，易造成固定前缘的复合材料超温，导致结构强度降低、寿命变短，危害飞行安全。
120℃，该温度会造成固定前缘的复材蒙皮超温，影响使用寿命。本发明的引射结构能将排气管排出的尾气温度降至60-80℃，有效避免了复材蒙皮超温的情况发生。此外，通过该引射结构能够实现部分尾气的余热回收，有效降低了发动机的防冰引气流量，提高了飞机的运行经济性；据测试，本发明的防冰引气流量相对于传统结构降低了约20％。
21.4、本发明所述带有余热回收功能的热气防冰系统，与传统热气防冰系统相较，流量调节范围更窄，对防冰活门的调节性能要求更低，适用性更强。据测试，本发明的防冰活门性能需求相对于传统结构降低了约20％。
22.5、本发明所述带有余热回收功能的热气防冰系统，在前缘缝翼表面温度与固定前缘表面温度控制上均引入了负反馈调节机制，可根据前缘缝翼表面温度与固定前缘表面温度分别调节防冰活门与支管活门的开度大小，可在保障防冰性能的前提下，实现流量精准调配，节省机上能源消耗。
附图说明
23.图1为本发明所述余热回收的引射结构示意图；
24.图2为本发明所述的前缘缝翼、固定前缘、防冰腔、笛形管、回收支管、排气管和支管活门的安装位置截面示意图；
25.图3为本发明所述带有余热回收功能的热气防冰系统的交联关系示意图。
26.附图标记：1为笛形管，2为回收支管，3为排气管，4为支管活门，5为前缘缝翼，6为固定前缘，7为防冰腔，8为防冰活门，9为结冰探测器，10为控制器，11为前缘缝翼温度传感器，12为固定前缘温度传感器，13为连接线缆，14为发动机引气端。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
28.实施例1。一种带有余热回收功能的热气防冰系统，构成如图1-3所示，其中探测子系统包含结冰探测器9，当飞机进入结冰云区时，结冰探测器发出告警信号，并将结冰告警信号传递至控制子系统。
29.本发明所述探测子系统还包含若干前缘缝翼温度传感器11，用于监控前缘缝翼表面温度，并将前缘缝翼表面温度信号传递至控制器10。
30.本发明的探测子系统还包含若干固定前缘温度传感器12，用于监控固定前缘表面温度，并将固定前缘表面温度信号传递至控制器10。
31.本发明的执行子系统包括防冰活门8、笛形管1、排气管3、回收支管2、支管活门4及防冰腔7等，防冰活门8上游连接发动机引气14，下游连接和笛形管1，笛形管安装在防冰腔7前腔内。
32.经过笛形管1喷出的热气，在加热前缘缝翼5表面后，经排气管3从防冰腔7后腔排除。排气管3上设有回收支管2，回收支管2与笛形管1相连，形成引射结构，将回收支管2内的低温排气与笛形管1主管内的高温引气混合后，再从笛形管1上的小孔喷出，实现余热回收功能，进一步降低防冰腔7排气温度。
33.回收支管2上安装有支管活门4，可实现开断与开度调节功能，进而实现排气流量
与回收流量的分配。
34.本发明的控制子系统与探测子系统连接，当控制子系统接受到探测子系统发出的结冰告警信号时，打开执行子系统的防冰活门8。
35.本发明的控制子系统采用负反馈调节机制，根据所接受到的前缘缝翼5表面温度信号，调节防冰活门8的开度，进而实现引气流量的调节，从而控制前缘缝翼5表面温度，达到防冰效果。
36.本发明的控制子系统采用负反馈调节机制，根据所接受到的固定前缘表面温度信号，调节支管活门4的开度，进而实现回收流量的调节，从而控制固定前缘6温度，避免超温现象。
37.本发明的控制子系统采用主导式控制逻辑，根据结冰告警信号，自动打开或关闭防冰活门8；根据前缘缝翼5表面温度信号，自动调节防冰活门8的开度；根据固定前缘表面6温度信号，自动调节支管活门4的开度。
38.下面结合附图，对本发明的具体实施进行进一步说明。
39.如图1所示为本发明的余热回收的引射结构，经过笛形管喷出的热气，在加热前缘缝翼表面后，经排气管从防冰腔后腔排除。排气管上设有回收支管，回收支管与笛形管相连，形成引射结构。当固定前缘温度传感器监测到固定前缘表面温度过高、存在超温风险时，回收支管上的支管活门打开，将回收支管内的低温排气与笛形管主管内的高温引气混合后，再从笛形管上的小孔喷出，实现余热回收功能，进一步降低防冰腔排气温度。与此同时，由于排气余热的再利用，防冰引气流量的热效率提高，防冰引气流量减小。
40.如图2与图3所示本发明所述的带有余热回收功能的热气防冰系统。当飞机进入结冰云区时，结冰探测器发出结冰告警信号，传递至控制器。控制器发出指令打开防冰活门。同时，控制器接受来自前缘缝翼温度传感器的温度信号，控制器采用负反馈调节，当该温度信号大于设定值时，控制器将防冰活门的开度调小使表面温度下降到设定值；当该温度小于设定值时，控制器将防冰活门的开度调大使表面温度上升到设定值，进而起到防冰的作用。
41.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，包括执行子系统；执行子系统包括位于防冰腔(7)内的笛形管(1)，笛形管(1)管身上分布有排气孔，笛形管(1)与发动机引气端(14)连接；防冰腔(7)联通排气管(3)，排气管(3)经回收支管(2)与笛形管(1)连接形成引射结构。2.根据权利要求1所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，所述的回收支管(2)上还设有支管活门(4)。3.根据权利要求1所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，所述的笛形管(1)上设有防冰活门(8)。4.根据权利要求1所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，还包括探测子系统，探测子系统包括结冰探测器(9)，用于采集结冰信号；前缘缝翼温度传感器(11)，用于监控前缘缝翼(5)表面温度；固定前缘温度传感器(12)，用于监控固定前缘(6)表面温度。5.根据权利要求1所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，还包括控制子系统，控制子系统包括控制器(10)，用于接收结冰信号、前缘缝翼(5)表面温度信号和固定前缘(6)表面温度信号后，对执行子系统进行控制。6.根据权利要求5所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，控制子系统采用负反馈调节机制；所述的负反馈调节机制为：根据所接收到的前缘缝翼(5)表面温度信号，调节防冰活门(8)的开度，实现引气流量的调节，从而控制缝翼表面温度，达到防冰效果；根据所接收到的固定前缘(6)表面温度信号，调节支管活门(4)的开度，实现回收流量的调节，从而控制固定前缘温度，避免超温现象。7.根据权利要求5所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，控制子系统对执行子系统采用主导式控制；所述的主导式控制为：根据结冰信号，自动打开或关闭防冰活门(8)；根据前缘缝翼(5)表面温度信号，自动调节防冰活门(8)的开度；根据固定前缘(6)表面温度信号，自动调节支管活门(4)的开度。8.根据权利要求1所述的带有余热回收功能的热气防冰系统，其特征在于，防除冰过程为：笛形管(1)的排气孔喷出的热气，在加热前缘缝翼(5)表面后，经排气管(3)排出；排气管(3)、回收支管(2)与笛形管(1)形成的引射结构，将排气管(3)内的部分尾气经回收支管(2)回收到笛形管(1)内与高温引气混合，混合气再从笛形管(1)的排气孔喷出，继续加热前缘缝翼(5)表面。

技术总结
本发明公开了一种带有余热回收功能的热气防冰系统。包括执行子系统；执行子系统包括位于防冰腔(7)内的笛形管(1)，笛形管(1)管身上分布有排气孔，笛形管(1)与发动机引气端(14)连接；防冰腔(7)联通排气管(3)，排气管(3)经回收支管(2)与笛形管(1)连接形成引射结构。本发明可降低能耗、提高飞机运行经济性，避免固定前缘复合材料超温，保障飞机安全飞行。保障飞机安全飞行。保障飞机安全飞行。


技术研发人员：王柳 曾腾辉 阚俊 章涛 骆旭 雷萌
受保护的技术使用者：武汉航空仪表有限责任公司
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/4/20