可装接的电脉冲除冰器的制作方法

专利名称：可装接的电脉冲除冰器的制作方法
在1989年10月24日公开的题为“除冰器的电斥分离系统”的Lowell J.Adams等人的美国专利第4875644号，其公开内容作为参考(以下简称为“电斥分离系统专利”)。
本发明涉及到飞机的除冰器，尤其涉及到使积冰表面变形的除冰器。
在飞机飞行时，其机翼上和其它构件上结冰的危险是众所周知的。这里采用的“构件”术语意指对飞行期间结冰敏感的任何飞机的表面，包括机翼、发动机入口、旋翼等等。从早期飞行以来，已经作了各种尝试去克服积冰问题。尽管已经提出了各种在飞行期间对飞机除冰的技术，但仍有各种缺陷。这就促使继续其研究工作。
已经广泛采用的一种方法是所谓的机械式除冰器。在机械除冰中，采用一些方法使构件的导前边缘变形，而使其上的积冰破碎散到气流中去。常用的机械破冰技术是采用可以周期性膨胀的管状结构，该结构的膨胀或扩张为40%或更多。这种膨胀一般在约2到6秒内发生，并导致除冰器外形的实质性的变化，因而使积冰破碎。遗憾的是，该装置的膨胀会对经过飞机结构的气流带来不利的影响。再有，当冰聚集到相当量(约0.25英寸或更厚)时是最有效的，从而就限制了其效能。人们希望，远在积冰达到约0.25英寸之前就应完成除冰。
较近期的机械式除冰技术采用了内部“锤”去使构件导前边缘变形。这种方法被示例于授给Levin等人的第3549964号美国专利中，其中从一个脉冲发生器来的电脉冲被送到一个装设在构件内壁邻近处的火花间隙压力传感器的线圈。该线圈的一次电流包括在该构件壁中的电流，且该电流产生的磁场相互作用，而使构件变形。
授予Levin等人的第3672610号和3779488号美国专利以及授于Sandorff的第439967号美国专利揭示了采用感应激励线圈的飞机除冰器，使结冰表面变形或扭曲。这些装置的每一个都采用了电磁线圈或磁限制式振荡器，它们位于与积冰表面相对的表面侧。在授予Levin等人的第3809341号美国专利中，相互相对设置了扁平的汇流排，每个汇流排的一侧都邻近积冰壁的内表面设置。电流通过每个汇流排，且所产生相互作用的磁场迫使各汇流排远离並使积冰壁变形。
授予Haslim等人的第4690353号美国专利示出了一种较近期的方法。在该353专利中，一个或多个重叠的柔性导体带被嵌入固定在构件外表面的弹性材料中。从一个电力贮存单元供给该导体大电流脉冲。产生的相互作用的磁场造成一个电斥力，使得弹性部件膨胀。当电流脉冲通过导体时，该膨胀几乎是瞬时的，它被认为对除掉薄冰层是有效的。尽管在353专利中揭示的装置被认为比先前的机械式除冰技术好，但仍存在某些缺点。缺点之一涉及到在邻近的导电部件中电流的方向。在353专利中揭示的电流被认为所产生的效率低，这就大大限制了装置的功效。
电斥分离系统专利揭示了一种装置，它比353专利所述的装置先进。在该电斥分离系统专利中，导电部件是这样安排的，它能产生比353专利中所述的螺线形构形更大的电斥力。再有，该电斥分离系统专利讲述了传送预定幅值、形状及持续时间的脉冲，提供了有效的除冰作用。
尽管现有技术，尤其是电斥分离系统专利讲授了各种改进，但仍然需要提供有效的除冰操作。特别是希望具有这样一种除冰器，它具有各种现有机械式除冰器能产生的作用力，而又不存在与其有关的缺陷，如尺寸大，使现有构件改型困难以及其它问题。
本发明克服了现有技术的上述缺点，並提供了一种新的改进的除冰器，它尤其适于固定到构件的外表面。在本发明的一个实施例中，邻近一个构件的外表面设置一个感应线圈。该线圈的第一侧设置与该表面接触，而第二侧与该表面间隔开。该线圈可作远离或朝向该表面的运动。对该线圈设有一个支承部件，该支承部件是柔性的，以使线圈能相对于该表面运动。该支承部件的一部分限定了一个积冰表面，而该表面就响应于线圈的运动而运动。最好是线圈与支承部件为整体结构设置，这就能结合到或固定到构件的导前边缘，而无需使构件改形。
本发明的另一个实施例需要设置一个金属靶(target)，它设于线圈及支承部件中间。还有一个实施例需要设置一个靶，该靶设在线圈和构件的中间。再有一个实施例需要将一个靶(增倍器)固定到构件的内表面。
对于本发明的每个实施例，其支承部件按照通过线圈的短持续时间的大电流脉冲产生快速有力的远离构件的移动。如果构件是金属的，该构件作用为一个靶，且线圈移动远离表面;如果该构件是非金属的(如合成材料)且不使用表面接触靶，则线圈维持其位置靠着表面。该电流产生一个包括靶、构件(如果是金属)以及支承部件(如果是非金属)内涡流的电磁场。由于线圈内电磁场消失，支承部件就快速地被拉到静止位置。
与现在机械式除冰器相反，本发明的除冰器是非常有效的，同时可避免现有技术的许多缺点。加到构件上的大部分力是压缩力，它比各种其它机械式除冰器产生的拉力要易于提供。再有，该装置作为新的结构部件或改型均易于适配到构件上。
因为该装置按涡流原理工作，它就完全避免了直流存在的问题，而且提供的除冰操作比现有装置更为有效。由于积冰表面以高的加速度移动较大距离，则部分提高了该装置的效能。尽管其移动不致对经过构件的气流产生不利的影响，但该移动比现有涡流型除冰器所描述的那种装置发生的移动大20倍以上。该装置产生的涡流感应还比现有的内置涡流除冰器约高20%，或左右，这是因为线圈和靶互相为面对面接触。所说的内置除冰器要求在线圈和机构件之间有一个相当的间隙，以防止在回弹构件时可能损坏线圈。本发明的效率也是高的，这是因为被移动的积冰面较薄，且是弹性地粘贴在构件上。在那些使构件本身变形的除冰器中，积冰表面较厚，且其变形也较难。
阅读本发明的最佳实施例的叙述及其后的附图，可使本发明的上述及其它特性及优点更为明了，这些构成本说明书的一部分。


图1为现有技术机械式除冰器的示意性截面图;
图2为表示图1的除冰器如何起作用的电路示意图;
图3为表示如何将多个按照图1的除冰器安装在构件中的电路示意图;
图4为固定到构件外表面的本发明除冰器的截面图;
图5为图4所示本发明另一个实施例的截面图，表示将除冰器固定到构件外表面的另一种技术;
图6为表示与一个线圈连合使用的金属靶的本发明另一个实施例的截面图;
图7为与图6相似的截面图，其中包括一个所谓的移动空隙作为除冰器的一部分。
图8为与图7相似的截面图，其中邻近构件设置了移动间隙;
图9为可与本发明一起使用的扁平线圈的顶视平面图;
图10为可与本发明一起使用的另一个扁平线圈的顶视平面图;
图11为可与本发明一起使用的重叠扁平线圈的顶视平面图;
图12为可与本发明一起使用的螺线绕制线圈的透视图;
图13为表示本发明多重除冰器布置的构件导前边缘的垂直正面示意图;
图14与图13相似，表示本发明多重除冰器的另一种布置;
图15与图13相似，也表示本发明多重除冰器的另一种布置;
图16为本发明除冰器的电路示意图;
图17为电流对时间的曲线图，表示与本发明一起使用的电流脉冲形状;
图18为位移、速度和加速度对时间的曲线图，表示本发明除冰器一部分的运动;
图19为力对线圈电流的曲线图，表示本发明除冰器与现有技术机械式除冰器比较的特性;
图20为一个一英寸半径线圈的涡流形状;
图21为对一个一英寸半径线圈作为时间函数的涡流密度形状;
图22为一个金属靶上作为该靶半径的函数的压力分布曲线图;
图23为一个金属靶上在各种半径压力分布对时间的曲线图;
图24为每单位靶区域在平面内压力的曲线图;
图25为每单位靶区域平面内压力的径向分布曲线图;
图26为对各种靶材料冲击对靶厚度的曲线图。
本发明提供了一种尤其适用于构件导前边缘除冰的技术。除冰就是在导前边缘上结冰后将冰除去。导前边缘就是构件的某一部分，其作用是迎着且冲破冲击构件表面的气流。导前边缘例如机翼的前部，稳定器、支柱、短舱、旋翼以及其它外壳和首先受到气流冲击的凸出部分的前部。
图1-3描绘了一种已知的机械式除冰器10和其电路。该除冰器10包括第一和第二线圈12，它们装设在一个邻近其导前边缘背面的构件(如一个机翼)14内。该构件14的表面由金属(如铝)制造，该表面以下称之为“蒙皮”。线圈12借助安装架18装设在机翼梁16上。在平面视图中线圈12是环形的。一个环形的非合金的铝盘20连接到与每个线圈12直接相对的导前边缘的内表面。
参考图2，每个线圈12与一个储能电容器22和一个可控硅24串联。一个二极管26並连到电容器22上。将一个触发脉加到可控硅24上而激发出一个电冲击使电容器22能通过线圈12放电电。因为可控硅24具有二极管的特性，则电流跟随RLC响应的第一正回路，此后，可控硅再断开该电路。这就使电容器22反向充电。这种反向充电实质上缩短了电容器的寿命。为此，二极管26被置于跨接在电容器22两端。
参考图3，其中示出了在一个机翼内线圈12的典型的翼展方向安装。每个线圈12与另一线圈12水平方向分开约16英寸。这些线圈12连接到一个独立功率单元28，该单元28包括一个变压器30。电容器22跨接在变压器30的二次侧两端。一个切换设备32连到每个可控硅24，以向可控硅24提供触发脉冲。
当电容器22通过每个线圈12放电时，就产生一个快速建立和消失的电磁场，这包括在盘20和金属蒙皮14内的涡流。在线圈12、盘20及蒙皮14内流动的电流产生的电磁场造成一个其幅值为几百磅的斥力，但只持续零点几毫秒的时间。蒙皮14的小幅度、高加速度的运动起作用，以震裂、脱开且除掉冰。实现了由对电容器22再充电所需的时间分割开的短序列的两、三次这种“碰撞”，而后冰又能再聚集，直到接近不希望的厚度。通过适当控制切换装置32，线圈12顺序地起作用，以产生一个“脉动”作用，该作用被认为以蒙皮在弦向及翼展方向的运动的扩展进行除冰是比较有效的。
从上述可以理解，所涉及的除冰器10的效能取决于蒙皮的变形。结冰的金属表面移动是非常有限的;一般在所有结冰条件下需要三次冲击脉冲除掉积冰。再有，尽管蒙皮的移动只是有限的量，但仍需大作用力以实现即使是这种有限的移动。另外一个问题是，该作用力是“负”作用力，该力使得对导前边缘施加一个张力负载。飞机构件设计成可较好地承受压力负载，而不是张力负载。
现在参考图4，本发明的除冰器由参考号40标示。该除冰器40与采用线圈42的除冰器10相似。但是，正如下边要讨论的，除冰器40与除冰器10有明显的区别。从以下叙述可看出其区别。
图4中所示的除冰器40构成于一个整体单元，它连接到或牢固地固定到构件的导前边缘。构件的导前边缘或蒙皮由参考号44标示。蒙皮44一般由像铝合金的金属制造。线圈42一般是由单个扁平线圈元件组成的多层线圈(见下边对图9-11的讨论)。在这里所述的全部实施例中，线圈42为一个单一结构，没有互相运动的部分。为讨论本发明，线圈42图示为一个单独的元件。线圈42包括第一表面，该表面在静止状态与蒙皮44的外表面接触;以及第二表面，该表面与蒙皮44间隔开。线圈42未连到蒙皮44，以使它能作远离和朝向蒙皮44的运动。
线圈42的第二表面由一个表面层46盖住。该表面层46最好不连到线圈42的第二表面。线圈42的水平边缘由柔性的、非金属填料层48邻接，以对蒙皮44的轮廓提供平滑的过渡。该除冰器40靠层48被连接或牢固地固定到蒙皮44上。表面层46连接到层48。在表面层46的端部，该表面层46由固定件(未示出)连接或固定到蒙皮44。因此，在连到蒙皮44的层48的各部分中间的线圈42和表面层46能作远离及朝向蒙皮44的运动。查看图4能看出，表面层46不仅构成了除冰器40外表面的主要部分，它还用作线圈42的一个支承部件(与层48一起)，以保持线圈42对蒙皮44的适当位置。
线圈42最好由非合金铜制造。参考Lowell J.Adams等人在1989年11月15日提交的第07/437489号申请，题目为“扁平线圈结构”，其公开内容在这里作为参考，以较完全地叙述线圈42及其如何制造。表面层46可由构件外表面所采用的任何适用金属来制造，如铝、钛或不锈钢箔。该表面层46还可由热塑性薄膜制成薄层，如聚醚醚酮(“PEEK”)。这种材料具有良好的雨蚀特性，同时易于形成任何所要求的外形。如果需要，层46可由其它适合的非金属材料制造。将表面层46连接到层48采用的粘合剂，可以是任何将表面层连到除冰器其它部分所通用的粘合剂，不过像EA951这种改良的环氧薄膜粘合剂(Hysol公司制造)较好。填料层48可由除冰器采用的任何已知的柔性、非金属材料或类似材料制造，如橡胶、玻璃纤维或类似材料。
现在参考图16，由参考号60标示除冰器40的示意电路。有较小改动的电路60，在电斥分离系统专利中有详细叙述。该电路60对一组电容器62(为简化只示出一个)充电，该电容62用作为高压储能装置。如果采用金属表面层46和任何靶或增倍器，它们应连到飞机的地，以使电磁干扰减至最小。当需要除冰操作时，一个控制脉冲64被送到一个触发器电路66，它使电容器62能通过一个或多个硅可控整流器(SCR′S)68放电，以对线圈42提供大电流脉冲的输出70。当需要输出电流脉冲70时，通过打开开关74将维持电容器62在放电工况的泄载负载72去掉，从而使来自充电电路76的充电电流将电容器62充电到要求的电压。当SCR68被触发“通”时，电容器组62向线圈42放电。产生一个大电流脉冲，其幅值由电流互感器78检测。
参考图17，电流脉冲可以为一个纯净的过阻尼指数衰减的正弦波形，它可以靠一个RLC电路值实现之。在RLC电路各分量值以已知的方式选择情况下，如该电路可以是或可以变成欠阻尼或固有振荡情况下，该电路构形应为，一个整流器80把电路电感器储能泄放到除冰器负载内，产生单个的非振荡脉冲，该脉冲具有延长的后沿。
如果电容器62具有约500微法的电容量，且电路60如前述工作，则通过线圈42将释放1250伏电压下峰值约为3000安的电流。该线圈的上升时间约为100毫秒，且下降时间约为200300毫秒。一个强电磁场将产生，它包括在蒙皮44和表面层46(如果是金属)内的涡流。依次，由蒙皮44和表面层46将产生电磁场。于是，所产生的电磁场将造成仅有零点几毫秒延续时间的大的斥力。该冲击力由线圈42传递到表面层46，产生小幅值、高加速度的表面层46的运动，这将足以粉碎且除掉任何积冰。
现在参考图18，示出了表面层46的移动速度和加速度的曲线图。如图18所示，表面层移动约0.065英寸，其峰值加速度约为重力和加速度(G′S)的18750倍，其峰值速度约为每秒380英寸。所产生的压缩和膨胀力在磁场消失期间被反向，从而产生了跨过表面层46的压力波。如图4所示，线圈42和表面层46被快速地拉到静止位置。从图18的观察可以看出，其峰值回缩速度约为每秒270英寸，且峰值加速度约为13750倍重力加速度。结果，线圈42及表面层46不仅被斥离皮44，且还被施加返回及朝向蒙皮44的动力。观察图18可看出，由于顶着蒙皮44回缩，线圈42和表面层46有很小的“颠动”。还可理解，线圈42和表面层46远离蒙皮44的初始移动对皮44最初施加了压缩负载，而不是张力负载。
现在参考图19，其中示出了实验室的力的Vice试验之力对线圈电流的曲线图。示出了四次试验结果。有参考号90、92、94是按电斥分离系统专利所述的所谓电斥分离原理工作的线圈之作用力对电流的曲线图。标有96的线是按照本发明工作的线圈42的作用力对电流的曲线图。采用四层螺线线圈则产生线90。标有92的线是采用由矩形铜片蚀刻的四层扁平线圈所得结果的曲线图。有参考号94的线是使用由正方形铜片蚀刻的四层扁平线所得结果的曲线图。有参考号96的线是采用按照本发明工作的四层扁平矩形线圈42所得结果的曲线图。从图19可见，本发明与现有技术试验线圈比较所产生的显着优越的效果。这种效果与扁平螺线线圈(线90)比较则尤其是惊人的。在1700安培线圈电流下，该扁平线圈42产生超过1000磅的斥力，而螺线线圈产生的斥力才小于200磅。
在图5-8中描绘出本发明另一些实施例，这些实施例将依次叙述。适当时候，表示各实施例公用元件的参考号将从一个图转入另一个图。
参考图5，本发明的另一个实施例由参考号100标示。除冰器100采用了连接层102，该层以基本为面对面接触被连到或牢固地固定到金属蒙皮44。如果要求另一靶104(所谓“增倍器”)能装设在蒙皮44的内表面上。如果金属蒙皮44的厚度不足以感生足够的涡流，则有利于采用靶104。线圈42装设在层102的外侧。线圈42不连到层102，则线圈42可作远离和朝向层102的运动。表面层46盖住线圈42和层102填料层48(只示出其一部分)像图4所描述的实施例一样，对蒙皮44提供了平滑的轮廓。期望层102由非金属材料，如粘附膜，玻璃纤维及类似物制作。
除冰器100的一个优点是它能预制成一个整体单元。而后再连到蒙皮44上。相信除冰器100比除冰器40更易于连到蒙皮44上。再有，因为层102是基本为面对面接触连到蒙皮44上，所以在除冰器100与蒙皮44之间的连接非常牢固。
参考图6，本发明的另一实施例由参考号110标示。除冰器110在结构及操作上与除冰器40相似，只是金属靶112设在线圈42的第二侧，线圈42和表面层46的中间。填料层48为基本面对面接触连到蒙皮44，但线圈42不连到蒙皮44，则它可以作远离和朝向蒙皮44的运动。期望在图6所示实施例中的蒙皮44由金属或复合材料制作。靶112最好由EA951这样的粘合剂连到层46上。线圈42和靶112由膜分离层或释放层116分开。层116使得靶112能作远离和朝向线圈42的运动。期望靶112由铝这样的顺磁材料制成。释放层116能由非粘性热塑材料制作。层116的适宜材料在商业上可从DiXiCo公司的Richmo部得到，商标为A5000。如果要求，线圈42和靶112的位置可反过来，靶112与蒙皮44的外表面接触，且线圈42连到表面层46的内表面。
参考图7，用参考120示出本发明的又一个实施例。在该实施例中，蒙皮44由复合材料制成。除冰器120包括一个设在线圈42第二侧的金属靶122。线圈42和靶122由一个参考号为124的分离层或释放层分开。填料层48包括一个后部126跨过除冰器120的前部延伸。该后部126靠空隙128及释放层130与靶122的外表面间隔开。该释放层130与靶122的外表面接触。表面层46连到后部126。
除冰器120增大了作用力，还能施加到表面层46。在线圈起作用期间，该线圈42维持与蒙皮44接触。释放层124维持连到靶122，且与线圈42分离。靶122移动远离，而后朝向线圈42。通过在该除冰器结构中，设置空隙128，靶122在层130冲击后部126以前运动相当大的距离。于是所产生的动量就提供了增大的冲击力。依次，期望能采用短持续时间的电流脉冲产生与除冰器40相比的等效除冰作用。如果要求，蒙皮44可由金属制作，这种情况下则取消靶122。再有，线圈42和靶122的位置可反过来，如对图6实施例所描述的一样。
参考图8，由参考号130示出了本发明再一个实施例。除冰器130在构思上与除冰器120类似。如所述，蒙皮44由金属制作。但是，代替空隙128设在后部126的邻近处，是把空隙128设在蒙皮44和与线圈42接触释放层132中间的。在除冰器130中，靶122被取消，线圈42与后部126的内表面接触。如果蒙皮44由复合材料制成，则金属靶(未示出)可与线圈42联合使用。通过采用除冰器130，在定形的大电流脉冲下降时产生的收缩力能增大表面层46的运动，从而产生非常有效的除冰效果。
参考图9-11，其中示出了线圈42的某些部件。在图9中，第一个片状部件140是由第一个连续导电体限定的，该第一导电体具有多匝142、第一端144和第二端146。第一端144限定至部件140的输入，而第二端146限定从部件140的电输出。部件140由一个非合金铜或铝的单板构成，其厚度约0.016英寸。匝142的宽度在0.070-0.125英寸范围内。
在图10中，第二个片状部件150由第二个连续导电体限定，该导电体具有多匝152、第一端154及第二端156。第一端154限定至部件150的输入，而第二端156限定从部件150的电输出。部件150由非合金铜或铝的单片构成，其厚度约0.016英寸。匝152的宽度在0.070-0.125英寸范围内。
在图11中，部件140、150被描述为“完全重叠”线圈结构，由参考号160标示。在该结构中，匝142设置紧接邻近可比的匝152处。端部146、154通过焊接，形成电气连接。通过观察图11可理解，至第一端144的电流将流过通过匝142的通路，其方向与流过重叠的邻近匝152的电流方向相同。第一部件140一般具有12个1/4匝(为清楚其描述示出8个1/4匝)，如第二部件150一样。因此，重叠部件140、150限定一个24个1/4匝的线圈160。尽管部件140、150描述为矩形的，但它们可为正方形、环形或任何其它所要求形状。
参考图12，线圈170由一个螺线绕制连续导体限定，其导体构成为扁平带，其宽度约为0.19英寸且厚度约为0.025英寸。该线圈170约包括40匝，它们紧密绕制构成其内径约为0.25英寸，且外径约为2.25英寸。导体的端部设有连接器172、174，用于至电流源的连接。线圈170不比线圈160理想，其中部分原因是它的厚度较大。
线圈160、170连同其它成份(如适用的介电材料及密封材料)用于制造线圈42。另外的涉及线圈42的细节，包括用来制造它的材料及技术可以从一个共同提交申请中找到，申请题目“扁平线圈结构”，序列号07437489;该申请由Lowell J.Adams等人于1989年11月15日提交，並转让给本发明受让人。
现在参考图13-15，其中描述了线圈42沿翼展方向的各种结构。在图13中，线圈42在翼肋180两侧等距离被隔开约16英寸。除冰器40在蒙皮44导前边缘的中心线处互相对准。该中心线在图13-15中由点划线182标示。
在图14中，以类似于对图13所述的方式设置了上、下线圈42。如图13，线圈42沿翼展方向在肋180两侧互相等距离间隔开约16英寸並在中心线182的上、下，均等距离地相隔开。
在图15中，线圈42相对中心线182沿翼展方向被交错排列。就是说，一个线圈42置于中心线182之上，而邻近的线圈42被置于中心线182之下等距离处。如图13及14描述实施例，图15中线圈42在肋180两侧等距离地设在约16英寸远处。
通过如图13-15所示设置线圈42，由线圈42产生的扩展的作用力产生一个小幅值高加速度的运动以及跨过蒙皮44导前边缘的产生应力的波，使冰破碎並被除去。每个线圈42的脉动作用力取决于它的尺寸及结构，还有整个除冰器的结构(如图4-8的描绘)。
当线圈42像图13所示被置于中心线182上时，该线圈42可作为奇数或偶数组(1、3、5…，或2、4、6…)被连续或同时(如元件1、2、3等)激励。在图14所示构形中，线圈42可作为上表面组(1、3、5…)，继而下表面组(2、4、6…)连续或同时被激励，反之亦然。线圈42也可作为交错排列组，如1、4、5，继而2、3、6被激励，反之亦然。在某些情况下，线圈42的数量可减至最少，如图15所示，且在如1、3、5，继而2、4、6组中被激励，或作为交错排列组1、2、3…同时被激励。从上述可理解，线圈42能以各种布局连到蒙皮44，且能以各种顺序激励，以达有效的除冰作用。
按涡流原理作用的机械式除冰器，如图1所描绘的那样，已采用了一个感应线圈去感生在金属表面内的涡流，该金属表面比感应线圈本身要大许多倍。如图20中所示，对1英寸半径线圈，涡流仅被感生到围绕线圈的有限半径内。图21指出了涡流密度特别是在离开线圈中心距离处要快速下降。最大的力产生于1.25×电感线圈半径的半径距离之内。目前应用构件蒙皮是薄的其半径比感应线圈半径大约25%的金属增倍器或靶适用提高所产生的冲击力。
图6和7中所示的本发明的除冰器采用了一个靶，它包括该除冰器本身的一部分，而无需采用构件的皮作为靶。尽管这里所述的某些实施例(尤其图4所示)采用了金属皮去提供由涡流产生的冲击力，但对本发明适当的功能使用蒙皮是不需要的(除图4实施例外)。对由非金属材料(如石墨/环氧树脂)制的蒙皮，本发明起充分的作用。
参考图22，其中描绘了在一个金属靶上压力(表示为涡流密度)对各种半径下时间的曲线图。几乎所有的压力均发生在感应线圈半径1.25倍的距离内。于是，本发明采用的靶，为产生有效的作用力，仅需要大约的尺寸和形状的感应线圈。至多，该靶的半径比线圈大25%。
金属靶上的作用力包括一个作用向外的远离电感线圈正常力，它随半径而变。该可变力在图23中被描绘出，呈现为从靶的中心开始不同半径处压力对时间的曲线图。在图23右侧的线经过横座标以下，指示出在磁场消失时靶上的力反向。如前边指出的，本发明的这个特性意味着靶不仅被向外施以动力，而且也被向内施以动力。还有一个径向作用力，起始时趋于压缩或收缩靶，且而后趋于扩张靶。该径向作用力当实行除冰器操作时会是有利的，因为该径向作用力产生一个压力分布波(脉冲作用)，它当靶弯曲时跨过除冰器表面起作用。在图24和25中示出了靶上典型的径向作用力。图24是每单位靶表面的区域面内径向力的曲线图;而图25是每单位靶区域面内力的径向分布曲线图。在图24中，描绘出各种半径压力对时间关系。图25中，描绘出不同时间压力对半径关系。如图20-23一样，图24和25示出产生涡流力快速耸起及快速下降。图24和25也示出了在比25%线圈半径大的距离处的径向力是不明显的。
由感应线圈产生的冲击力取决于靶的直径、靶的厚度以及靶的制作材料。材料的导电率以及其厚度确定了涡流，该涡流将在感应线圈和靶之间专门的间隙而产生。感应线圈的形状及靶的形状还可以改变，以获得对像曲线翼型的专门结构的最大冲击力。图26是各种靶材料冲击力对靶厚度的曲线图。尽管看上去铜产生最好的冲击曲线，但像1145铝的其它材料也提供了可接受的特性。
除了靶的尺寸和厚度以外，其它设计上的考虑包括靶是否应叠置(两或三层)以及各层是否应由同样材料制作。对于厚度，希望提供靶的厚度为产生最好冲击的一个电蒙皮的厚度。如果要求，靶可作成两层，一个为强度层，第二层用不同材料且具有改善的导电率。已发现，增加靶的厚度会提高所产生的冲击。尽管如此，一般要保持靶尽可能薄，以使重量最小且改变构件的轮廓最少。在设计增倍器(构件内表面上的靶)工作中，已发现适于选择增倍器厚度等于在电路频率下电蒙皮厚度的一半。
还发现，将电周期和机械周期匹配可得到最佳效果。具体说，电周期应选为其固有周期的八分之一。如果线圈电流具有长的上升时间，就需要较厚的靶。对采用增倍器现有的机械式除冰器的实验结果指明了最佳电周期为机械周期的两倍。这被认为在机械和电周期之间的相似关系适用到本发明。
以前试验结果已采用了均匀厚度的翼型蒙皮和/或增倍器。能改变靶的厚度和形状以及靶离线圈的间隔，以改变在靶中产生的力，且增加力对除冰表面的传递。
尽管对本发明以其较佳形式进行了一定程度的叙述，但可以理解，本发明较佳实施例公开内容仅作出示例提出，且仍可实现各种改变而不脱离其后所要求保护的本发明精神实质及范围。其意图是，通过所附权利要求的适当的表达，覆盖本发明的专利性。
权利要求
1.一种专用于连接到一个金属构件外表面的除冰器，该除冰器具有在飞行期间其上积冰的暴露的外表面，它包括一个单一的感应线圈，该线圈的第一侧邻近该构件的外表面设置，且其第二侧与该构件外表面间隔开；支承该线圈的支承装置，该支承装置邻近线圈第二侧设置且限定除冰器的暴露表面，该支承装置为柔性，以当该线圈相对于构件运动时除掉在暴露表面上的积冰；以及向该线圈供给短持续时间的大电流脉冲的装置。
2.权利要求1的除冰器，其中构件包括一个具有中心线的导前边缘;第一线圈设置在该中心线以上，而第二线圈设置在该中心线以下。
3.权利要求1的除冰器，其中构件包括一个具有中心线的导前边缘;有多个线圈在中心线附近沿导前边缘在翼展方向间隔开。
4.权利要求1的除冰器，其中线圈和支承装置形成为一个整体结构，可连接到构件的外表面而不改变构件形状。
5.权利要求4的除冰器，其中支承装置包括一个连到该构件的非金属层，且线圈可相对该非金属层运动。
6.权利要求1的除冰器，其中线圈为扁平的。
7.权利要求1的除冰器，其中线圈为扁平的且构成多层。
8.权利要求1的除冰器，其中支承装置包括一个柔性的非金属层，该非金属层连到构件的外表面;以及一个表面层，该表面层覆盖在该柔性非金属层的至少一部分上。
9.权利要求8的除冰器，其中表面层由金属制作。
10.权利要求8的除冰器，其中表面层由热塑材料制作。
11.权利要求1的除冰器，它还包括一个设置在线圈第一侧和构件外表面中间的金属靶。
12.权利要求1的除冰器，其中支承装置包括一个邻近线圈第二侧设置一个金属部分。
13.权利要求1的除冰器，它还包括设置在与线圈相对的构件内表面上的一个金属靶。
14.权利要求1的除冰器，它还包括一个设在线圈第二侧和支承装置中间的移动空隙。
15.权利要求14的除冰器，它还包括设置在线圈和移动空隙中间的一个金属靶。
16.权利要求1的除冰器，它还包括设置在线圈第一侧和构件外表面中间一个移动空隙。
17.权利要求16的除冰器，它还包括设置在线圈和构件中间的一个金属靶。
18.一种专用于连接到非金属构件外表面的除冰器，该除冰器具有在飞行期间其上积冰的暴露的表面，它包括一个单一的感应线圈，该线圈的第一侧邻近构件的外表面设置，且其第二侧与该构件的外表面间隔开;支承该线圈的支承装置，该支承装置邻近线圈的第二侧设置且限定除冰器暴露的表面，该支承装置包括邻近线圈第二侧的金属部分;该支承装置为柔性，以当线圈相对于该金属部分运动时除掉在暴露表面上的积冰;以及向该线圈供给短持续时间的大电流脉冲的装置。
19.权利要求18的除冰器，其中支承装置的金属部分包括邻近线圈第二侧设置的一个靶。
20.权利要求18的除冰器，其中构件的金属部分被取消，且它还包括一个设置在线圈第一侧和构件外表面中间的一个金属靶。
21.权利要求18的除冰器，其中支承装置包括由金属制的邻近线圈的第二侧设置一个表面层。
22.权利要求18的除冰器，它还包括设置在与线圈相对的构件的内侧上的一个金属靶。
23.权利要求18的除冰器，它还包括一个设在线圈第二侧和支承装置中间的移动空隙。
24.权利要求23的除冰器，它还包括设在线圈和支承装置中间的一个金属靶。
25.权利要求18的除冰器，它还包括设在线圈第一侧和构件外表面中间的一个移动空隙。
26.权利要求25的除冰器，它还包括设在线圈和构件中间的一个金属靶。
27.权利要求18的除冰器，其中构件包括一个具有中心线的导前边缘，且第一线圈设在该中心线以上，而第二线圈设在该中心线以下。
28.权利要求18的除冰器，其中构件包括一个具有中心线的导前边缘，且多个线圈在中心线附近沿导前边缓在翼展方向间隔开。
29.权利要求18的除冰器，其中线圈与支承装置形成为一个整体结构，它可连接到构件的外表面而不改变该构件的形状。
30.权利要求29的除冰器，其中支承装置包括一个连到构件的非金属层，且线圈可以相对于该非金属层运动。
31.权利要求18的除冰器，其中线圈是扁平的。
32.权利要求18的除冰器，其中线圈是扁平的且构成为多层。
33.权利要求18的除冰器，其中支承装置包括一个连到构件外表面的柔性的非金属层，以及一个覆盖该柔性非金属层至少一部分的表面层。
34.权利要求33的除冰器，其中表面层由金属制作。
35.权利要求33的除冰器，其中表面层由热塑薄膜制作。
36.一种对金属构件外表面除冰的方法，它包括设置一个具有第一侧和第二侧的单一的感应线圈;将该线圈的第一侧邻近外表面设置;设置一个支承该线圈的支承装置，该支承装置限定在飞行期间其中上积冰的除冰器的暴露的外表面;通过一个短持续时间的大电流脉冲激励该线圈，以在构件内产生涡流;使该线圈移动远离构件;使除冰器的暴露的表面以一个加速度移动远离构件到一个程度，足以除掉在暴露表面上的积冰;以及使线圈和支承装置分别移动到邻近构件和线圈静止位置。
37.权利要求36的方法，其中供给线圈的电流约为3000安。
38.权利要求36的方法，其中完成使除冰器暴露表面移动的步骤之移动量约为0.065英寸，且加速度约为18750倍重力加速度。
39.权利要求36的方法，它还包括在线圈和支承装置中间设置一个金属靶的步骤，该金属靶在线圈激励时移动远离该线圈。
40.权利要求36的方法，它还包括在线圈和构件中间设置一个金属靶的步骤，该线圈在激励时作远离及朝向靶的移动。
41.权利要求36的方法，它还包括在与线圈相对的构件的内表面上设一个金属靶的步骤，该靶连到构件上，以防止其间相对运动。
42.权利要求36的方法，它还包括在线圈和支承装置中间设置一个移动空隙的步骤，该空隙允许在线圈励磁冲击支承装置以前线圈相对于支承装置运动。
43.权利要求42的方法，它还包括在线圈和支承装置中间设置一个金属靶的步骤。
44.权利要求36的方法，它还包括在线圈和构件中间设置一个移动空隙的步骤，该空隙允许线圈在进行分别使线圈移动和使支承装置移动到邻近构件和线圈静止位置的步骤时朝着构件运动较大的距离。
45.权利要求44的方法，它还包括在线圈和构件中间设置一个金属靶的步骤。
46.权利要求36的方法，它还包括的步骤有设置多个互相间隔开的感应线圈;顺序对线圈激励，以在支承装置内产生波动作用。
47.对一个非金属构件外表面除冰的方法，它包括设置一个具有第一侧和第二侧的单一的感应线圈;邻近外表面设置线圈的第一侧;设置支承该线圈的支承装置，该支承装置包括邻近线圈设置的一个金属靶，该支承装置限定在飞行期间其上积冰的除冰器暴露的外表面;通过一个短持续时间的大电流脉冲激励线圈，以在金属靶内产生涡流;使除冰器暴露的表面以一个加速度移动远离构件到一个程度，足以除掉暴露表面上的积冰;以及使支承装置移动到邻近线圈的静止位置。
48.权利要求47的方法，其中供给线圈的电流约为3000安。
49.权利要求47的方法，其中完成使除冰器暴露表面移动之移动量约为0.65英寸，且移动加速度约为18750倍重力加速度。
50.权利要求47的方法，它还包括在线圈和支承装置中间设置一个金属靶以及在线圈激励时使金属靶移动远离线圈的步骤。
51.权利要求47的方法，它还包括在线圈和构件中间设置一个金属靶以及在线圈激励时使线圈移动远离靶的步骤。
52.权利要求47的方法，它还包括在与线圈相对的构件内表面设置一个金属靶以及将该靶连到构件以防其间相对运动的步骤。
53.权利要求50的方法，它还包括在靶和支承装置中间设置一个移动空隙的步骤，该空隙允许在线圈激励冲击支承装置前，靶相对于该支承装置运动。
54.权利要求51的方法，它还包括在靶和构件中间设置移动空隙的步骤，该空隙允许当进行使支承装置移动到静止位置的步骤时，线圈朝向构件运动较大的距离。
55.权利要求47的方法，它还包括在线圈和支承装置中间设置一个移动空隙的步骤，该空隙允许当进行对线圈激励步骤时，线圈相对该支承装置运动。
56.权利要求47的方法，它还包括在线圈和构件中间设置一个移动空隙的步骤，该空隙允许当进行使支承装置移动到静止位置时，线圈朝向构件运动较大的距离。
57.权利要求47的方法，它还包括的步骤有设置多个相互隔开的感应线圈;顺序使线圈激励，以在支承装置中产生激动作用。
全文摘要
用于飞机构件除冰的可装接的除冰器，包括邻近构件外表面设置的感应线圈。该线圈由柔性积冰支承部件支承，允许线圈相对构件运动。线圈及支承部件最好为整体结构，可连到构件导前边缘。在线圈中通过短时大电流脉冲时；线圈及支承部件快速有力地移动远离构件。产生磁场电流包括支承部件(如果为金属)及构件(如果为金属)内涡流。线圈磁场消失时，支承部件被快速拉到邻接构件的静止位置。
文档编号B64D15/18GK1052827SQ9011015
公开日1991年7月10日 申请日期1990年12月22日 优先权日1989年12月22日
发明者洛厄尔·埃德曼斯, 纳伯特A·威森德, 托马斯E·沃尔温德尔 申请人:B·F·谷德里奇公司