专利名称：用于空气动力面的模块化防冰/除冰装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于空气动力面的模块化防冰/除冰(anti-icing/de-icing)装置。更具体地，有关的空气动力面是那些必须不受结冰干扰的具有空气动力轮廓的表面。这样的空气动力面尤其符合旋翼飞行器(主旋翼和扭矩旋翼)的桨叶，或符合实际飞机机翼。
背景技术：
上述空气动力面结冰的问题是航空工业中公知的。由于飞行空气动力面遇到大气内含有的超冷水滴，上述表面的空气动力轮廓会被形成在其上的冰所改变。
经常通过给空气动力面配备加热器结构来处理这个问题。
为了进行这项工作，例如在旋翼飞行器中，多个加热器电阻被嵌入在主旋翼和尾旋翼的桨叶内。为了大幅度降低耗电量，各种电阻是循环而不是同时供电的。
文件EP0014334公开了这类装置，其顺序并循环地给多个防冰/除冰模块供电。各模块以物理和电气方式供电，而与其它模块无关。因此，模块和电源开关单元之间的连接包括大量电缆，这在重量上极其不利。
关于耗电量，每个模块被循环供电持续预定时间以便确保桨叶表皮上的温度足够高。然而，由于空气动力面上的空气流量变化，由于水或冰的可能出现，以及由于缺乏对加热器部件的温度伺服控制，可能会发生桨叶被过分加热情况，这可能会导致表皮末端或者桨叶内部结构受到破坏。
发明内容
本发明的目的是提出一种有源防冰/除冰装置，不管飞行中遇到的结冰条件如何，所述装置都是有效的，并且能克服上述除冰装置的局限性。
本发明提供一种用于飞行器机翼的防冰/除冰装置，所述机翼至少包括一个第一空气动力面，所述空气动力面拥有至少两个防冰/除冰模块，每个模块配备有各自的加热器部件。本发明的特征在于所述模块的加热器部件经由共用电源设备来供电，每个防冰/除冰模块在它自己的区域内防止结冰，与其它模块无关。
对于防冰/除冰装置来说同样有益的是拥有一个或多个下列特征·用于同一空气动力面的至少两个加热器部件由同一调节器单元来控制；·所述调节器单元经由配置在所述空气动力面内的辅助通讯设备，与同一空气动力面的至少两个加热器部件进行通讯；·每个加热器部件由它自己的调节器单元来控制；·当来自至少一个温度传感器的第一测量信号位于预定的启动阈值之下时，所述调节器单元使电源向至少一个加热器部件供电；·所述调节器单元接收来自至少一个结冰传感器的监控信号，所述调节器单元根据所述监控信号给所述加热器部件供电；·所述调节器单元经由主通讯设备连接到中央处理器；·对于底部配备控制单元的空气动力面，所述控制单元经由主通讯设备连接到中央处理器，所述控制单元经由所述辅助通讯设备连接到所述空气动力面的每个调节器单元；·所述中央处理器包括诊断连接器部件和中央微处理器及其存储器和接口；·所述调节器单元形成在一软介质上，所述介质容易集成在所述空气动力面内；·所述温度传感器形成在一软介质上；·所述控制单元形成在一软介质上；·所述加热器部件形成在一软介质上；·所述加热器部件包括开关部件和一加热器表面；·所述加热器表面至少包括两个加热器部分；·为了安全原因，所述电源设备配备冗余；·所述主通讯设备和辅助通讯设备都是由使用双向协议的双线式总线构成；·所述主通讯设备和辅助通讯设备是光纤；·所述主通讯设备和辅助通讯设备使用无线数据传输模式；以及·所述电源设备和所述主通讯设备由单根载波电缆(carrier cable)构成。
根据下面对通过图解并参考附图给出的实施例的描述，本发明及其优点将显得更加详细，其中图1是用于旋翼飞行器的防冰/除冰装置的通用结构图，其中在旋翼飞行器五个桨叶中的每个桨叶上都具有四个防冰/除冰模块；图2-5表示按照四种不同方法来实施配备四个防冰/除冰模块的桨叶；图6是穿过一段配备有防冰/除冰模块的桨叶的横截面；图7是一段配备有防冰/除冰模块的桨叶的正等轴侧图；图8是防冰/除冰模块的方框图；图9是配备有温度传感器的加热器部件图；图10是配备有一个加热部分的加热器段的横截面；图11是配备有三个加热器部分的加热器段的横截面。
具体实施例方式
对出现在两个或多个不同附图中的部件指定唯一的附图标记，所述唯一的附图标记在所有这些图中是相同的。
图1表示用于旋翼飞行器的防冰/除冰系统的各种部件，所述旋翼飞行器具有五个桨叶P，所述部件包括中央处理器14、常规类型的旋转连接器15、五根电气配线16、以及主通讯设备2，中央处理器14具有诊断连接器部件13以及带有存储器和接口的中央微处理器12，旋转连接器15用于在机身和旋翼飞行器的旋翼之间传递电能和信息，电气配线16各自包括冗余电源设备。
另外，每个桨叶配备有四个防冰/除冰模块17，它们分布在桨叶翼展上。这些模块的数量可以是不同的，并且可以作为翼展桨叶长度的函数进行调节。每个模块17在其自己区域内进行防冰/除冰，而与相邻模块无关。这样，桨叶的防冰/除冰过程实际上是模块化的，例如根据需要，桨叶的第一部分可以被除冰，第二部分可以在防冰，同时在桨叶的第三和第四部分中不采取防冰/除冰行动。
中央处理器14经由单个主通讯设备2与每个模块17进行通讯。这种主通讯设备2为采用双向通讯协议总线是有利的，例如采用控制局域网(CAN)类型。因此，中央处理器14可以访问由模块17保存的所有数据(温度、冰的存在)。因此，能够在驾驶舱内提供桨叶温度显示，以及为了维护或安全目的，对构成模块17的正在适当运行的部件进行检验，而不必对模块17或桨叶采取行动。这样的显示也可以通过把计算机连接到诊断连接器部件13来实现。
利用位于驾驶舱内的控制单元，飞行员就可以经由中央微处理器12采取行动，以便通过编程对作为结冰严重程度函数的阈值进行实时修改，所述阈值用以启动防冰/除冰装置。
单个桨叶内的模块17由单个电源设备，例如单根电源电缆来供电，而在过去每个模块需要具有一根电缆。这就大大减少了电缆数量，并且因此减少了电气配线、旋转连接器、以及电气连接器的重量和成本。
为了满足能应用于这个功能的安全要求，电源设备必须是冗余的。在电源设备之一损坏的情况下，模块将继续得到供电。
图2表示第一实施例。每个模块17配备有第一调节器单元21，例如外围微处理器。这个第一调节器单元21从温度传感器91接收第一测量信号和从结冰传感器111接收第一监控信号，以便控制第一加热器部件51。所有这些部件配备有各自的CAN接口，并且它们连接到主通讯设备2。
系统依靠使其更容易实现的单个主通讯设备2。另外，具体桨叶内的所有模块17由单个电源设备1来供电，例如电源电缆。
图3表示第二实施例。每个模块17配备有第二调节器单元32，例如微控制器，其连接到主通讯设备2并配备有CAN接口。这个第二调节器单元32从温度传感器92接收第二测量信号和从结冰传感器112接收第二监控信号，以便控制第二加热器部件52。
另外，通过采用微控制器，可更好地实现外围部件(温度传感器、结冰传感器和加热器部件)的集成。这些外围部件各自可通过它到微控制器引脚之一上的预定连接来识别。防冰/除冰模块完全是独立的。微控制器经由主通讯设备2与中央微处理器12或诊断连接器13进行通讯，从而促进检测和维护操作。
这个第二实施例大大减少了连接到主通讯设备2的部件数量。因此，能够以更高的速率传递数据。
图4表示第三实施例。在这种情况下，第三调节器单元与桨叶的所有模块17进行通讯通讯。这个配备有两个CAN接口第三调节器单元23，例如辅助微处理器，布置在桨叶根部上。两个CAN接口能在主通讯设备2和辅助通讯设备10之间建立网关，所述辅助通讯设备10为采用双向通讯协议的总线是有利的。因此，第三调节器单元23经由主通讯设备2连接到中央微处理器12，并且经由专用于桨叶的辅助通讯设备10也连接到桨叶的不同防冰/除冰模块17。
每个模块17配备有温度传感器93、结冰传感器113和加热器部件53，其中这些部件每个都配备有各自的接口，所述接口使每个部件都能连接到辅助通讯设备10。这些温度传感器93和结冰传感器113据此通知控制加热器部件53的第三调节器单元23。
图5表示尤其有益的第四实施例。第四调节器单元34专用于桨叶的每个模块17。另外，桨叶的所有模块共用的控制单元24连接在桨叶根部。这个控制单元24包括辅助微处理器，其具有两个CAN接口，一个连接到主通讯设备2，而另一个连接到辅助通讯设备10。包括微控制器的第四调节器单元34从温度传感器94接收第四测量信号和从结冰传感器114接收第四监控信号，以便控制第一加热器部件54，所述微控制器具有连接到总线10的CAN接口。
这个结构提供的优点是在桨叶根部上提供中枢功能。由传感器获取的信息(温度、结冰的出现)被控制单元24经由主通讯设备2传递给中央微处理器12。这使飞行员能访问这些数据。
参考图6，7和8，每个防冰/除冰模块17局部地嵌入桨叶核心6和这段前缘覆层4之间的一段桨叶内。结冰传感器114需要与冰保持接触以便能工作，所以它不插入到桨叶内，而是位于桨叶外皮上。
温度传感器94在它们各自的检测区域内获取桨叶温度，每个温度传感器94以模拟电压的形式把第四测量信号发送给第四调节器单元34的输入端口。
按照类似的方式，结冰传感器114传递第四监控信号。
为了能够利用所有这些信号，第四调节器单元34包括有模拟-数字转换器27。这个第四调节器单元34也拥有校正器部件26，校正器部件26使第四调节器单元34能确定信息是否有效，然后确定桨叶段的平均温度。在缺乏一致性的情况下(即使已经检测到结冰的出现但温度高，两个不同温度传感器之间的巨大差别)，警报信号返回给中央处理器12。按照同样的方式，这个确认程序可以通过控制单元24或者甚至通过中央微处理器12来实现。
建立各种操作条件以便最优化加热器部件54的功耗，所述加热器部件54由开关部件8和加热器表面5构成。为此，在转换表28内预定调节阈值。作为实例，按照随机方式施加下列温度范围·大于80℃这个范围不符合桨叶的正常工作温度。因此，故障警报经由中央微处理器12或诊断连接器部件13发送给中央处理器14；·5℃-80℃没有结冰，加热器部件54应该不启动；·-5℃-5℃有限的结冰条件，可以实现低级除冰，其等效于防冰；·-15℃--5℃确定的结冰条件，中级除冰；·-60℃--15℃严重的结冰条件，大功率除冰；以及·低于-60℃这个范围不符合桨叶的正常工作温度。因此，故障警报经由中央微处理器12或诊断连接器部件13发送给中央处理器14。
上述不同温度范围是作为实例给出的。操作员可以根据天气条件，在任何时侯，在飞行中或地面上对它们进行修改。
一旦选择了除冰速率，表28把数字信号发送给第四调节器单元34的数字-模拟转换器25，数字-模拟转换器25把模拟电压发送给加热器部件54的电源开关部件8。
开关部件8可以由金属氧化物半导体(MOS)晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)或可关断晶体管(GTO)可控硅构成。根据接收到的电压，开关部件8给加热器表面5传递更多或更少的功率。
因此，来自不同传感器的模拟信号传递给第四调节器单元34，第四调节器单元34分析数据，处理数据，并产生直接能应用于开关部件8的输出，然后控制由加热器表面5消耗的功率。
因此，每个防冰/除冰模块17独立工作且独立管理，与其它模块无关。因此，主通讯总线2或辅助通讯总线10内的断路对防冰/除冰功能没有影响，将连续提供防冰/除冰功能而不毁坏桨叶。
优选地，如图9中所示，加热器表面5形成在软介质上，温度传感器94也放在软介质上。传感器安装在非加热区域7内以便精确地再现桨叶温度。因为加热器表面5是软的，它可以应用于桨叶前缘并与它的形状相匹配。
按照同样的方式，调节器单元、控制单元以及温度传感器都形成在软介质上，以便使它们更易于集成在桨叶内。
参考图10，加热器表面5只有一个加热器段。
然而，参考图11，加热器表面5包括三个加热器段A、B和C是有益的。经验表明，桨叶前缘19上的结冰比桨叶顶面20或底面18上的结冰更严重。因此，调节器单元给表面B传递的功率比给表面A和C传递的功率更多，从而能最优化电耗。
在这些实施例的第一变型中，配备单个结冰传感器来取代每个模块一个传感器，所述单个结冰传感器安装在桨叶根部上。
在这些实施例的第二变型中，为了进一步最优化主通讯设备2和辅助通讯设备10在桨叶内的集成，使用能传递二进制信息的光纤是有利的。然后，优选地采用与光学系统一起工作的旋转连接器15，从而相应地降低由于疲劳而引起的磨损风险。
在这些实施例的第三变型中，主通讯设备2和辅助通讯设备10利用无线型数据传输模式。
在这些实施例的第四变型中，主通讯设备2、辅助通讯设备10和电源设备1由单根载波电缆组成。载波电缆在电源电流上利用载波电流技术，载波电流技术存在于复合编码信息以及使用频率调制编码的特殊信息内。
在工作恶化的模式中，可设想以满功率同时启动所有装置模块。在这样的条件下，飞行器的交流发电机可能未达到注明尺寸(under-dimensioned)。这就是为什么可根据能达到的每单位面积总功率，由中央微处理器强迫调节器单元按照已知顺序模式进行工作。
当然，本发明可以按照很多种方式来实现。尽管上面描述了几个实施例，但能理解不可能按照穷举方式来确认所有可能实施例。所述任何设备自然可以用等效设备来替换，而不超出本发明的范围。
权利要求
1.一种用于飞行器机翼的防冰/除冰装置，所述机翼至少包括一个第一空气动力面，所述空气动力面拥有至少两个防冰/除冰模块(17)，每个模块(17)配备2有各自的加热器部件(51，52，53，54)，所述设备的特征在于所述模块(17)的加热器部件(51，52，53，54)经由共用电源设备(1)来供电，每个防冰/除冰模块(17)在它自己的区域内防止结冰，而与其它模块无关。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于用于同一空气动力面的至少两个加热器部件(53)由同一调节器单元(23)来控制。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述调节器单元(23)经由排列在所述空气动力面内的辅助通讯设备(10)，与同一空气动力面的至少两个加热器部件(53)进行通讯。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于公共空气动力面的每个加热器部件(51，52，54)由它自己的调节器单元(21，32，34)来控制。
5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于当来自至少一个温度传感器(91，92，93，94)的第一测量信号位于预定的启动阈值之下时，所述调节器单元(21，32，23，34)使电源提供给至少一个加热器部件(51，52，53，54)。
6.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述调节器单元(21，32，23，34)接收来自至少一个结冰传感器(111，112，113，114)的第一监控信号，所述调节器单元(21，32，23，34)根据所述监控信号给所述加热器部件(51，52，53，54)供电。
7.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述调节器单元(21，32，34)经由主通讯设备(2)连接到中央处理器(14)。
8.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的装置，其特征在于空气动力面在其底部配备控制单元(24)，所述控制单元(24)经由主通讯设备(2)连接到中央处理器(14)，所述控制单元(24)经由所述辅助通讯设备(10)连接到所述空气动力面的每个调节器单元(34)。
9.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述中央处理器(14)包括诊断连接器部件(13)和中央微处理器(12)及其存储器和接口。
10.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述调节器单元(21，32，23，34)形成在软介质上，所述介质易于集成在所述空气动力面内。
11.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述温度传感器(91，92，93，94)形成在软介质上。
12.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述控制单元(24)形成在软介质上。
13.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述加热器部件(51，52，53，54)形成在软介质上。
14.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述加热器部件(51，52，53，54)包括开关部件(8)和加热器表面(5)。
15.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述加热器表面(5)至少包括两个加热器段。
16.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述电源设备(1)以冗余的方式形成。
17.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述主通讯设备(2)是使用双向协议的双线式总线。
18.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述辅助通讯设备(10)是使用双向协议的双线式总线。
19.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于所述主通讯设备(2)和辅助通讯设备(10)是光纤。
20.根据权利要求1-16中任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述主通讯设备(2)和辅助通讯设备(10)采用无线数据传输模式。
21.根据权利要求1-16中任一项权利要求所述的设备，其特征在于所述电源设备(1)和所述主通讯设备(2)由单根载波电缆构成。
全文摘要
本发明涉及一种用于飞行器机翼的防冰/除冰装置，所述机翼至少包括一个空气动力面，例如旋翼飞行器桨叶或飞机机翼，所述空气动力面拥有至少两个防冰/除冰模块17，其中每个模块17配备有各自的加热器部件54。另外，所述模块17的加热器部件54经由共用电源设备1来供电，每个防冰/除冰模块在它自己的区域内防止结冰，与其它模块无关。
文档编号B64D15/22GK1626408SQ20041009886
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月13日 优先权日2003年12月12日
发明者D·布尔雅克, G·夸德拉多 申请人:欧洲直升机公司