一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于飞行器表面除冰装置及方法，具体地说，涉及一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法。
【背景技术】
[0002]飞行器在穿越含有过冷水滴的云层中时，飞行器的迎风部件如风挡玻璃、机翼、旋翼、垂尾、发动机等在无防除冰系统的情况下均会出现不同程度的结冰现象，而飞行器关键部位结冰已经成为飞行安全中的一大隐患。飞行器关键部位结冰会改变飞行器的气动外形，严重影响飞行器的气动特性，使飞行器的操纵性和稳定性恶化，如机翼前缘结冰会使飞行器的阻力增大，升力减小，失速迎角减小，操纵性能下降；发动机结冰会直接影响发动机的正常运行，使发动机效率大大降低；风挡玻璃结冰降低了其透明度，使得目测飞行变得困难，在起飞和着陆时造成一定的安全隐患；此外，一些测温、测压的传感头结冰后，会导致仪表显示失真，甚至误导飞行员的驾驶。
[0003]当前主要的除冰方法有机械除冰、热力除冰、涂层除冰方法。机械除冰又可分为敲击方式的直接除冰法和利用震动、超声方式的间接除冰法。热力除冰通常采用阻止过冷水滴冻结的方法来实现除冰，其常见为电阻丝加热除冰，表面间接加热除冰。热力及机械除冰措施的主要不足在于需要一定的能量和专用配套设施，导致其作用范围有限，尤其在高速飞行的飞行器表面很难应用，并且耗能较高。涂层除冰是通过减弱覆冰与涂层之间的粘结力来实现除冰，这种方法并不能防止涂层表面覆冰，而是减小和涂层之间的粘结力，从而使冰在外力的作用下能迅速从涂层表面滑落，在较低的温度下不能彻底地达到除冰的效果。
【发明内容】
[0004]为了避免现有技术存在的除冰装置结构复杂、响应慢、耗能较高、作用范围窄，除冰效果不彻底的不足，本发明提出一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:介质阻挡放电等离子体除积冰装置，其特征在于包括等离子体电源、等离子体激励器，所述等离子体激励器包括上电极、下电极、绝缘层，上电极和下电极沿绝缘层两侧面通过绝缘胶粘贴，且上电极、下电极交错分布，等离子体激励器的上电极并联与等离子体电源正极连接，等离子体激励器的下电极并联与等离子体电源负极连接，等离子体激励器采用绝缘胶粘贴在飞行器蒙皮表面易结冰部位；所述绝缘层为聚酰亚胺胶带。
[0006]一种利用所述介质阻挡放电等离子体除积冰的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0007]步骤1.确定等离子体激励器的电极和绝缘层材料尺寸；
[0008]选取薄铜板作为电极材料，上电极、下电极均为长条形，厚度为0.035mm，上电极宽度为2mm，下电极宽度为1mm ;绝缘层选取厚度为0.076mm的聚酰亚胺胶带叠加粘贴，叠加层为5?6层以保证绝缘层不被击穿；
[0009]步骤2.等离子体激励器固定在飞行器蒙皮表面易结冰部位；采用绝缘胶作为粘接剂，将上电极和下电极沿绝缘层两侧面通过绝缘胶粘贴，绝缘层下表面与飞行器蒙皮表面固定部位紧密粘贴，使下电极与空气隔绝；
[0010]步骤3.当飞行器蒙皮易结冰部位产生积冰时，等离子体激励器被积冰覆盖，打开等离子体电源开关，调节电源电压至70V，调节等离子体电源输出频率使输出电流达到最大，局部厚度较小的积冰发生相变成为液态水，小部分等离子体激励器的电极开始裸露在空气中；
[0011 ] 步骤4.继续保持等离子体电源开通，裸露的电极开始放电，周围产生小部分等离子体辉光区，在等离子体激励器作用下周围积冰相变加速，裸露电极面积增大，等离子体辉光区面积增大，积冰被快速消除；
[0012]步骤5.当飞行器蒙皮积冰被消除后，关闭等离子体电源。
[0013]有益效果
[0014]本发明提出的一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法，采用在飞行器蒙皮表面易结冰部位固定粘贴等离子体激励器，实现对飞行器表面的快速高效除冰。除积冰装置结构简单，等离子体激励器的上电极和下电极沿绝缘层两侧面通过绝缘胶粘贴，且上电极、下电极交错分布；等离子体激励器的上电极并联与等离子体电源正极通过导线连接，等离子体激励器的下电极并联与等离子体电源负极通过导线连接，电极排布和数量可根据飞行器易结冰部位的几何形状和结冰的严重程度的不同灵活安排。当等离子体电源电压调节至70V时，电流强度为2A，实际耗能较低，而电极上实际加载的电压可达到1KV以上，响应速度快，局部的等离子体区域电场强度较高，除冰效果好。介质阻挡放电等离子体除积冰技术与现有的除冰技术相比，除积冰装置具有结构简单，实施方法便捷，除冰效果明显，无污染且易于实现的优点；具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施方式对本发明一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法作进一步详细说明。
[0016]图1为本发明的介质阻挡放电等离子体除积冰装置示意图。
[0017]图2为本发明的电极排布及连接线示意图。
[0018]图3为本发明的电极排布局部放大图。
[0019]图中:
[0020]1.等离子体电源2.上电极3.下电极4.绝缘层5.飞行器蒙皮6.积冰
【具体实施方式】
[0021]本实施例是一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法，通过在飞行器蒙皮表面固定粘贴等离子体激励器，实现对飞行器表面的快速高效除冰。
[0022]参阅图1、图2、图3，介质阻挡放电等离子体除积冰装置由等离子体电源、等离子体激励器组成，等离子体激励器包括上电极2、下电极3、绝缘层4，上电极2和下电极3沿绝缘层4两侧面通过绝缘胶粘贴，而且上电极2、下电极3交错分布；等离子体激励器的上电极2并联，且与等离子体电源I正极通过导线连接，等离子体激励器的下电极3并联，且与等离子体电源I负极通过导线连接；等离子体激励器采用绝缘胶固定粘贴在飞行器蒙皮表面易结冰部位；绝缘层4为聚酰亚胺胶带。
[0023]一种利用介质阻挡放电等离子体除积冰的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0024]第一步，确定等离子体激励器的电极和绝缘层材料尺寸；
[0025]选取薄铜板作为电极材料，等离子体激励器的上电极2、下电极3均为长条形，厚度为0.035mm，上电极宽度为2mm，下电极宽度为1mm ;选取厚度为0.076mm的聚酰亚胺胶带叠加粘贴作为绝缘层4材料，叠加层为5?6层以保证绝缘层4不被击穿。
[0026]第二步，采用绝缘胶作为粘接剂，将等离子体激励器的上电极和下电极沿绝缘层两侧表面通过绝缘胶粘接，并将等离子体激励器固定在飞行器蒙皮5易结冰部位，将等离子体激励器的上电极2并联，并通过导线连接到等离子体电源I的高电压输出端口，将等离子体激励器的下电极3并联，并通过导线连接到等离子体电源I的低电压输出端口，等离子体激励器的绝缘层下表面与飞行器蒙皮表面固定部位紧密粘贴，使下电极3与空气隔绝。
[0027]第三步，当飞行器蒙皮5易结冰部位产生积冰6时，上电极2被积冰覆盖，打开等离子体电源I开关，调节电源电压至70V，电流强度为2A，实际耗能较低，而电极上实际加载的电压可达到1KV以上，响应时间快，调节等离子体电源输出频率使输出电流达到最大，局部的等离子体区域电场强度较高，局部厚度较小的积冰发生相变成为液态水，小部分电极开始裸露于空气中。
[0028]第四步，继续保持等离子体电源开通，裸露的上电极开始放电，周围产生小部分等离子体辉光区域，在等离子体作用下周围积冰相变加速，裸露电极面积增大，随着裸露出来的电极面积增大，等离子体辉光区域面积增大，积冰在等离子体放电的作用下快速发生相变成为液态水，积冰被快速消除。
[0029]第五步，当飞行器蒙皮5结冰部位积冰6被消除后，关闭等离子体电源I。
【主权项】
1.一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置，其特征在于:包括等离子体电源、等离子体激励器，所述等离子体激励器包括上电极、下电极、绝缘层，上电极和下电极沿绝缘层两侧面通过绝缘胶粘贴，且上电极、下电极交错分布，等离子体激励器的上电极并联与等离子体电源正极连接，等离子体激励器的下电极并联与等离子体电源负极连接，等离子体激励器采用绝缘胶粘贴在飞行器蒙皮表面易结冰部位；所述绝缘层为聚酰亚胺胶带。2.一种利用权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体除积冰的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1.确定等离子体激励器的电极和绝缘层材料尺寸； 选取薄铜板作为电极材料，上电极、下电极均为长条形，厚度为0.035mm，上电极宽度为2mm，下电极宽度为1mm ;绝缘层选取厚度为0.076mm的聚酰亚胺胶带叠加粘贴，叠加层为5?6层以保证绝缘层不被击穿； 步骤2.等离子体激励器固定在飞行器蒙皮表面易结冰部位；采用绝缘胶作为粘接剂，将上电极和下电极沿绝缘层两侧面通过绝缘胶粘贴，绝缘层下表面与飞行器蒙皮表面固定部位紧密粘贴，使下电极与空气隔绝； 步骤3.当飞行器蒙皮易结冰部位产生积冰时，等离子体激励器被积冰覆盖，打开等离子体电源开关，调节电源电压至70V，调节等离子体电源输出频率使输出电流达到最大，局部厚度较小的积冰发生相变成为液态水，小部分等离子体激励器的电极开始裸露在空气中； 步骤4.继续保持等离子体电源开通，裸露的电极开始放电，周围产生小部分等离子体辉光区，在等离子体激励器作用下周围积冰相变加速，裸露电极面积增大，等离子体辉光区面积增大，积冰被快速消除； 步骤5.当飞行器蒙皮积冰被消除后，关闭等离子体电源。
【专利摘要】本发明公开了一种介质阻挡放电等离子体除积冰装置及方法，采用在飞行器蒙皮易结冰部位固定等离子体激励器，实现对飞行器蒙皮的快速高效除冰。等离子体激励器的上电极和下电极沿绝缘层两侧面通过绝缘胶粘贴，且上电极、下电极交错分布；等离子体激励器的上电极并联与等离子体电源正极连接，等离子体激励器的下电极并联与等离子体电源负极连接，电极排布和数量根据飞行器易结冰部位的几何形状不同灵活布置。当等离子体电源电压调节至70V时，电流强度为2A,实际耗能较低，而电极上实际加载的电压可达10KV以上，响应速度快，除冰效果好。介质阻挡放电等离子体除积冰装置具有结构简单,实施方法便捷,无污染且易于实现的优点。
【IPC分类】B64D15/00
【公开号】CN104890881
【申请号】CN201510275368
【发明人】蔡晋生, 田永强, 孟宣市, 翟琪
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月27日