一种采用喷射头喷射结冰凝结核及除冰液的直升机旋翼防/除冰方法

技术领域

本发明涉及一种采用喷射头喷射结冰凝结核及除冰液的直升机旋翼防/除冰方法，属于旋翼防冰和除冰技术领域。

背景技术

直升机旋翼在高空遇含有过冷水滴的云层时会在旋翼迎风表面出现结冰现象，结冰严重时甚至会导致直升机发生飞行事故。现有的直升机旋翼主要通过电热、热气方式进行防/除冰工作，较为成熟的防/除冰技术较少。因此，研究新型快速、高效的直升机旋翼防冰和除冰技术具有重要意义。

过冷水滴是指温度低于零度但仍处于液态状态的水滴，研究发现过冷水滴是不稳定的，只要投入少许该物质的晶体，便能诱发结晶，并使过冷液体的温度回升到凝固点。这种在微小扰动下就会很快转变的不稳定状态称为亚稳态。当用适当的方式缓慢冷却饱和溶液时，可使其变成过饱和而不析出溶质的结晶，这种现象也称为过冷，此种溶液称为过冷溶液。

由此，过冷水滴不结冰的原因主要是因为缺少凝结核，只要在过冷水中存在凝结核便能诱发结晶，并使过冷水滴的温度回升到凝固点，便会在低温环境下结冰。而自然界中的碳粉、空气中的灰尘等微粒均可以作为凝结核诱发过冷水滴结冰。因此，可以根据过冷水滴结冰原理来设计新型的直升机旋翼防/除冰装置。

发明内容

本发明专利主要利用过冷水滴结冰原理，通过设计的新型防/除冰喷头喷射碳粉作为过冷水滴的凝结核，并喷射加热的除冰液而进行防/除冰所提出的一种采用喷射头喷射结冰凝结核及除冰液的直升机旋翼防/除冰方法。本防/除冰方法能够对直升机旋翼进行防、除冰工作，具有时间短，耗能低、除冰彻底等特点，能够满足在多种不同恶劣气象环境下及在不同结冰状态下的防、除冰要求。

本发明采用的技术方案是：主要步骤：

(1)在旋翼结冰防护范围内排布喷射头。所述步骤(1)中的防/除冰喷 头结构为气-液双路喷头，喷头上部为半球结构，下部为套管结构；防/除冰喷头安装在硬质基体上，硬质基体与蒙皮相粘接。

(2)在旋翼内部及发动机上部安装相应的引发动机尾气的气压回路及喷射除冰液的液压回路。所述的步骤(2)中采用空气压缩机压缩发动机尾气达到引气的目的；采用液压泵对除冰液进行加压喷射。

(3)在轻度结冰条件下，开启气压回路，引发动机废气并加压。

(4)废气通过碳粉凝结核相互混合，经喷射头喷射碳粉凝结核与废气的混合气体。所述的步骤(4)中通过碳粉作为过冷水滴结冰凝结核。

(5)过冷水滴遇混合气体中的碳粉进后结冰并形成小冰晶，达到旋翼防冰的目的。

(6)在中度及重度结冰条件下(或飞行员未及时开启防/除冰系统)，同时开启气压回路及液压回路，分别引发动机废气及除冰液。

(7)将高温高压废气的热量传递给除冰液进行加热。所述的步骤中通过换热器将发动起废气的热量传递并加热除冰液。

(8)发动机废气经二次加压后，重复(4)、(5)步骤进行防冰。

(9)加热后除冰液经喷头喷射至旋翼表面，达到旋翼防冰和除冰的目的。

本发明的有益效果是：

1.本发明方法借鉴过冷水滴的结冰原理，采用碳粉作为凝结核使过冷水滴提前结冰，并引用直升机发动机高温高压废气的能量，加热除冰液并喷射到旋翼表面使微量的积冰融化，有效地预防和消除直升机旋翼积冰；

2.本发明方法通过引发动机废气来进行喷射碳粉，并利用发动机废气中的杂质与碳粉一同作为凝结核使过冷水滴在撞击旋翼表面前结冰，较少发动机尾气的污染，提高废气的利用率；

3.本发明方法采用发动机废气中的高温作为加热除冰液的热源，通过换热器加热除冰液，提高除冰液的除冰效率并减少能耗；

4.本发明可以将发动机尾气中的硫、碳等微小颗粒及粉尘作为结冰凝结核利用，可以减少发动机废气排放对空气环境的污染；

5.本发明方法用于直升机旋翼的防/除冰，所涉及的气压及液压回路结构简单紧凑，易于操作，重量轻，不会增加直升机过多的重量。

附图说明

图1是本方法中防/除冰喷射头的结构示意图。

图2是本方法中防/除冰喷射头安装位置示意图。

图3是本发明的方法流程图。

图中：

1.桨叶；2.防/除冰喷头；3.包铁；4.硬质基体；5.蒙皮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示为防/除冰喷头结构为气-液双路喷头，喷头上部为半球结构，下部为套管结构；半球结构可以喷射夹杂碳粉的高压发动机废气，套管结构开设喷嘴，可以喷射发动机废气加热后的除冰液，为保证喷射范围，将半球结构内部气体通道截面尺寸设计由内部向外部逐渐减小，进而增加半球表面喷口处的速度，增加喷射范围；防/除冰喷头套管结构中内管、外管均开设用于连接管路的外螺纹，便于连接碳粉废气气路和除冰液回路。

如图2所示，防/除冰喷头安装在硬质基体上，且沿桨叶长度方向均匀排布，硬质基体与蒙皮相粘接，防/除冰喷头通过预先加工在包铁上的螺纹孔连接在硬质基体上，外部包铁用于保护旋翼，防止过冷水滴结冰后撞击破坏旋翼。

如图3所示，当进行旋翼防/除冰时具体步骤如下：(1)在旋翼结冰防护范围内排布喷射头；所述步骤(1)中的防/除冰喷头结构为气-液双路喷头，喷头上部为半球结构，下部为套管结构；防/除冰喷头安装在硬质基体上，硬质基体与蒙皮相粘接。(2)在旋翼内部及发动机上部安装相应的引发动机尾气的气压回路及喷射除冰液的液压回路；所述的步骤(2)中采用空气压缩机压缩发动机尾气达到引气的目的；采用液压泵对除冰液进行加压喷射。(3)在轻度结冰条件下，开启气压回路，引发动机废气并加压。(4)废气通过碳粉凝结核相互混合，经喷射头喷射碳粉凝结核与废气的混合气体。(5)过冷水滴遇混合气体中的碳粉进后结冰并形成小冰晶，达到旋翼防冰的目的。(6)在中度及重度结冰条件下(或飞行员未及时开启防/除冰系统)，同时开启气压回路及液压回路，分别引发动机废气及除冰液(7)通过换热器将高温高压废 气的热量传递给除冰液进行加热。(8)经二次加压后，发动机废气重复(4)、(5)步骤进行防冰。(9)加热后除冰液经喷头喷射至旋翼表面，达到旋翼防冰和除冰的目的。

本发明中喷射碳粉作为结冰凝结核，在轻度结冰及中度、重度结冰中均起到旋翼防冰的目的，即让过冷水滴提前凝结成小冰晶，而不是与旋翼表面相撞后凝结成冰；同时，在中、重度结冰条件下及飞行员未及时开启防/除冰系统时，同时喷射碳粉及加热的除冰液，其目的是通过碳粉进行防冰，为确保防/除冰系统的可靠性，喷射加热的除冰液进行旋翼表面除冰，确保旋翼表面无结冰状态。其中，热气与碳粉混合喷射过程中会对凝结核加热，但研究表明不会影响凝结核遇过冷水滴发生结冰的作用；加热的除冰液在旋翼表面除冰过程中效率更高，除冰效果更好。