Электротепловая противообледенительная система, например, для лопастей вертолёта

 

Изобретение относится к авиации, в частности к противообледенительным системам летательных аппаратов, и может быть использовано для удаления и предотвращения образования льда, например, на лопастях несущего и рулевого винтов. Электротепловая противообледенительная система содержит теплоэлектрические нагреватели, соединенные последовательно с тиристорными ключами. Теплоэлектрические нагреватели смонтированы в виде пар, соединенных проводниками в концевой части лопасти, при этом каждая последующая пара нагревателей охватывает предыдущую пару. Нагреватели имеют переменное сопротивление по всей длине лопасти. Для контроля исправности системы установлены трансформаторы тока, обмотки которых соединены с операционными усилителями. Подача питания к нагревателям осуществляется блоком управления по циклограмме с выдержкой времени между циклами, зависимой от температуры наружного воздуха. Технический результат заключается в снижении веса и повышении надежности противообледенительной системы. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к авиации, в частности к противообледенительным системам летательных аппаратов, и может быть использовано для удаления и предотвращения образования льда, например, на лопастях несущего и рулевого винтов вертолета.

Известно противообледенительное устройство для несущего винта вертолета, содержащее нагревательные сопротивления, запитываемые от трехфазной бортовой сети питания через контактные кольца и контакторы, которые управляются программным устройством, переключатели силовых цепей на тиристорах, а управление программным распределителем осуществляется через контактные кольца с помощью модулированного сигнала (авт. св. СССР №454729. Противообледенительное устройство для несущего винта вертолета, МКИ В 64 D 15/12, БИ №47, 25.12.1974). Недостатком известного противообледенительного устройства является отсутствие возможности корректировки времени нагрева нагревательных устройств в соответствии с их характеристикой, что может приводить к образованию барьерного льда.

Известна противообледенительная система летательного аппарата, содержащая систему сигнализации, датчик обледенения, датчик температуры с чувствительным элементом и соответствующими преобразователями, блок формирования команд с распределителем, к выходу которого через контакторы подключены нагревательные элементы обогреваемых поверхностей, пороговое устройство ограничения длительности работы нагревательных элементов, устройство моделирования процесса нагрева, блок сравнения, управляющий триггер и схема совпадения, причем входы устройства моделирования процесса нагрева соединены с соответствующими выходами распределителя, выход устройства моделирования соединен с входом блокировки выдачи команд распределителя через блок сравнения, другой вход которого через пороговое устройство ограничения длительности работы нагревательных элементов связан с преобразователем датчика температуры, а управляющий триггер подключен одним входом к преобразователю обледенения, другим - к одному из выходов распределителя и своим выходом ко входу схемы совпадения, другой вход которой соединен с одним из выходов распределителя, а выход - с одним из входов распределителя (авт. св. СССР №669638. Противообледенительная система летательного аппарата, МКИ В 64 D 15/12, БИ №37, 07.10.1986). Недостаток известной противообледенительной системы заключается в том, что в схеме коммутации цепей питания нагревательных элементов используются электромагнитные контакторы, отсутствует контроль исправности цепей питания нагревателей. Это приводит к снижению эксплуатационной надежности, большому весу системы.

Известно электрическое противообледенительное устройство, содержащее трехфазный коллектор и трехцепные коммутирующие элементы, через которые электрические нагреватели, объединенные в группы по три нагревательных элемента в каждой, подключены к трехфазной сети питания, причем управляющие входы коммутирующих элементов подключены к выходу программного переключателя, каждая из цепей питания нагревательных элементов соответствующей группы расщеплена на две, причем в двух фазах одна из расщепленных цепей подключена к нагревательным элементам в обход коммутирующего элемента, а в третьей фазе каждая из расщепленных цепей подключена к нагревательному элементу через самостоятельную коммутирующую цепь (патент СССР №695546. Электрическое противообледенительное устройство, МКИ В 64 D 15/12, БИ №40, 30.10.1979). Недостатком известного противообледенительного устройства является сложность конструкции, отсутствие контроля исправности цепей питания нагревателей, что снижает эксплуатационную надежность.

Известна электротепловая система циклического действия для элементов планера самолета, которая содержит группы нагревательных элементов, каждая группа содержит три элемента, один из которых имеет мощность, в два раза большую каждого элемента в отдельности. Элементы двойной мощности соединены с программным переключателем через коммутирующие элементы и размыкающие контакты реле, соединенные с дополнительным каналом управления (патент RU №1633720. Электротепловая система циклического действия для элементов планера самолета, МКИ В 64 D 15/12, БИ №31, 10.11.1996). Недостатком известной электротепловой системы является ограниченные функциональные возможности.

Известна электротепловая противообледенительная система самолета циклического действия. Система содержит нагревательные элементы, трехфазные контакторы, трансформаторы тока и блок управления. Включение нагревательных элементов контролируется блоком управления по сигналам, снимаемым с контрольных контактов соответствующего контактора. При коротком замыкания нагревательного элемента на выходе трансформатора тока появляется сигнал, а при обрыве его, соответственно, пропадает. Ситуация анализируется блоком управления, который выдает команду на обмотку соответствующего контактора и неисправный нагревательный элемент отключается (патент RU №1828023. Электротепловая противообледенительная система самолета циклического действия, МКИ В 64 D 15/12, БИ 31, 10.11.1996). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известной противообледенительной системы, принятой за прототип, является применение контакторов, использование большого количества токовых трансформаторов, выделяющих большое количества тепла, большие габариты и масса.

Задачей предлагаемого решения является снижение веса и повышение эксплуатационной надежности электротепловой противообледенительной системы путем сокращения числа и веса токовых трансформаторов за счет применения операционных усилителей и тиристорных ключей для коммутации нагревательных элементов и оптимизации их конструкции.

Техническим результатом, достигаемым при осущесвлении заявленного изобретения, является повышение безопасности полета и увеличение ресурса системы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную электротепловую противообледенительную систему, содержащую теплоэлектрические нагреватели, подключенные к трехфазному источнику переменного тока через коммутирующие элементы, трансформаторы тока, обмотками которых охвачены питающие провода теплоэлектрических нагревателей, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами коммутирующих элементов, а входы - с обмотками трансформаторов тока, согласно предложенному техническому решению, введены операционные усилители, через которые обмотки трансформаторов тока соединены с входами блока управления; коммутирующие элементы выполнены в виде тиристорных ключей, каждый из которых соединен с нагревателем лопасти; нагреватели выполнены длиной, равной всей длине обогреваемой поверхности лопасти; нагреватели выполнены с переменным сопротивлением по длине лопасти; нагреватели выполнены попарно, каждая пара которых соединена перемычкой в концевой части лопасти, а в комлевой части - с источником тока через тиристорные ключи, с охватом внутренней пары нагревателей; в нее введены сигнализатор обледенения и датчик температуры с соответствующим преобразователем сигнала, которые соединены с блоком управления; управляющие входы тиристорных ключей подключены к выходам блока управления, соответствующим каждому порядковому номеру установки нагревателей на всех лопастях; в систему введен блокирующий ключ, через который подключен один выход блока управления, причем управляющий вход блокирующего ключа соединен с преобразователем датчика температуры.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной электротепловой противообледенительной системы, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности “новизна”.

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

На фиг.1 представлена структурная схема противообледенительной системы; на фиг.2 - схема соединения теплоэлектрических нагревателей и тиристорных ключей; на фиг.3 - развертка обогреваемой поверхности лопасти с теплоэлектрическими нагревателями; на фиг.4 - циклограмма работы системы.

Электротепловая противообледенительная система содержит теплоэлектрические нагреватели 1, например, по четыре штуки на всей длине каждой лопасти несущего винта, тиристорные ключи 2, соединенные последовательно с каждым нагревателем, трансфоматоры тока 3, обмотки которых охватывают провода А, В и С, подводящие питание к нагревателям 1, операционные усилители 4, входы которых соединены с обмотками трансформаторов тока 3. Управляющие входы тиристорных ключей 2 группы нагревателей с одним порядковым номером установки их на всех лопастях соединены с соответствующим выходом блока управления 5, причем в одной из цепей управления тиристорными ключами установлен блокирующий ключ 6, а первый, второй и третий входы блока управления - с выходами операционных усилителей 4. Пятый и шестой входы блока управления 5 соединены с сигнализатором обледенения 7 и датчиком температуры 8 через преобразователь 9, управляющий вход блокирующего ключа 6 соединен с выходом преобразователя сигнала 9 датчика температуры 8 (фиг.1). Тиристорные ключи 2 подключены к трем фазам А, В и С источника переменного тока по схеме “треугольник” (фиг.2). Теплоэлектрические нагреватели 1 смонтированы попарно на всей длине лопасти и соединены проводниками 10 в концевой части лопасти, при этом каждая последующая пара нагревателей охватывает предыдущую. Теплоэлектрические нагреватели 1 выполнены с переменным сопротивлением по длине лопасти (фиг.3).

Подача питания к теплоэлектрическим нагревателям 1 лопастей осуществляется по циклограмме (фиг.4).

Противообледенительная система работает следующим образом.

При образовании льда на лопасти сигнализатор обледенения 7 выдает сигнал в блок управления 5, который запускает противообледенительную систему на циклическое включение обогрева лопасти. С выходов блока управления поочередно подаются сигналы на управляющие входы тиристорных ключей 2, которые подключают группы нагревателей одного порядкового номера на всех лопастях. Благодаря переменному сопротивлению нагревателей 1 происходит равномерный сброс льда по всей длине лопасти. В зависимости от температуры наружного воздуха, величина которой в виде сигнала от датчика температуры 8 и преобразоателя сигнала 9 поступает в блок управления 5, между циклами подключения нагревателей выдерживается интервал времени. Чем ниже температура наружного воздуха, тем меньший интервал между циклами выдерживает блок управления 5. При температуре выше заданной от преобразователя 9 сигнала датчика температуры 8 включается блокирующий ключ 6, который разъединяет цепь одного выхода блока управления 5 и исключает из цикла нагревания по одному нагревателю каждой лопасти. Поскольку конструктивно каждый нагреватель соединен попарно проводниками 10, обогрев прекращается равномерно на нижней и верхней поверхностях лопасти. В процессе работы осуществляется контроль исправности системы. При нормальной работе противообледенительной системы в обмотках трансформаторов тока 3 появляется ток, который усиливается операционными усилителями 4 и поступает на соответствующие входы блока управления 5. Наличие тока заданного уровня является сигналом нормальной работы нагревателей 1 в блок управления 5. В случае возникновения короткого замыкания или обрыва фаз в группе нагревателей 1 уровень сигнала от операционного усилителя 4 становится меньше или падает до нуля, блок управления 5 размыкает управляющие входы тиристорных ключей 2, отключая тем самым неисправные нагреватели от источника питания вместе с группой нагревателей. О наличии отказов в работе противообледенительной системы блок управления 5 выдает информацию в бортовые системы контроля и регистрации.

На предложенную электротепловую противообледенительную систему разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец.

Формула изобретения

1. Электротепловая противообледенительная система, например, для лопастей вертолета, содержащая теплоэлектрические нагреватели, подключенные к трехфазному источнику переменного тока через коммутирующие элементы, трансформаторы тока, обмотками которых охвачены питающие провода теплоэлектрических нагревателей, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами коммутирующих элементов, а входы - с обмотками трансформаторов тока, отличающаяся тем, что в систему введены операционные усилители, через которые обмотки трансформаторов тока соединены с входами блока управления, при этом нагреватели выполнены попарно, каждая пара которых соединена перемычкой в концевой части лопасти с охватом внутренней пары нагревателей.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что коммутирующие элементы выполнены в виде тиристорных ключей, каждый из которых соединен с нагревателем лопасти.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагреватели выполнены длиной, равной всей длине обогреваемой поверхности лопасти.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагреватели выполнены с переменным сопротивлением по длине лопасти.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что в систему введены сигнализатор обледенения и датчик температуры с соответствующим преобразователем сигнала, которые соединены с блоком управления.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что управляющие входы тиристорных ключей подключены к выходам блока управления, соответствующих каждому порядковому номеру установки нагревателей на всех лопастях.

7. Система по пп.1 и 6, отличающаяся тем, что в систему введен блокирующий ключ, через который подключен один выход блока управления, причем управляющий вход блокирующего ключа соединен с преобразователем датчика температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4