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电脉冲除冰国内外研究概况

2022/07/16228 作者:佚名
导读:电脉冲除冰国外研究概况 电脉冲技术应用在飞机除冰领域的想法在二战时期由德国常驻英国的科学家RudolfGoldschmidt提出,并在1937-1939年连续申请了几项专利,之后却没有引起多少关注。 1950-1960年问,电脉冲技术仍然主要应用于金属变形,并没有真正运用在飞机除冰领域中。 直至1965年,前苏联能源与电气部的Levin博士首次发表电脉冲除冰系统应用于飞机除冰的可行性的论文。此后迎

电脉冲除冰国外研究概况

电脉冲技术应用在飞机除冰领域的想法在二战时期由德国常驻英国的科学家RudolfGoldschmidt提出,并在1937-1939年连续申请了几项专利,之后却没有引起多少关注。

1950-1960年问,电脉冲技术仍然主要应用于金属变形,并没有真正运用在飞机除冰领域中。

直至1965年,前苏联能源与电气部的Levin博士首次发表电脉冲除冰系统应用于飞机除冰的可行性的论文。此后迎来了电脉冲除冰技术研究的高峰期。

20世纪70年代初,前苏联在不少西方国家申请了电脉冲除冰技术专利。白前苏联研发至今,一共发展了三代电脉冲除冰系统,主要安装在伊尔(IL)系列飞机上,具体如下:

(1)第一代电脉冲除冰系统

在地面研究第一代电脉冲除冰系统的除冰性能时,首先在长2.5米的IL-62的机翼截面内侧安装了4个脉冲线圈单元进行相关试验。试飞时将电脉冲除冰系统安装在IL-18匕机上,第一次试飞在1967年夏天,实验温度-9 度~-39度 ,液态水含量0.2~2.4克/立方米,完全除冰需激发系统2~3次,每次间隔1~2秒。在第二次测试阶段,飞机运行时长6小时10分,结冰气象时长2小时,环境温度-7~10度,结冰强度0.5~2.5mm/min。1969年秋天全球飞机演习时,一架装有电脉冲除冰系统的IL-18飞机完成了各项白然结冰条件下的测试,并证实了电脉冲除冰系统在0~-50℃时具有完美的除冰功效。1970年春天,电脉冲除冰系统通过了USSR空气动力与飞机工程部(Ministry of Aircraft Engineering)测试。这架装有电脉冲除冰系统的IL-18机自1969年运行至1980年期间,各项测试性能都表现完好。

(2)第二代电脉冲除冰系统

第二代改进的电脉冲除冰系统安装在可以容纳350个座位的客机IL-86上进行试飞并获得了成功。在此基础上,再次完善电脉冲除冰设备,一架IL-76飞机安装了173个脉冲线圈,总工作时长达458000小时,该系统顺利获得了民航使用证书。第二代电脉冲除冰系统测试的结冰环境温度为0~40摄氏度,该系统并不会影响飞机结构。

(3)第三代电脉冲除冰系统

在第二代基础上进一步减小了能量消耗与起匕重量。安装了第三代电脉冲除冰系统的IL-103飞机的测试结果表明,除冰设备总重量不超过第二代电脉冲除冰系统的1/10,且符合FAR25与FAR23标准。

前苏联时期,飞机电脉冲除冰技术销售员积极向西欧国家推销该系统,但技术却保密周全,他国很难搜集其相关设计研究资料。受前苏联电脉冲除冰系统研发成果的鼓舞,法国(Air-Equipment division of DBA)、英国(Lucas Aerospace and B.A.C.)和美国(Lockheed andMcDonnell-Douglas)的不少公司也开始投入该系统的研究,但由于各种原因,该研发断断续续以致最终放弃,致使他们的研究人员没有充分掌握电脉冲除冰系统的设计理论。

20世纪70年代末,美国FAA也对电脉冲除冰系统产生了一定兴趣,为此美国刘易斯研究中心专门成立项目组开发电脉冲除冰系统,以Wichita州立大学为主要研究团队,历时10余年,开发了一套电脉冲除冰系统电路参数设计程序。他们进行了多项包括发动机进气口与机翼等部位的除冰实验,并申请了系列专利,同时也开始论证该系统的飞行安全性,且着手研究低电压脉冲除冰技术。但其研究工作并不如俄罗斯彻底,理论应用不具有普遍性。

20世纪90年代以后,尽管仍有研究人员对电脉冲除冰系统孜孜不倦进行研究,但该系统由于研究经费与技术难关等方面原因使得该系统的发展又进入一个低迷期,再加之安全性论证的缺乏限制了该系统的推广。即使如此,目前俄罗斯装载了电脉冲除冰系统的伊尔系列飞机依旧表现出良好的运行前景,于是电脉冲除冰系统燃起了我国的研发热情。

电脉冲除冰国内研究概况

国内对电脉冲除冰技术的发展研究起步较晚。南京航空航天大学裘燮纲教授于1993年在《南京航空航天大学学报》上发表了电脉冲设计参数研究一文。但由于该技术研发的难度以及缺少经费支持一直没有引起重视。直至21世纪初,由于全球节能的需要与飞机除冰系统多样化的研究,国内才逐渐留意飞机除冰领域中的具有低能耗的电脉冲除冰系统,于是南京航空航天大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校以及研究院所对该项技术展开了研究。

2007-2008年杜蓦硕士首次搭建了南京航空航天大学地面电脉冲除冰实验台,利用铜线裁剪出脉冲导线并绕制了电脉冲电感线圈,设计了可以实现300mm X300mm的除冰实验台,主要采集了脉冲电路的电流峰值并进行了加速度实验。该系统完成了电路的初步探究,证实了脉冲放电技术用于除冰的可行性。不足之处在于,该系统脉冲线圈的制作繁琐,系统的电压可调范围有限,最大放电电压为450V,电容量一定,只能装载单个脉冲线圈,除冰范围非常小。

北京航空航天大学姚远等人也在尝试电脉冲除冰系统的研究,尽管开始采用时域电流分析方法,但其电磁场及电感研究主要沿用美国Wichita大学的分析思路,在理论突破上具有一定局限性。

西北工业大学吴小华等人也对该系统做了调研,试图运用电磁涡流场的求解方法研究电脉冲除冰系统的影响因素,但并没有解决电磁脉冲力不均匀分布的问题;张文杰等人也开始关注冰层失效范围,却只简单用动力学分析了冰一铝板界面之问的应力状态。

中航科技某厂试制了电脉冲除冰系统的螺旋式脉冲电感线圈,取得了小试件机翼断面除冰的成功,但因缺乏理论分析指导阻碍了研究的进一步发展。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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