一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法.pdf

本发明公开了一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法，采用多层聚酰亚胺胶带叠加粘贴作为绝缘层,上电极与下电极沿绝缘层两侧面错位粘贴，上电极并联与等离子体电源正极连接，下电极并联与等离子体电源负极连接，绝缘层固定在飞行器蒙皮表面凹槽内，实现飞行器表面的高效防冰。由于电极和绝缘层的厚度极小，对飞行器的气动性能的影响可忽略。应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置结构简单，电极排布可根据飞行器结冰位置的几何形状的不同灵活布置。当等离子体电源电压调节至70V，电流强度为1.5～2.5A，电极上实际加载的电压可达10KV以上，响应时间快，防冰效果好,实施方法便捷，且无污染易于实现，具有良好的应用前景。

1.  一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置，包括等离子体电源,其特征在于:还包括上电极、下电极、绝缘层，所述绝缘层采用多层聚酰亚胺胶带叠加粘接,绝缘层固定在飞行器易结冰部位蒙皮表面凹槽内；所述上电极与所述下电极沿绝缘层两侧面交错分布粘接，上电极并联通过导线与等离子体电源正极连接，下电极并联通过导线与等离子体电源负极连接，所述上电极和所述下电极均为长条形，厚度为0.035mm，上电极宽度为1～5mm，下电极宽度为8～15mm。

2.  一种利用权利要求1所述的应用介质阻挡放电等离子体防结冰的方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤1.确定电极材料和绝缘层尺寸；选用薄铜板作为电极材料，绝缘层选取厚度为0.076mm的聚酰亚胺胶带叠加粘接，叠加层大于4层以保证绝缘层不被击穿，采用绝缘胶作为粘接剂；
步骤2.将上电极、下电极与绝缘层粘接后,固定粘接在飞行器易结冰部位蒙皮表面凹槽内，且与飞行器蒙皮表面光滑平整，确保绝缘层与下电极间无空气泡；
步骤3.上电极并联与等离子体电源正极通过导线连接，下电极并联与等离子体电源负极通过导线连接；
步骤4.当飞行器遭遇易结冰的飞行环境时，打开等离子体电源开关，调节电源电压至70V，电流强度为1.5～2.5A，调节等离子体电源输出频率使输出电流达到最大，上电极开始放电，周围产生等离子体区域；
步骤5.保持等离子体电源打开状态直至飞行器离开易结冰的飞行环境；
步骤6.当飞行器飞离易结冰飞行环境时，关闭等离子体电源。

一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法
技术领域
本发明涉及用于飞行器表面防结冰的装置和方法，具体地说，涉及一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法。
技术背景
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结冰现象，而飞行器关键部位结冰已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。
目前，主要的防冰技术有电热防冰，气热防冰，化学液防冰方法。电热防冰是将电能转化为热能来加热飞行器外表面的热力防冰技术，一般分为电阻丝式和导电膜式两种，该方法可靠性较高，重量轻，易于实现，但其具有响应较慢，耗能较高的缺点。气热防冰是利用加热空气的方式加热飞行器表面的热力防冰技术，一般以发动机引气作为热源，该方法同等情况下耗能比电热防冰系统高2～3倍。化学液防冰是向飞行器表面喷射防冰液，与撞击在表面的过冷水混合，使混合液凝固点低于飞行器表面温度而达到防冰目的的一种防冰技术，该方法耗能低，系统简单，但会增加飞行器负载，限制飞行时间，并会对环境产生一定的污染。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足,克服其防结冰技术应用响应慢、耗能高、污染环境的问题，本发明提出一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置，包括等离子体电源,其特征在于还包括上电极、下电极、绝缘层，所述绝缘层采用多层聚酰亚胺胶带叠加粘接,绝缘层固定在飞行器易结冰部位蒙皮表面凹槽内；所述上电极与所述下电极沿绝缘层两侧面交错分布粘接，上电极并联通过导线与等离子体电源正极连接，下电极并联通过导线与等离子体电源负极连接，所述上电极和所述下电极均为长条形，厚度为0.035mm，上电极宽度为1～5mm，下电极宽度为8～15mm。
一种利用所述应用介质阻挡放电等离子体防结冰的方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤1.确定电极材料和绝缘层尺寸；选用薄铜板作为电极材料，绝缘层选取厚度为0.076mm的聚酰亚胺胶带叠加粘接，叠加层大于4层以保证绝缘层不被击穿，采用绝缘胶作为粘接剂；
步骤2.将上电极、下电极与绝缘层粘接后,固定粘接在飞行器易结冰部位蒙皮表面凹槽内，且与飞行器蒙皮表面光滑平整，确保绝缘层与下电极间无空气泡；
步骤3.上电极并联与等离子体电源正极通过导线连接，下电极并联与等离子体电源负极通过导线连接；
步骤4.当飞行器遭遇易结冰的飞行环境时，打开等离子体电源开关，调节电源电压至70V，电流强度为1.5～2.5A，调节等离子体电源输出频率使输出电流达到最大，上电极开始放电，周围产生等离子体区域；
步骤5.保持等离子体电源打开状态直至飞行器离开易结冰的飞行环境；
步骤6.当飞行器飞离易结冰飞行环境时，关闭等离子体电源。
有益效果
本发明提出的一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法，采用多层聚酰亚胺胶带粘接作为绝缘层,上电极与下电极沿绝缘层两侧面间隔交错分布粘贴，上电极并联通过导线与等离子体电源正极连接，下电极并联通过导线与等离子体电源负极连接，绝缘层固定在飞行器蒙皮表面凹槽内，且与飞行器蒙皮表面形成一体，实现飞行器表面的高效防冰。由于电极和绝缘层的厚度极小，对飞行器的气动性能的影响可忽略。应用介质阻挡放电等离子体防结冰装 置结构简单，电极排布可根据飞行器结冰位置的几何形状的不同灵活排布。当等离子体电源电压调节至70V时，电流强度为1.5～2.5A,实际耗能较低，而电极上实际加载的电压可达到10KV以上，响应时间快，局部的等离子体区域电场强度较高，防冰效果良好。
应用介质阻挡放电等离子体防结冰技术相比现有的防冰技术具有结构简单、不影响飞行器气动性能、响应速度快、防冰效果明显、耗能低；实施方法便捷，无污染且易于实现的优点，具有良好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法作进一步详细说明。
图1为本发明的应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置示意图。
图2为本发明的电极排布及连接线路示意图。
图3为本发明的电极排布局部放大图。
图中:
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.等离子体区域
具体实施方式
本实施例是一种应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置及方法。
参阅图1、图2、图3，应用介质阻挡放电等离子体防结冰装置由等离子体电源1和上电极2、下电极3、绝缘层4组成，绝缘层4采用多层聚酰亚胺胶带叠加粘接,绝缘层4固定在飞行器易结冰部位蒙皮表面凹槽内。上电极2与下电极3沿绝缘层4两侧面交错分布粘接，等离子体电源1的正极与并联排布的上电极2通过导线连接，等离子体电源1的负极与并联排布的下电极3通过导线连接。上电极和下电极均为长条形，厚度为0.035mm，上电极的宽度为1～5mm，下电极宽度为8～15mm。当空气中含有一定量的过冷水时，打开等离子体电源1，在电极的上方形成等离子体辉光区域，过冷水滴撞击到物面后破碎形成水膜，水膜在等离子体作用下被带离辉光区域，达到防结冰的目的。
一种利用所述应用介质阻挡放电等离子体防结冰的方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一，确定电极材料和绝缘层尺寸；
选取薄铜板作为电极材料；绝缘层选取厚度为0.076mm的聚酰亚胺胶带叠加粘接，叠加层大于4层以保证绝缘层不被击穿；采用绝缘胶作为粘接剂；
步骤二，将上电极2、下电极3与绝缘层4粘接后,固定粘接在飞行器易结冰部位蒙皮表面凹槽内，且与飞行器蒙皮5表面光滑平整，确保绝缘层4与下电极3间无空气泡；
步骤三，上电极2并联且与等离子体电源1的高电压输出端口通过导线连接，下电极3并联且与等离子体电源1的低电压输出端口通过导线连接；
步骤四，当飞行器在空中遭遇结冰的飞行环境时，打开等离子体电源1开关，调节电源电压至70V，电流强度为1.5～2.5A，调节等离子体电源输出频率使输出电流达到最大，电极放电，使周围产生等离子体区域6；空气中的过冷水滴撞击在等离子体区域6，在等离子体作用下不能发生相变结冰并被带离该区域。
步骤五，保持等离子体电源打开状态直至飞行器飞离易结冰的飞行环境；
步骤六，当飞行器飞离易结冰飞行环境时，关闭等离子体电源。