直升机旋翼防除冰装置 【技术领域】
本发明涉及一种直升机旋翼防除冰装置，属直升机安全防护技术领域。
背景技术
直升机的飞行高度多处于6000m以下，在此高度范围内，经常会遇到雨雪冰霜等恶劣天气，大气中的液态水含量也较高，这些都会使直升机在执行任务期间遭遇结冰的危险。直升机的旋翼既是升力部件，同时也承担着操纵等主要功能，桨叶表面结冰将直接威胁直升机的安全，必须对其采取防护措施，见：傅见平.直升机防冰技术研究.飞行力学，2005和王宗衍.直升机的防冰问题.直升机技术，2001。
为了防止旋翼桨叶结冰带来的严重影响，有两个措施：一是采用防冰措施使得过冷水滴不能在旋翼桨叶上凝结成冰；一是采用除冰的措施，在除冰过程中允许结一定厚度的结冰，然后除冰。直升机旋翼桨叶防除冰方法主要有气动除冰、热气除冰、微波除冰、液体防冰及电热除冰等除冰方法。电热除冰是在旋翼桨叶前缘布置电加热除冰元件，见艾剑波，邓景辉，刘达经.直升机旋翼桨叶除冰结构设计.直升机技术，2005，电热除冰采用周期性的通电加热方式除去旋翼桨叶前缘的结冰，该方法成熟，结构简单，使用时间不受限制。
艾剑波等人在其论文中介绍了直升机除冰加热组件的结构、材料及其在旋翼上的布置方式，还讨论了除冰组件对旋翼桨叶静、动特性和强度的影响。常士楠等人在常士楠，刘达经，袁修干.直升机旋翼桨叶防/除冰系统防护范围研究.航空动力学报，2007中通过分析表面各项热流，计算表面温度为零时极限结冰状态的临界速度，确定了桨叶展向结冰防护范围为沿展向从翼根到翼尖0～95％；采用分析水滴在气流场中运动的拉格朗日法计算水滴撞击特性，确定桨叶弦向结冰防护范围为上表面12％，下表面33％。刘正江等人在刘正江，顾寒，戴金花，刘福华，李新民.桨叶除冰碳纤维加热组件温热特性试验技术研究.测控技术，2009中对桨叶除冰碳纤维加热组件的温热特性进行了实验研究，取得了第一手的试验数据。
国内关于直升机防除冰系统的研究集中在除冰加热组件的结构、性能和布置上，均未能提供整套防除冰系统的方案。除冰加热组件只是直升机旋翼防除冰系统的执行部件，需要和相应的控制系统和配电系统相配合，共同组成直升机旋翼防除冰系统，执行旋翼防除冰任务。
【发明内容】
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种直升机旋翼防除冰装置。
本发明的直升机旋翼防除冰装置，包括结冰探测器、结冰速率解算器、大气温度传感器、防除冰控制面板、数字式防除冰控制器、主旋翼配电器、尾翼配电器、主旋翼除冰组件、尾翼除冰组件、一号交流电源和二号交流电源；
结冰探测器安装在主旋翼前侧，用于探测主旋翼的结冰程度，结冰探测器通过电缆连接结冰速率解算器，结冰速率解算器与数字式防除冰控制器用电缆连接，结冰速率解算器向结冰探测器提供激励信号和加热电源，结冰速率解算器根据结冰探测器探测的结冰程度信号，解算出此时主旋翼结冰中液态水的含量信号，并将液态水含量信号发送给数字式防除冰控制器；
大气温度传感器安装于直升机机头，通过电缆连接数字式防除冰控制器，将测量到得大气温度信号传送给数字式防除冰控制器；
防除冰控制面板通过电缆连接数字式防除冰控制器，防除冰控制面板控制直升机旋翼防除冰装置的启动、停止和工作方式，对数字式防除冰控制器输出开关信号和工作方式信号；
数字式防除冰控制器输出的主旋翼配电器控制信号和尾翼配电器控制信号分别输入到主旋翼配电器和尾翼配电器；
主旋翼配电器连接主旋翼除冰组件，尾翼配电器连接尾翼除冰组件，主旋翼配电器连接一号交流电源，尾翼配电器连接二号交流电源。
本发明的优点在于：
本发明中所述的直升机旋翼防除冰装置，保证直升机在恶劣天气条件下安全飞行，避免因为外界温度过低或水含量太高引发旋翼结冰，影响旋翼气动外型，造成安全事故。
【附图说明】
图1是本发明的直升机旋翼防除冰装置连接示意图；
图2是本发明的数字式防除冰控制器的连接示意图；
图3是本发明的主旋翼配电器的连接示意图。
图中：
1-结冰探测器 2-结冰速率解算器 3-大气温度传感器 4-防除冰控制面板
5-数字式防除冰控制 6-一号交流电源 7-主旋翼配电器 8-尾翼配电器
器
9-二号交流电源 10-主旋翼除冰组件 11-尾翼除冰组件 12-固态继电器A
13-采样保持电路 14-A/D转换器 15-固态继电器B 16-防除冰控制单片
机
17-存储器 18-主旋翼控制信号 19-尾翼控制信号光 20-固态继电器C
光电隔离电路 电隔离电路
21-三相交流电入口 22-三相交流电出口
【具体实施方式】
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种直升机旋翼防除冰装置，如图1所示，包括结冰探测器1、结冰速率解算器2、大气温度传感器3、防除冰控制面板4、数字式防除冰控制器5、主旋翼配电器7、尾翼配电器8、主旋翼除冰组件10、尾翼除冰组件11、一号交流电源6和二号交流电源9。
结冰探测器1安装在主旋翼前侧，用来探测主旋翼的结冰程度，结冰探测器1通过电缆连接结冰速率解算器2，结冰速率解算器2与数字式防除冰控制器5用电缆连接，结冰速率解算器2向结冰探测器1提供激励信号和加热电源，结冰速率解算器2根据结冰探测器1探测的结冰程度信号，解算出此时主旋翼结冰中液态水的含量信号，并将液态水含量信号发送给数字式防除冰控制器5；
大气温度传感器3选用凯装铂电阻，安装于直升机机头，通过电缆连接数字式防除冰控制器5，将测量到得大气温度信号传送给数字式防除冰控制器5。
防除冰控制面板4通过电缆连接数字式防除冰控制器5，防除冰控制面板4控制直升机旋翼防除冰装置的启动、停止和工作方式，对数字式防除冰控制器5输出开关信号和工作方式信号。
数字式防除冰控制器5输出的主旋翼配电器控制信号和尾翼配电器控制信号分别输入到主旋翼配电器7和尾翼配电器8。
主旋翼配电器7和尾翼配电器8相同，主旋翼配电器7连接主旋翼除冰组件10，尾翼配电器8连接尾翼除冰组件11，主旋翼配电器7连接一号交流电源6，尾翼配电器8连接二号交流电源9。
数字式防除冰控制器5如图2所示，包括采样保持电路13、A/D转换器14、防除冰控制单片机16、主旋翼控制信号光电隔离电路18和尾翼控制信号光电隔离电路19。
大气温度传感器3输出的大气温度信号和结冰速率解算器2输出的的液态水含量信号输入至采样保持电路13，采样保持电路13对两个输入信号进行降噪处理，信号稳定后传输至A/D转换器14，大气温度信号和液态水含量信号由A/D转换器14转化为数字信号，将两个数字信号输入防除冰控制单片机16，防除冰控制面板4对防除冰控制单片机16输出开关信号和工作方式信号，防除冰控制单片机16经过控制律解算后发送主旋翼控制信号至主旋翼控制信号光电隔离电路18、发送尾翼控制信号至尾翼控制信号光电隔离电路19，主旋翼控制信号和尾翼控制信号经过光电隔离后转化为主旋翼配电器控制信号和尾翼配电器控制信号。防除冰控制单片机16还连接存储器17，防除冰单片机16周期性地将由A/D转换器14得到的大气温度信号和液态水含量信号存入存储器17。
主旋翼配电器如图3所示，包括三相交流电入口21，固态继电器A12、固态继电器B15、固态继电器C20和三相交流电出口22。三相交流电入口21连接一号交流电源6，一号交流电源6为主旋翼配电器7提供三相交流电源，主旋翼配电器控制信号输入至固态继电器A12、固态继电器B15、固态继电器C20，当主旋翼配电器控制信号为高电平时，三个固态继电器闭合，三相交流电入口21与三相交流电出口22导通，主旋翼除冰组件10通电工作，对主旋翼加热；当主旋翼配电器控制信号为低电平时，三个固态继电器打开，三相交流电入口21与三相交流电出口22之间关断，主旋翼除冰组件10停止加热工作。尾翼配电器8的三相交流电入口连接二号交流电源9，二号交流电源9为尾翼配电器8提供三相交流电源，尾翼配电器8的的输入信号为尾翼配电器控制信号，控制尾翼除冰组件11工作同主旋翼配电器7。
主旋翼除冰组件10和尾翼除冰组件11相同，主旋翼除冰组件10包括内隔离层、加热电阻元件和外隔离层，主旋翼除冰组件10安装在主旋翼前缘包铁和外部蒙皮之间，内隔离层为绝热材料，外隔离层为绝缘材料，加热电阻元件的应阻值稳定并能承受较大的交变应力。尾翼除冰组件11位于尾翼前缘包铁和外部蒙皮之间。
防除冰控制面板4控制直升机旋翼防除冰装置的工作方式，所述的工作方式包括自动除冰和半自动除冰。
当直升机旋翼防除冰装置为自动除冰方式时，数字式防除冰控制器5周期性地采集结冰速率解算器2和大气温度传感器3提供的液态水含量和大气温度信号，经过内部控制律解算得到主旋翼除冰组件10和尾翼除冰组件11的加热时间和关断时间，然后分别驱动主旋翼配电器7和尾翼配电器8的通断。当主旋翼配电器7闭合时，一号交流电源6与主旋翼除冰组件10接通，主旋翼除冰组件10中的加热元件发热对主旋翼进行除冰。当尾翼配电器8闭合时，二号交流电源9与尾翼除冰组件11接通，尾翼除冰组件11中的加热元件发热对尾翼进行除冰。
当直升机旋翼防除冰装置为半自动方式时，数字式防除冰控制器5输入地液态水含量信号通过防除冰控制面板4进行设定，数字式防除冰控制器5周期性地采集大气温度传感器3提供的大气温度信号，经过内部控制律解算得到主旋翼除冰组件10和尾翼除冰组件11的加热时间和关断时间，然后分别驱动主旋翼配电器7和尾翼配电器8的通断。当主旋翼配电器7闭合时，一号交流电源6与主旋翼除冰组件10接通，主旋翼除冰组件10中的加热元件发热对主旋翼进行除冰。当尾翼配电器8闭合时，二号交流电源9与尾翼除冰组件11接通，尾翼除冰组件11中的加热元件发热对尾翼进行除冰。