[发明专利]采用环路热管的民机防冰除冰方法

说明书

技术领域

本发明属于民机的防冰除冰技术领域，具体涉及一种采用环路热管的民机防冰除冰方法。

背景技术

飞机在结冰气象条件下飞行时，容易发生结冰现象，结冰一直是飞机失事的主要起因之一。常见的需要采取防冰与除冰技术的飞机部位主要有风挡、空速管、螺旋桨、直升机旋翼，机翼、尾翼、发动机进气道前缘及进气部件。

一般来说，对于待保护表面积较大、防冰要求较高的机翼、发动机进气道前缘等部件，常采用气热防冰技术；对待保护表面积较小、防冰要求较低的尾翼、螺旋桨等部件，可采用电热周期除冰技术；对不允许结冰而且耗电功率不大的风挡、空速管等部件，则多采用电热防冰技术。电脉冲除冰技术兴起于六十年代末，由于系统有重量较轻、耗电功率小、除冰效果良好等特点，许多现代飞机上依然使用该技术。当前飞机上使用最为广泛是热力防冰技术，现代民航客机大多采用涡扇式发动机压气机的引气直接用于大翼或水平安定面前缘及发动机整流罩的热防冰。然而这种防冰除冰方法所使用过的热空气排到大气中，造成了热量的大量浪费，热量利用率较低。而且热空气由于从发动机压气机引气，造成了发动机的可用推力的减小，降低了飞机的飞行性能。

环路热管是一种高效的两相传热装置，它利用蒸发器1内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，能够在小温差、长距离的情况下传递大量的热量，图1为环路热管结构示意图，图1中的箭头表示环路热管内部工质的流动方向，环路热管由蒸发器1、蒸汽管线2、储液器3、液体管线4、冷凝器5五个部分组成。蒸发器1是环路热管的核心部件，实现从热源吸收热量和提供工质循环所需毛细动力这两项主要功能。它主要包括蒸发器管壳、主毛细芯和液体引管，主毛细芯外侧的轴向槽道称为蒸汽槽道，毛细芯内侧为液体干道，主毛细芯是蒸发器1的核心部件，提供工质循环的动力，提供液体蒸发界面以及实现液体供给，同时起着阻隔芯外产生的蒸气进入储液器3的作用。主毛细芯一般是使用微米量级的粉末通过烧结等工艺成型，形成微米量级的孔径。蒸发器1产生的蒸汽经过蒸汽管线2进入冷凝器5，在冷凝器5放出热量冷凝成液体。蒸汽管线2和液体管线4一般为光滑内壁的柔性细管，起到连接蒸发器1和冷凝器5的作用。工质在光管内流动阻力小，且管线易弯曲、便于安装。储液器3对于环路热管具有两点重要作用：其一，保证启动时能对主毛细芯进行有效供液；其二，适应运行中蒸发器1上热载荷变化引起的系统气液分布变化。

现有的热空气加热方式是将发动机的引气直接送往用于防冰、除冰的部件进行加热，使用之后的空气排到了大气中。在飞机上，空调系统所用的空气来自于发动机引气，这部分引气本身需要冷却，而现在民机上是通过多级换热器完成引气冷却，将热量以废热的形式排到大气中。

发明内容

本发明的目的是解决现有民机防冰除冰技术的不足，提供一种采用环路热管采集民机上废热进行民机防冰除冰的方法，将环路热管技术应用到民机防冰除冰领域，该方法可以大大提高民机的热量利用率，减少从发动机压气机的引气，提高发动机的可用推力，提高民机的飞行性能，尤其是提高民机的经济性。

本发明提供的采用环路热管的民机防冰除冰方法，具体包括以下步骤：

步骤一：确定民机需要防冰除冰部件结冰防护范围、计算防冰除冰部件所需的最大防冰除冰热载荷Q；

步骤二：安装换热装置确定防冰除冰的热源；

所述换热装置安装在高温引气到达空调系统之前的发动机短舱或者安装在机身内，具体安装位置根据环路热管传热的最大功率、最大传输距离及换热装置的尺寸确定；

将民机上送往空调系统的高温引气中的热量作为热源，通过换热装置将高温引气热量对流换热给环路热管上的蒸发器；

步骤三：选择环路热管确定其数量；

根据步骤一确定的防冰除冰所需的总热载荷Q及步骤二确定的换热装置的位置选择环路热管，要求所选择的环路热管能够将所需热量从换热装置的位置传输到防冰除冰部件的位置；

选择环路热管主要有以下几个方面：

(1)环路热管的工作温度要求在100℃以上；

(2)环路热管的蒸汽管线及液体管线的长度要求大于或者等于步骤二中换热装置的位置与民机防冰除冰部件的路线长度；

(3)环路热管的尺寸参数以及数量要根据防冰除冰所需的总热量、高温引气的参数及安装空间的限制综合考虑，进行选择；单个环路热管的传热量为q，若Q＞q，则环路热管的数量为大于或等于Q/q；若Q≤q，则环路热管数量为1；

步骤四：环路热管冷凝器及蒸发器在民机上的安装和布置；