[发明专利]一种基于超声空化的飞机防除冰系统

说明书

本发明涉及防除冰技术领域，具体公开了一种基于超声空化的飞机防除冰系统，该系统包括用于激励超声波进行空化除冰的超声波换能器阵列；所述机翼的蒙皮由具有多孔结构的多孔介质材料制成；所述蒙皮与超声波换能器阵列之间设置有空化腔；所述空化腔与蒙皮接触的一侧开有通孔；所述空化腔以及蒙皮的多孔结构内充盈有液态介质。本发明通过超声波空化效应产生的振动和热量、高压对蒙皮外的冰层进行清除。相对于现有的机械除冰、液体防/除冰、热防/除冰等方法，其除冰效率高，起效速度快，结构简单可靠。

技术领域

本发明涉及航空防除冰技术领域，具体涉及一种利用超声空化原理进行飞机防除冰的系统。

背景技术

飞机结冰问题一直是影响飞机飞行安全的重要因素，开发新型飞机的防除冰方法是保障飞行安全的重点工作。飞机结冰现象主要发生在迎风部件表面，升力部件表面、发动机进气道、风挡玻璃以及各类传感器等。

目前常用防除冰方法主要可以分为机械除冰、液体防/除冰、热防/除冰三类，这几类技术在不同的飞机或者不同的部位均有一定的应用。机械除冰的原理是在机翼表面产生机械力以破坏积冰结构；液体防/除冰主要是在飞机表面喷涂冰点抑制剂或者防冰液，冰点抑制剂和防冰液与撞击飞机表面的过冷水滴混合，导致表面温度升高实现防冰；热防/除冰主要有气热和电热两种，通过发动机引气或者电加热使飞机表面达到一定的温度从而实现防除冰。

上述除冰方法存在起效慢、效率低、结构复杂可靠性不足等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声空化的飞机防除冰系统，通过超声波空化效应产生的剧烈震动除冰。

为了解决上述所提到的技术问题，本发明具体采用以下技术方案：一种基于超声空化的飞机防除冰系统，包括用于激励超声波进行空化除冰的超声波换能器阵列；所述飞机机翼的蒙皮由具有多孔结构的多孔介质材料制成，且所述蒙皮内设置有支撑结构；所述蒙皮与超声波换能器阵列之间设置有空化腔；所述空化腔与蒙皮接触的一侧开有通孔，使得所述空化腔与所述多孔结构相连通形成超声空化腔；并且，所述空化腔以及蒙皮孔内充盈有液态介质。

其中，所述空化腔内设置有气泡监测传感器，还包括可与所述气泡监测传感器和所述超声波换能器阵列进行数据通信的补液系统控制器，以及与所述补液系统控制器进行数据通信的补液系统，所述补液系统的输液端与所述空化腔连通。

超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污物撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。

当超声波能量足够高时，存在于液体中的微小气泡（空化核）在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合的现象。

空化气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。空化气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压（5000K，1800atm），冷却速度可达109K/s。

本发明对蒙皮外表面覆盖冰层清除的原理在于利用超声波空化效应产生的高频振动、释放的热能以及密闭空化腔内空化效应产生的高压。

作为一种改进，所述多孔介质材料的孔隙率为50%~70%，并且其孔径为1μm~1000μm。

作为一种改进，所述空化腔的厚度为2mm~10mm，和/或，所述蒙皮的厚度为1mm~5mm。

作为一种改进，所述超声波换能器阵列包括若干超声波换能器；所述超声波换能器的超声波激励端与空化腔紧密接触，有利于超声波的传导。