[发明专利]气动脉冲阀及分离系统

说明书

本发明涉及一种气动脉冲阀及包括这种阀的流体脉冲分离系统。更具体来说，本发明涉及一种能够提供压缩流体的极快动阀，以及适于为飞机前缘表面除冰的流体脉冲分离系统。

从动力航空的开始，在某些飞行条件下，飞机就会遇到冰在飞机部件如机翼和翼间支柱表面积聚的问题。如不控制，冰的这种积聚最终会使飞机负载过重，使飞机翼面和操纵面形状改变，以至突然陷入无法飞行的状态。为防止和/或除去在飞行条件下这种冰的积聚已研究出三大类除去积聚的冰的方法，通称为除冰法。

在一种称为热除冰的除冰方式中，加热前缘以松弛积聚的冰和飞机部件之间的附着力。本说明书中所用“前缘”一词的意思是指飞机上那些生成冰的，受掠过飞机气流冲击的，具有一点或一线气流停滞的缘。附着力一旦松弛，冰就会被掠过飞机的气流吹离飞机部件。加热前缘有两种常用方法。在称为电除冰的方法中，将电加热件放置在飞机部件的前缘区域，将其包在套在前缘上的弹性套内，或装入飞机部件的表层结构中。这种加热件一般使用的电能是由一个或多个飞机发动机驱动的发电装置提供的，并被接通和断开以提供松动积冰的热量。在小型飞机中，使用电热除冰法没有足够的电力供应。在另一种加热方法中，来自涡轮发动机的一个或多个压缩级的高温气体循环通过如机翼、翼间立柱等部件前缘，以便获得除冰或防止结冰的效果。这种方法一般只用于使用涡轮发动机的飞机，从涡轮发动机的一个或多个压缩级排出高温压缩气体。这种方法会降低燃料的经济性并降低发动机的功率输出。

第二种常用的除冰方式是化学法。在有限的情况下，在飞机整体或局部使用化学品来降低冰在飞机上的附着力或降低水在飞机表面上的冰点。

另一种常用的除冰法一般称为机械式除冰法。一种机械式除冰装置包括电机械锤击，见美国专利第3，549，964号。长期受锤击易使飞机表面发生应变疲劳，这种忧虑使这种技术无法得到显著的商业进展。

另一种电机械式除冰系统见于美国专利第4，690，353号。一个或多个交搭的挠性导体带，每条都向后折叠并嵌入弹性材料中。当强大电脉冲送入导体带时，在导体带相邻的反向段中的反并行电流产生相互作用的电磁场，从而在交搭的导体段之间产生电排斥力，使其瞬时分离。这种膨胀倾向于除去在弹性材料表面上的任何固体。

但是，主要的商业上的机械除冰装置称为气动除冰装置，其中，飞机的机翼或翼间立柱的前缘区域覆盖许多可膨胀的基本呈管形的结构，当用流体（一般是空气）加压时，可充气膨胀。当充气时，管形结构使机翼或立柱的前缘形状显著膨胀，并使其上积聚的冰碎裂而散入掠过飞机部件的气流中。一般来说，这种管形结构的形状基本平行于飞机前缘。这种普通的低压气动除冰装置是用具有类似橡胶的性质或称弹性的材料制成的。一般来说，制造这种除冰结构上的可膨胀管的材料在充气膨胀循环中，可膨胀或拉伸40%以上，因而使除冰装置以及前缘的形状发生显著变化，从而使前缘上积聚的冰碎裂。这种普通的气动除冰装置需要大量空气使其可高度膨胀的管充气，一般来说并从历史上来看，使这种管充气的时间平均为大约2至6秒钟。管膨胀形成的翼面形状的变形可显著地改变掠过翼面的气流模型，有害于翼面的升力特性。制造这种普通气动除冰器的橡胶或类似材料一般要具有大约6900Kpa的杨氏弹性模量。据各种报告称，冰的弹性模量在大约275，000Kpa和大约3，450，000Kpa之间。人们知道冰所具有的弹性模量可使一般积聚的冰能够适应支承冰的表面形状的微小变化，不过，普通除冰器所用橡胶材料的弹性模量大大低于一般冰的弹性模量。普通除冰器的显著膨胀能使积聚的冰的结构碎裂，从而被冲击气流吹掉。