《红外除冰新》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外除冰新（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!分类号 编 号 U D C 密 级 中国民航飞行学院毕业设计（论文）题 目 基于红外加热技术的飞机除冰研究 民机碳纤维复合材料表面镀铜工艺与导电性能研究 民机碳纤维复合材料表面镀铜工艺与导电性能研究 民机碳纤维复合材料表面镀铜工艺与导电性能研究 Study on civil aircraft deicing based on infrared heating technology 作者姓名 谷勇澔 专业名称 飞行器动力工程 指导教师姓名及职称 秦文峰 教授 提交日期 年 月 日 答辩日期 年 月 日 答辩委员会主任 评 阅 人 年月日 感谢阅读本文档
2、，希望本文档能对您有所帮助!基于红外加热技术的飞机除冰研究学生：谷勇澔 指导教师：秦文峰 摘 要 目 录摘 要2第1章 绪论4飞机积冰及除冰概述4飞机结冰现象4飞机结冰的危害5当代飞机除冰的必要性5飞机除冰的方法6传统的飞机除冰方法介绍6对传统飞机除冰方法的分析6新型防除冰技术的发展7对红外加热除冰技术的特点及可行性分析8论文的研究意义和目的9第二章 实验原理与方法11红外加热技术概况11红外加热技术除冰的原理11红外线加热管辐射红外线的能力与作用11实验仪器及设备12选取实验中的单一变量12红外辐射距离13冰块表面积13不同材料的升温特性13融冰水的存在14不同材料的疏水性能15设计红外加热
3、除冰研究的实验方案16第三章 实验结果与讨论18具体实验操作18改变实验参数18实验参数对红外加热除冰效果的影响及分析183.红外辐射距离对红外加热除冰效果的影响18冰块表面积对红外加热除冰效果的影响20不同材料的升温特性对红外加热除冰效果的影响21融冰水的存在对红外加热除冰效果的影响24不同材料的疏水性能对红外加热除冰效果的影响26第四章 结论27第1章 绪论1.1飞机积冰及除冰概述飞机积冰是指在飞机机体表面某些部位冰层聚集的现象，它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷雨碰到飞机机体后结冰形成的，也可由水汽直接在机体表面凝华而成，分为毛冰、明冰、混合冰、霜状冰四种不同类型。积冰会严重破坏飞机的空
4、气动力性能，且易造成设备失灵，因此在一些国家的秋冬季被视为飞行安全的“天敌”。在飞机积冰造成的后果如此严重的情况下，为飞机除冰则成为了民航界急需关注的重要工作，只有去除掉飞机机体表面的冰层，恢复其清洁外表，再结合防冰措施，才能使飞机以良好性能正常工作。当前世界民航界常用除冰的方法有除冰液除冰、机械除冰、电热除冰等，其中使用除冰液在我国是最常用到的除冰方法。随着科技不断进步，越来越多的新技术不断尝试去运用在飞机除冰工作上，红外加热技术就因其众多优点，被认为在除冰领域极具应用前景。飞机结冰现象飞机在云、雾、雨或雪气象条件下飞行时，由于水滴冻结或水汽凝结而在飞机的机翼、机身、发动机进气道、螺旋桨、直
5、升机旋翼、机外传感器等表面聚集成冰层，称这种现象为飞机结冰现象（aircraft ice accretion）。美国联邦航空条例（FAR）和航空信息手册（AIM）将结冰强度划分为四个等级，以用于说明结冰情况的严重性，在实际飞行中经常用整个飞行过程中所结冰层的厚度来划分属于哪一类强度。冰层厚度小于5cm的为微量结冰，5.1-15cm的为轻度结冰，15.1-33cm的为中度结冰，大于30cm则为严重结冰。飞机各结冰表面的形状不同，因此在相同条件下其结冰强度也有所不同。图 1.1 飞机结冰实景Fig 1.1 Aircraft iceing飞机结冰的危害飞机结冰会严重降低飞机的飞行性能，给飞行安全打来
6、不同程度的危害，严重时更会导致坠机事故而给社会带来严重的经济损失和情感伤痛，这类安全事故屡见不鲜。2004年11月21日，在包头一家CRJ200由于结冰，起飞后很短时间内坠机，导致机上53人、地面2人死亡。2009年2月12日，在美国纽约州布法罗市，一架冲8由于飞机机翼迅速结冰，导致飞机失速造成机上49人、地面1人死亡。并且不同部位的结冰，有不同的特点，会给飞行安全带来不同程度的危害。升力面结冰使飞机的稳定性受到影响，飞机操纵面和平尾结冰使飞机的操纵性能恶化，当飞机具有高效能的机翼结构时，发生结冰时造成的后果更加严重。发动机进气道及进气部件结冰，可以导致内表面气动特性的恶化所引起的一系列降低飞
7、行性能的状况，如果发展下去，轻者会使发动机功率降低，重者能造成发动机的损坏。飞机的风挡玻璃结冰后，虽然对启动特性影响较小，但降低了其透明度，使得目测飞行变得困难，在起飞着陆时相当危险。飞机上的天线装置结冰后，可能发生机械折断，使机上通信设备和一些电子设备工作失效，中断与地面的联系。当空气压力感受器（全、静压管）结冰，将导致速度表、高度指示器、迎角指示器、升降速度表、M数指示器这样一些重要驾驶仪表失效。因此可见，飞机结冰成了影响冬季飞行安全的重要因素，为保证飞机在冬季能安全起降，必须对飞机进行除冰。 当代飞机除冰的必要性飞机结冰的温度和高度范围一般分别为零下20度以下和7千米，这是因为当温度低于
8、零下20度后，在大气中过冷水滴的含量很小所以结冰的概率不大，高度高于7千米时亦是如此，且飞机在空中高速飞行时由于其气动加热的原因，机体表面温度高于0摄氏度。如今的飞机都相当先进，巡航高度一般早已超过了飞机容易发生结冰的高度，不过在起飞、爬升、空中盘旋和下滑时，比较严重的飞机结冰现象依然会有几率出现，它无疑对飞行安全产生重大影响。因此在了解了飞机结冰的机理并采取与之相对应的预防措施及处理措施，具有非常重要的意义。因此如今的飞机，特别是商用飞机，为了保证飞机在结冰气候条件下的飞行安全，同时满足适航条例，高效的结冰防护系统必不可少。1.2飞机除冰的方法 飞机的防冰/除冰技术一直是飞机系统设计与飞机维
9、护的重要课题，它可以使飞机高效的解除结冰状态。随着现代飞机技术的高速发展，人们渐渐地意识到了传统除冰方法存在的不足，有待改善，因此不断的研究和开发着更新型有效的除冰技术，希望可以达到最佳的除冰效果，保证航班的安全飞行。传统的飞机除冰方法介绍传统的的飞机除冰方法包括除冰液除冰、机械方法除冰、电热技术除冰等。1.除冰液除冰：向飞机喷洒除冰液，它是利用冰点降低的原理，将大量的化学物质，如含乙二醇和丙二醇等液体的混合物喷洒到飞机的工作表面上，如机翼、方向舵、副翼和平衡器等进行除冰防冻。2.机械方法除冰：指用机械的方法破坏冰层结构及其与表面的黏附力，然后由气流吹走残余的积冰。常见的方法有膨胀管出冰系统和
10、电脉冲除冰系统。（1）膨胀管出冰系统：它是最早的机械除冰系统，利用管内交替充气和放气，使得导管产生交替的膨胀和收缩，将附着在管外的冰破碎成小块且破坏了冰与管表面的附着力，然后利用外力将冰出去。除冰后，膨胀管收缩，以保持既定的气动力外形。（2）电脉冲除冰系统：整个系统由脉冲电路模块、冲击发生模块和感应线圈组成，在金属蒙皮下方安装脉冲线圈，利用瞬间放电技术在金属蒙皮上形成电磁涡流场，使蒙皮产生脉冲电磁力，该电磁力导致蒙皮快速振动并使冰层发生形变而破裂或者脱落。：电热除冰技术是将电能转变为热能，加热部件表面从而融化冰块的技术。此系统一般是由电源、选择开关、过热保护装置，及加热元件等组成。系统可靠性高
11、，易于实现自动化。对传统飞机除冰方法的分析1.除冰液除冰：向飞机喷洒除冰液虽是在我国最常见的飞机除冰方法，但仍具有明显缺陷。目前我国机场未对除冰废液进行处理就排放到周围环境中，二醇有机物本身具有一定的毒性，大量的排放会对机场周围的生态环境造成不良的影响，且喷洒防冰液用量大、有效时间短、除冰效果差，已日渐无法满足当今人们的要求。图 1.2 除冰车喷洒除冰液Fig 1.2 Spray the aircraft decing fluid2.机械方法除冰：膨胀管除冰系统虽然具有工作可靠且节省能量的优点，但他的弱点是由于除冰时的胶管凸出，时间久后必然会破坏掉原来的气动力外形，致使阻力变大，因此不能适用于
12、现代的高速飞机，而且膨胀管除冰不能很彻底的除冰，还会有一些残留冰，这更使得阻力增加；电脉冲除冰系统工作温度范围大，所需能量仅为电热除冰系统的的十分之一，相较之下相当节能，重量轻结构紧密，且系统稳定高效不产生积冰，技术具有众多优点收到国内外相关领域广泛关注，但同时，电脉冲除冰系统是一种利用电磁进行除冰的机械除冰方法，多次振动所导致的结构的疲劳与电磁场产生的电磁辐射都需要进一步的研究讨论，只有解决了这些问题，电脉冲除冰系统才能更好的应用。3.电热技术除冰：电热系统属于较复杂的系统，虽然重量轻但还是增加了整机的重量，相对于其他除冰方法方法消耗电能巨大，系统工作时冰块融化易引起二次积冰，影响飞行性能，
13、且由于当前技术有限，现在常用的加热元件材料不锈钢箔电热转化效率低也是尚待解决的难题。新型防除冰技术的发展随着民航业不断发展，传统的飞机除冰技术虽然目前新时代发展的较为成熟，但也各自存在缺点，已无法满足人们更加高的需求，飞机产业发展迫切需要一种环保、可靠、高效的飞机防除冰技术。下面介绍几种新型防除冰技术做出简要介绍。1.超声波结冰防护技术：它也被称为超声振动结冰防护技术该技术是通过超声换能器对需要进行除冰的结构进行激励，使结构产生超声振动来达到除冰目的，属于机械力学式的结冰维护技术。它具有效率高、耗能低、可靠性好及对飞机气动外形和结构影响小的优点。由于超声波振动在冰与基底结构之间除了产生超声振动效果外，还会有一定的热效应和空化效应，这些效应对除冰效果的具体影响还需进一步研究。2.疏水材料防冰：疏水材料是利用自然界存在的物体对水的非浸润性现象，当疏水性材料表面有微小突起时，一
