本发明专利技术公开了一种除冰装置及其除冰方法，除冰装置包括结冰采集模块，用于感知监测区表面的附冰信息，并将附冰信息发送给控制器；融冰模块，在监测区表面附着冰层时，用于带动监测区表面振动，使监测区表面与冰层之间的摩擦力大于预设摩擦力，以融化冰层内表面；冰层剥离模块，用于冰层内表面融化后，将冰层从监测区表面剥离；控制器，用于接收结冰采集模块上传的附冰信息，当附冰信息大于第一预设阈值时，启动融冰模块；当附冰信息由第一预设阈值降低至小于第二预设阈值时，启动冰层剥离模块；当附冰信息由第二预设阈值降低至小于等于初始阈值时，关闭融冰模块和冰层剥离模块。关闭融冰模块和冰层剥离模块。关闭融冰模块和冰层剥离模块。
【技术实现步骤摘要】
除冰装置及其除冰方法
[0001]本专利技术涉及除冰领域，尤其涉及一种物体表面的冰层进行去除的除冰装置及其除冰方法。
技术介绍
[0002]对于比较高端的设备，其对外界工作环境要求比较高，比如机翼、风轮叶片、太阳能板等，在外界温度骤降时，其表面会形成冰层，对于机翼和风轮叶片会导致其重量增大，进而增大运行阻力，严重影响飞机的飞行安全及风轮叶轮的旋转发电；对于太阳能板冰层会影响其对光照的接收，而影响其发电效率。
[0003]针对这些高端设备表面结冰，目前普遍的做法是：当检测到结冰时，采用机械振动使监测区表面进行振动，以此将冰层破碎，之后在振动作用下从监测区表面剥离；或者采用加热的方式对冰层进行融化。采用这种方式虽然能够实现冰层的有效去除，但是采用振动方式除冰，需要较大的振动力，设备表面容易出现疲劳伤损，采用加热融冰又存在功耗大，对于飞机产生的热辐射还不利于其隐身。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供的除冰装置及其除冰方法解决了现有除冰方式存在能耗大或者设备表面易产生疲劳伤损的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：第一方面，提供一种除冰装置，其包括：结冰采集模块，用于感知监测区表面的附冰信息，并将附冰信息发送给控制器；融冰模块，在监测区表面附着冰层时，用于带动监测区表面振动，使监测区表面与冰层之间的摩擦力大于预设摩擦力，以融化冰层内表面；冰层剥离模块，用于冰层内表面融化后，将冰层从监测区表面剥离；控制器，用于接收结冰采集模块上传的附冰信息，当附冰信息大于第一预设阈值时，启动融冰模块；当附冰信息由第一预设阈值降低至小于第二预设阈值时，启动冰层剥离模块；当附冰信息由第二预设阈值降低至小于等于初始阈值时，关闭融冰模块和冰层剥离模块。
[0006]本专利技术的有益效果为：本方案在检测到监测区表面存在结冰时，首先带着监测区表面发生剧烈摩擦，通过摩擦使结冰层附着界面产生局部高温，将冰层内表面融化为水，由于冰层在监测区表面失去附着力，需要很小的力就能够将其从监测区表面剥离；通过摩擦融冰结合冰层的剥离，相对现有技术的对冰层破碎或者全部融化达到除冰而言，能够大幅度降低能耗。
[0007]另外当监测区为机翼时，由于温升区域小，摩擦生热的热量十分有限，对于机翼而言，不会产生明显的热辐射，因此从热辐射角度考虑有利于飞机隐身性。
[0008]本方案利用超声波振动激发监测区表面和结冰层之间发生剧烈摩擦作用，使结冰
层附着界面产生局部高温，进而使分布于结冰层附着界面的冰融化成液态水，使结冰层附着力降低至趋近于零，再由压缩气源将冰层吹落剥离。相比现有采用比较大的剪切力除冰的方式，本方案在监测区表面的超声波幅值更低，不会造成监测区表面出现疲劳伤损。
[0009]进一步地，融冰模块为超声波换能器，用于产生超声波带动监测区表面振动。
[0010]上述技术方案的有益效果为：采用超声波振动对冰层内表面融化，需要的能耗相对现有技术对冰层进行破碎而言，大幅度降低了需要的能耗；超声波发射后会覆盖一定面积，可以使冰层振动产生的摩擦力更加均匀。
[0011]进一步地，融冰模块安装在监测区内表面。
[0012]上述技术方案的有益效果为：融冰模块位置的设置，可以避免监测区外表面凹凸不平，增大运行时的阻力，或者降低光照面积。
[0013]进一步地，冰层剥离模块为气流剥离装置，用于产生的高压气流将冰层从监测区表面剥离。
[0014]上述技术方案的有益效果为：采用高速气流将冰层剥离，相应速度快，相对振动破碎冰层和融化冰层而言，大幅度提高了除冰效率。
[0015]进一步地，气流剥离装置包括与控制器连接、并产生高压气流的气体发生模块和至少一根与气体发生模块连接的导气管，监测区表面开设有贯穿其的安装孔，导气管安装于安装孔内，且其端部不超过监测区表面。
[0016]上述技术方案的有益效果为：其中的气体发生模块可以为空气压缩机，采用本方案这种结构的气流剥离装置，具有结构简单，易于实现等优点。
[0017]进一步地，导气管的直径为0.2mm～2mm。
[0018]上述实现方式的优点为：产生的气流通过直径比较小的管道，能够进一步提升其喷出速度，再者直径比较小，其对监测区表面影响比较小。
[0019]进一步地，高压气流的气压范围为0.5MPa～1MPa。
[0020]上述技术方案的有益效果为：该种气压的气流能够确保吹出的气体有较大的力，以保证冰层的快速剥离。
[0021]进一步地，结冰采集模块为压电平膜结冰传感器，附冰信息为压电平膜结冰传感器的谐振频率。
[0022]上述技术方案的有益效果为：谐振频率会跟随冰层信息进行变化，通过采集谐振频率能够较为准确地反映冰层情况，且具有便于采集的优点。
[0023]进一步地，谐振频率的计算公式为：其中，f 为实时的谐振频率，K为受感器等效刚度，m为结冰采集模块的等效质量，k为受感器常数。
[0024]上述技术方案的有益效果为：通过上述关系式能快速地基于冰层附着的等效质量，计算出谐振频率，以便于根据谐振频率振动施加超声波及后续的高压气流。
[0025]进一步地，预设摩擦力的计算公式为：
其中，F为预设摩擦力；μ为监测区表面与冰层的摩擦系数；P为大气压产生的压力；N为监测区表面上的冰层在气流下产生的风载压力。
[0026]上述技术方案的有益效果为：在计算预设摩擦力时考虑了实时变化的风载压力，可以保证计算的预设摩擦力的准确性。
[0027]进一步地，监测区表面机械振幅小于5μm。
[0028]上述技术方案的有益效果为：该振幅能够保证仅冰层内表面融化，幅度小可以监测区表面出现疲劳伤损。
[0029]进一步地，监测区为机翼、风轮叶片、换热屋顶或太阳能板。
[0030]第二方面，本方案还提供一种除冰装置的除冰方法，其包括如下步骤：S1、采集监测区表面的附冰信息，并将其发送给控制器；S2、判断附冰信息与第一预设阈值、第二预设阈值和初始阈值的关系：S21、当附冰信息大于等于第一预设阈值时，启动融冰模块带动监测区表面振动，使监测区表面与冰层之间的摩擦力大于预设摩擦力，以融化冰层内表面，之后返回步骤S1；S22、当附冰信息由第一预设阈值降低至小于等于第二预设阈值时，启动冰层剥离模块将冰层从监测区表面剥离，之后返回步骤S1；S23、当附冰信息由第二预设阈值降低至小于等于初始阈值时，关闭融冰模块和冰层剥离模块，之后返回步骤S1。
[0031]上述技术方案的有益效果为：采用本方案的除冰方式，能够准确实现附着在监测区表面冰层的识别，并通过振动快速融化冰层内表面，再结合冰层剥离模块，实现冰层低功耗的快速去除。
[0032]进一步地，融冰模块用于产生超声波带动监测区表面振动，冰层剥离模块用于产生高压气流将冰层从监测区表面剥离。
[0033]进一步地，启动融冰模块时，还包括根据谐振频率调整融冰模块的激励电压峰值；启本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.除冰装置，其特征在于，所述除冰装置包括：结冰采集模块，用于感知监测区表面的附冰信息，并将附冰信息发送给控制器；融冰模块，在监测区表面附着冰层时，用于带动监测区表面振动，使监测区表面与冰层之间的摩擦力大于预设摩擦力，以融化冰层内表面；冰层剥离模块，用于冰层内表面融化后，将冰层从监测区表面剥离；控制器，用于接收结冰采集模块上传的附冰信息，当附冰信息大于第一预设阈值时，启动融冰模块；当附冰信息由第一预设阈值降低至小于第二预设阈值时，启动冰层剥离模块；当附冰信息由第二预设阈值降低至小于等于初始阈值时，关闭融冰模块和冰层剥离模块。2.根据权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所述融冰模块为超声波换能器，用于产生超声波带动监测区表面振动。3.根据权利要求2所述的除冰装置，其特征在于，所述融冰模块安装在监测区内表面。4.根据权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所述冰层剥离模块为气流剥离装置，用于产生的高压气流将冰层从监测区表面剥离。5.根据权利要求4所述的除冰装置，其特征在于，所述气流剥离装置包括与控制器连接、并产生高压气流的气体发生模块和至少一根与所述气体发生模块连接的导气管，所述监测区表面开设有贯穿其的安装孔，所述导气管安装于所述安装孔内，且其端部不超过所述监测区表面。6.根据权利要求5所述的除冰装置，其特征在于，所述导气管的直径为0.2mm～2mm。7.根据权利要求5所述的除冰装置，其特征在于，所述高压气流的气压范围为0.5MPa～1MPa。8.根据权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所述结冰采集模块为压电平膜结冰传感器，所述附冰信息为压电平膜结冰传感器的谐振频率。9.根据权利要求8所述的除冰装置，其特征在于，所述谐振频率的计算公式为：其中，f 为实时的谐振频率，K为受感器等效刚度，m为结冰采集模块的等效质量，k为受感器常数。10.根据权利要求1所述的除冰装置，其特征在于，所述预设摩擦力的计算公式为：其中，F为预设摩擦力；μ为监测区表面与冰层的摩擦系数；P为大气压产生的压力；N为监测区表面上的冰层在气流下产生的风载压力。11.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：金城，王瑞琪，柳楷，何丁丁，徐荣军，苑丹丹，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。