除冰系统和控制技术方案

本发明专利技术通常涉及用于对诸如飞行器等的块体介质的外表面进行加热的方法和系统。示例性系统包括一系列个体加热元件、传感器和控制系统。加热元件布置在飞行器的蒙皮上。传感器位于蒙皮上的与加热元件产生的加热模式内的相对较低温度的区域相对应的位置。控制系统连接到加热元件和传感器。控制系统被配置为响应于来自传感器的输出来控制供给到加热元件的功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】除冰系统和控制


[0001]本说明书涉及导电材料所用的加热系统。

技术介绍

[0002]许多导电表面(诸如汽车、飞行器和卫星上的导电表面等)在每天使用期间会遇到寒冷和结冰的情况。这些结构的导电表面上的冰或水积聚可能导致低效的或不安全的操作条件。例如，飞行器机翼上的冰积聚可能导致升力降低和增加的阻力。
[0003]这些结构中的许多结构不具有加热系统，或者具有需要使用庞大的电子设备或其他设备的加热系统。这种庞大的装置的使用对行业构成了挑战。

技术实现思路

[0004]本说明书描述了用于对导电表面进行加热的技术。这些技术一般涉及使用较高频交流电流(“AC”)信号(例如，高于1kHZ)来使导电块体介质(例如，导电材料)的目标区域中的电流密度成形，从而导致介质的焦耳加热。
[0005]焦耳加热(也称为欧姆加热或电阻加热)是电流通过导体产生热的过程。导电介质所产生的热量基于通过介质的电流量以及介质的电阻。因此，可以通过调节电流、电压、电阻或其组合来控制(例如，增加或减少)加热。
[0006]可以通过约束电流可以流动的给定导体内的体积并增加电流流动的长度来增加该导体的电阻。本专利技术的实现可被配置为通过操纵用于对导电介质(例如，块体介质、导体)内的电流进行成形(例如，收缩、延长等)的机构来在块体介质中产生加热：例如，通过使用趋肤效应和邻近效应。这两种效应依赖于使高频AC电流通过要加热的导电介质。趋肤效应通过利用交流电流分布在导体内的趋势来约束电流流动，使得电流密度在导体表面附近增加，并且随着导体中的深度增大而减小。邻近效应可用于通过在导体中流动的现有电流附近放置另一AC电流路径来进一步约束导体中的电流流动。邻近效应也可以用于延长电流路径。
[0007]例如，本专利技术的实现被配置为通过使沿着路径的电流流动收缩来增加沿着通过介质的电流路径的块体介质的电阻。因此，实现可以在导电介质中提供增加的加热性能，同时允许产生热所需的电流的减少。也就是说，通过增加沿着特定电流路径的导电介质的有效电阻，在介质中产生焦耳加热所需的电流将比其他方式所需的电流少。
[0008]可以实施本说明中所描述的主题，以实现以下优点中的一个或多于一个优点。可以使用较轻、较不庞大的电气系统来对导体进行加热。另外，加热可以局部化到目标区域，并且不使加热系统电路过热。加热系统可以例如通过直接在块体介质(例如，飞行器机翼)本身中产生热、而不是在附接至块体介质的加热元件或加热层中产生热来更高效。系统还可以使用较少的电流和电压来进行加热，这可能提高安全性和可靠性。在一些实现中，组件应力也可以减少。系统的安装或改装可以更容易、更快或更便宜。系统的维护可以更便宜或更容易。系统在被改装为现有系统时可以是非侵入性的。系统在除冰时可以更快。
[0009]在以下附图和说明书中详细阐述了本说明的主题的一个或多于一个实现。根据说明书、附图和权利要求，本主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
[0010]图1是用于对块体介质进行加热的示例性设置的示意图。
[0011]图2A～2B是示出用于对块体介质进行加热的示例性设置的示意图，该示例性设置利用趋肤效应以使电流密度在块体导体中集中在第一方向。
[0012]图3是示出由于趋肤效应而引起的作为施加AC电流的函数的电流密度的增加集中的标绘图。
[0013]图4A～4D是示出用于对块体介质进行加热的示例性设置的示意图，该示例性设置利用邻近效应以使电流密度在块体导体中集中在第二方向。
[0014]图5A～5B是示出由于邻近效应而引起的作为导体之间的距离的函数的第二导体附近的块体导体中的电流密度的增加集中的模拟图形。
[0015]图6A是用于使用电极阵列对块体介质进行加热的示例性设置的示意图。
[0016]图6B～6D是用于使用各种电极布置对块体介质进行加热的示例性设置的示意图。
[0017]图7是包括变换到标准化功率(“TSP”)主子单元和AC产生(“ACG”)主子单元的示例性信号变换单元(“STU”)的示意图。
[0018]图8是包括TSP主子单元、ACG主子单元和控制主子单元的示例性STU的示意图。
[0019]图9A是包括反激转换器和共式扼流圈的示例性TSP子单元的示意图。
[0020]图9B是示例性反激转换器的示意图。
[0021]图10A是包括具有双重MOSFET晶体管的D类放大器、温度控制石英振荡器(“TCXO”)和栅极驱动器的示例性ACG子单元的示意图。
[0022]图10B是示例性D类开关式放大器的示意图。
[0023]图10C是包括具有双重MOSFET晶体管的D类放大器、TCXO、栅极驱动器和低功率转换级(“LPC”)的示例性ACG子单元的示意图。
[0024]图11是包括微控制器和LPC的示例性控制子单元的示意图。
[0025]图12是源和负载之间的阻抗调节网络的图。
[0026]图13A～13D是示例性阻抗调节网络构建块的示意图。
[0027]图14是包括无源调节子单元的示例性调节网络单元的示意图。
[0028]图15A是包括有源调节子单元和控制子单元的示例性调节网络单元的示意图。
[0029]图15B是包括有源调节子单元、LPC和控制子单元的示例性调节网络单元的示意图。
[0030]图16是示例性加热系统中的线缆级的示意图。
[0031]图17是加热系统所用的示例性电极的示意图。
[0032]图18A是电极和块体介质之间的示例性钎焊接头附接的示意图。
[0033]图18B是电极和块体介质之间的示例性铆钉紧固件附接的示意图。
[0034]图18C是电极和块体介质之间的示例性空气密封带附接的示意图。
[0035]图18D是电极和块体介质之间的示例性组合附接的示意图。
[0036]图19是根据本专利技术的实现的用于向块体介质提供高频加热信号的示例性耦接条
带的截面图。
[0037]图20描绘了飞行器机翼上的图19的耦接条带的示例性布局。
[0038]图21描绘了若干示例性耦接条带的俯视图，以示出耦接条带内的导电层的各种配置。
[0039]图22A描绘了由示例性耦接条带在飞行器蒙皮中产生的模拟电流密度以及耦接条带和飞行器蒙皮之间的电场密度的标绘图。
[0040]图22B描绘了在图22A所描绘的飞行器蒙皮中产生的模拟电流密度的标绘图。
[0041]图23描绘了耦接条带内的若干示例性导电层布置的布局图。
[0042]图24A描绘了根据图23的布局A在A
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A
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处截取的耦接条带的截面图。
[0043]图24B描绘了根据图23的布局B在B
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B
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处截取的耦接条带的截面图。
[0044]图24C描绘了根据图23的布局C和布局D在C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对飞行器的外部进行加热的系统，所述系统包括：一系列个体加热元件，其布置在所述飞行器的蒙皮上；传感器，其位于所述蒙皮上的与所述加热元件产生的加热模式内的相对较低温度的区域相对应的位置；以及控制系统，其连接到所述加热元件和所述传感器，所述控制系统被配置为响应于来自所述传感器的输出来控制供给到所述加热元件的功率。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热元件是耦接条带，所述耦接条带包括沿飞行器蒙皮的表面延伸的多层结构，所述多层结构与所述飞行器蒙皮相结合地形成电气传输线，所述多层结构包括：所述飞行器蒙皮上的第一介电层，所述第一介电层上的导电层，所述导电层上的第二介电层，以及所述第二介电层上的导电屏蔽层。3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中，所述位置包括飞行器蒙皮上的结构特征，所述结构特征被布置为在所述加热元件有效的状态下，将所述位置处的局部温度相对于所述飞行器蒙皮的大部分的温度而言维持得更低。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述结构特征包括所述加热元件的相对于所述飞行器蒙皮的大部分而言向所述位置提供得热更少的布置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述位置包括飞行器蒙皮上并且被布置为使得在所述位置处形成冰的结构特征。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述结构特征包括脊部、边缘或壁。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述传感器是温度传感器或冰传感器。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述位置从所述飞行器的窗口可见。9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述控制系统被配置为：基于来自所述传感器的输出来检测所述位置处的飞行器蒙皮的特性；将所述特性的值与参考特性进行比较；以及响应于确定为所述特性的值指示所述位置处的冻结，触发冻结条件的指示。10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，还包括第二传感器，所述第二传感器位于所述飞行器的蒙皮上的与所述加热元件所产生的加热模式内的相对较高温度的区域相对应的第二位置，其中，所述控制系统连接到所述第二传感器，以及其中，所述控制系统被配置为：基于来自所述第二传感器的输出来检测所述第二位置处的飞行器蒙皮的温度；将所述温度与所述位置的参考温度进行比较；以及响应于确定为所述温度大于所述参考温度，触发超温条件的指示。11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述控制系统被配置为：基于来自所述传感器的输出来检测所述位置处的飞行器蒙皮的特性；将所述特性的值与参考特性进行比较；以及
响应于确定为所述特性的值指示所述位置处的冻结，向加热元件施加功率。12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，还包括第二传感器，所述第二传感器位于所述飞行器的蒙皮上的与所述加热元件所产生的加热模式内的相对较高温度的区域相对应的第二位置，其中，所述控制系统连接到所述第二传感器，以及其中，所述控制系统被配置为：基于来自所述第二传感器的输出来检测所述第二位置处的飞行器蒙皮的温度；将所述温度与所述位置的参考温度进行比较；以及响应于确定为所述温度大于所述参考温度，减少施加到加热元件的功率。13.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制系统包括连接到所述耦接条带的阻抗监测子系统，所述阻抗监测子系统被配置为：监测所述加热元件的输入阻抗；以及根据所述输入阻抗来检测加热元件中的故障。14.根据权利要求13所述的系统，其中，检测所述加热元件中的故障包括：获得所述加热元件的第一阻抗
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频率模式；以及通过将所述第一阻抗
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频率模式与用于在无任何故障的情况下指示预期阻抗的第二阻抗
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频率模式进行比较，来检测所述故障。15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述阻抗监测子系统包括无源系统，所述无源系统被配置为响应于施加到所述加热元件的功率信号，基于所述加热元件的电气特性来检测所述加热元件的阻抗。16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述阻抗监测子系统包括有源系统，所述有源系统被配置为向所述加热元件传输测试信号并且响应于所述测试信号而基于所述加热元件的电气特性来检测所述加热元件的阻抗。17.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制系统包括连接到所述耦接条带的阻抗监测子系统，所述阻抗监测子系统被配置为：监测所述加热元件的输入阻抗；以及根据所述输入阻抗来检测所述飞行器的蒙皮的机械变化。18.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制系统包括连接到所述耦接条带的时域反射监测子系统即TDR监测子系统，所述TDR监测子系统被配置为：监测所述加热元件的时域电脉冲响应；以及根据所述时域电脉冲响应来检测加热元件中的故障。19.根据权利要求18所述的系统，其中，检测所述加热元件中的故障包括：获得所述加热元件的第一时域反射模式即第一TDR模式；以及通过将第一TDR模式与用于在无任何故障的情况下指示加热元件的预期TDR模式的第二TDR模式进行比较，来检测所述故障。20.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制系统包括连接到所述耦接条带的时域反射监测子系统即TDR监测子系统，所述TDR监测子系统被配置为：监测所述加热元件的时域电脉冲响应；以及根据所述时域电脉冲响应来检测所述飞行器的蒙皮的机械变化。
21.一种用于对块体导体的外部进行加热的系统，所述系统包括：一系列个体加热元件，其布置在所述块体导体的蒙皮上；传感器，其位于所述蒙皮上的与所述加热元件产生的加热模式内的相对较低温度的区域相对应的位置；以及控制系统，其连接到所述加热元件和所述传感器，所述控制系统被配置为响应于来自所述传感器的输出来控制供给到所述加热元件的功率。22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述加热元件是耦接条带，所述耦接...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：迪艾斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：