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CN113148182A - 一种无人机及其机翼除冰装置 - Google Patents

一种无人机及其机翼除冰装置 Download PDF

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CN113148182A
CN113148182A CN202110599204.1A CN202110599204A CN113148182A CN 113148182 A CN113148182 A CN 113148182A CN 202110599204 A CN202110599204 A CN 202110599204A CN 113148182 A CN113148182 A CN 113148182A
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icing
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郑勇峰
�田�浩
高建力
陈安强
杨志鹏
肖建豪
李诗洋
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Avic Chengdu Uav System Co ltd
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/02—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by ducted hot gas or liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing

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Abstract

本发明公开一种无人机及其机翼除冰装置，机翼除冰装置包括除冰套、至少一个氮气瓶和换向阀，除冰套套于机翼尾部，氮气瓶与除冰套通过输气管连通，换向阀设于输气管上，且换向阀设有排气口。当换向阀处于第一位时，氮气瓶与除冰套相连通，氮气瓶向除冰套持续充入氮气，利用氮气清除机翼尾部的冰层，达到除冰目的；当换向阀处于第二位时，氮气瓶与除冰套断开连通，除冰套与排气口相连通，除冰套内的氮气从排气口排出，避免氮气影响机翼飞行。除冰套通过换向阀交替地进行充放气，按需对机翼尾部进行除冰，避免机翼尾部的冰层影响机翼安全飞行，飞行安全得到提升。

Description

一种无人机及其机翼除冰装置
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别涉及一种无人机及其机翼除冰装置。
背景技术
受气象条件影响，无人机在飞行过程中，云层中的过冷水滴会冻结在气动力表面、天线罩、机翼或风档玻璃等部件的表面上，使这些部件表面产生冰层。以机翼为例，机翼表面的冰层会使机翼的表面变粗糙，摩擦阻力变大。冰层还会使机翼的弦长变大，相对厚度减小，最大厚度位置发生改变，翼型的最大弯度点随之发生改变，最大升力系数降低。然而，升力减小，阻力增加，会使无人机的起飞的加速度减小，起飞迎角变大，导致起飞速度较低，无人机失速坠毁风险较高。
然而，现有的无人机多采用活塞或涡桨发动机，发动机引起量较小，仅依靠发动机引气难以清除机翼表面的冰层，飞行安全受到严重影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机及其机翼除冰装置，机翼尾部套有除冰套，连接于除冰套与氮气瓶之间的输气管设有换向阀，通过切换换向阀的工作位置，使氮气瓶向除冰套充入氮气，利用氮气对机翼进行除冰，飞行较安全。
本发明所提供的无人机的机翼除冰装置，包括：
套于机翼尾部的除冰套；
至少一个通过输气管与除冰套相连通的氮气瓶；
设于输气管的换向阀，当换向阀处于第一位时，氮气瓶与除冰套相连通；当换向阀处于第二位时，除冰套与换向阀所设的排气口相连通。
优选的，还包括与排气口相连的真空泵，当除冰套与排气口相连通时，真空泵抽吸除冰套内的氮气。
优选的，还包括设于氮气瓶与换向阀之间的减压组件。
优选的，减压组件包括一级减压阀和二级减压阀，一级减压阀及二级减压阀依次对氮气瓶所排出的氮气进行减压直至氮气的压力达到预设输气压力。
优选的，还包括控制器和用于检测机翼尾部是否结冰的结冰检测件，换向阀与控制器相连，当结冰检测件检测到机翼尾部结冰时，控制器根据结冰检测件所反馈的结冰信号控制换向阀切换至第一位。
优选的，还包括计时器，真空泵与控制器相连，当计时器检测到除冰套的除冰时间达到预设时间时，控制器根据计时器反馈的切换信号控制换向阀切换至第二位并同时启动真空泵。
优选的，还包括设于输气管的输气气压检测件，当输气气压检测件检测到输气管的气压大于预设输气压力时，控制器启动减压组件直至输气管的压力达到预设输气压力。
优选的，还包括第一端设于减压组件与氮气瓶之间的供气管，供气管的第二端设有充气嘴；当氮气瓶的压力低于预设供气压力时，外接气源通过充气嘴向氮气瓶充气；当氮气瓶的压力达到最大供气压力时，关闭设于供气管的供气开关，外接气源停止供气。
优选的，还包括设于供气管的供气气压检测件和显示器，供气气压检测件及显示器均与控制器相连，当供气气压检测件将供气管的当前气压发送至控制器时，控制器控制显示器远程显示供气管的当前气压。
优选的，供气管设有用于控制氮气仅单向充入氮气瓶的单向阀。
本发明所提供的无人机，包括上述任一项的机翼除冰装置。
相对于背景技术，本发明所提供的无人机的机翼除冰装置，包括除冰套、氮气瓶和换向阀，除冰套套于机翼尾部，氮气瓶与除冰套通过输气管连通，换向阀设于输气管上，且换向阀设有排气口。
当换向阀处于第一位时，氮气瓶与除冰套相连通，氮气瓶向除冰套持续充入氮气，利用氮气清除机翼尾部的冰层，达到除冰目的；当换向阀处于第二位时，氮气瓶与除冰套断开连通，除冰套与排气口相连通，除冰套内的氮气从排气口排出，避免氮气影响机翼飞行。
由上述可知，本发明所提供的机翼除冰装置的除冰套通过换向阀交替地进行充放气，按需对机翼尾部进行除冰，避免机翼尾部的冰层影响机翼安全飞行，飞行安全得到提升。
本发明所提供的包含机翼除冰装置的无人机，具有相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施例所提供的机翼除冰装置的气压原理图。
附图标记如下：
第一除冰套11、第二除冰套12、氮气瓶2、第一输气管31、第二输气管32、总输气管33、第一换向阀41、第二换向阀42、第一真空泵51、第二真空泵52、一级减压阀61、二级减压阀62、第一输气气压检测件71、第二输气气压检测件72、供气管81、压力表82、供气气压检测件83、单向阀84、供气开关85、冷气滤86和充气嘴87。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施例所提供的机翼除冰装置的气压原理图。
本发明实施例公开了一种无人机的机翼除冰装置，适应于中小型低速无人机。
本发明所提供的机翼除冰装置包括除冰套、至少一个氮气瓶2和换向阀，除冰套套于机翼尾部，每个机翼尾部各套一个除冰套。相应地，除冰套包括第一除冰套11和第二除冰套12，第一除冰套11套于第一翼尾，第二除冰套12套于第二翼尾。
以某一规格的无人机为例，每个除冰套的套设范围为：机翼上表面弦长的20％，下表面弦长的15％，距翼根的700mm处开始，自翼稍的6800mm处结束，所覆盖面积为1.96m 2 ×2。当然，除冰套的覆盖面积可依据无人机的规格进行适应性调整。另外，除冰套充气后的鼓起高度为10mm，其放气后的鼓起高度为2.26mm，其所充氮气的最佳温度范围为-54℃～+122℃。
氮气瓶2内盛有氮气，氮气瓶2通过输气管与除冰套相连通。其中，输气管呈Y型，包括第一输气管31、第二输气管32及总输气管33，总输气管33的一端与全部氮气瓶2相连，第一输气管31连接于总输气管33与第一除冰套11之间，使第一除冰套11与氮气瓶2通过第一输气管31连通。第二输气管32连接于总输气管33与第二除冰套12之间，使第二除冰套12与氮气瓶2通过第二输气管32相连通。具体地，本发明包括两个2L由复合材料制成的氮气瓶2，每个氮气瓶2的初始压力达21Mpa，当氮气瓶2内的气压低于1Mpa时，氮气瓶2停止供气。当然，氮气瓶2的设置数量不限于此。
换向阀设于输气管上，换向阀设有排气口。当换向阀处于第一位时，氮气瓶2与除冰套相连通，氮气瓶2向除冰套持续充入氮气，利用氮气清除机翼尾部的冰层，达到除冰目的；当换向阀处于第二位时，氮气瓶2与除冰套断开连通，除冰套与排气口相连通，除冰套内的氮气从排气口排出，避免氮气影响机翼飞行。具体地，换向阀为二位三通电磁换向阀。
换向阀包括第一换向阀41和第二换向阀42，第一换向阀41设于第一输气管31上，第二换向阀42设于第二输气管32。
由上述可知，通过切换换向阀的位置，除冰套实现交替地充放气，按需对机翼尾部进行除冰，避免机翼尾部的冰层影响机翼安全飞行，飞行安全得到提升。
为使除冰套充分排气，本发明还包括真空泵，真空泵与排气口相连通，当换向阀切换至第二位时，除冰套与排气口相连通，启动真空泵，真空泵抽吸除冰套内的氮气，使除冰套紧紧贴附在机翼前缘表面，防止除冰套因气体随意鼓动改变翼型而影响气动力，进一步保障安全飞行。
真空泵具体为直流微型电动真空泵，吸力可达80Kpa。真空泵包括第一真空泵51和第二真空泵52，第一真空泵51与第一换向阀41的排气口相连，第二真空泵52与第二换向阀42的排气口相连。
本发明还包括减压组件，减压组件设于氮气瓶2与换向阀之间，降低由氮气瓶2所排出的氮气气压，避免除冰套的氮气气压过大。在该具体实施例中，减压组件为二级减压组件，包括一级减压阀61和二级减压阀62，一级减压阀61及二级减压阀62依次对氮气瓶2所排出的氮气进行减压，直至输气管所输送的氮气压力达到预设输气压力。其中，预设输气压力是指除冰套内最佳氮气压力。
具体地，一级减压阀61和二级减压阀62均为电磁减压阀，二者均设于总输气管33上。假定氮气瓶2排出的氮气压力为21Mpa，一级减压阀61先将氮气压力由21Mpa减至5Mpa，二级减压阀62再将氮气压力由5Mpa减至0.125Mpa。除冰套内氮气的最佳压力范围为0.120～0.135Mpa，此范围可除去3～7mm厚的冰层。当然，减压组件的级数具体可依据无人机的规格设定，不限于两级。
本发明还包括控制器和结冰检测件，结冰检测件用于检测机翼尾部是否结冰，每个机翼各设一个结冰检测件。结冰检测件具体可以是结冰探测器，但不限于此。换向阀及结冰检测件均与控制器相连。当结冰检测件检测到机翼尾部结冰时，结冰检测件反馈结冰信号至控制器，控制器控制换向阀自动切换至第一位，氮气瓶2与除冰套自动连通，实现自动充气，为无人机安全地持续飞行提供保证。
本发明还包括计时器，计时器及真空泵均与控制器，通过时序控制除冰套自动充放气。当计时器检测到除冰套的除冰时间达到预设时间时，完成充气，计时器反馈的切换信号至控制器，控制器控制换向阀自动切换至第二位，氮气瓶2与除冰套自动断开，除冰套自动排气；与此同时，控制器启动真空泵，真空泵自动抽气除冰套内的氮气，进一步地为无人机安全地持续飞行提供保证。
以某一规格的无人机为例，除冰套的充气时间可持续6s，放气时间可持续84s，这样除冰套一个充放气周期所占用的时间达90s，但是除冰套每次收缩时间最大不超过20s。完成一次除冰，需进行不小于30次充放气循环。
当然，除了借助电控元件进行自动充放气外，也可进行手动控制除冰套循环充放气。
本发明还包括设于输气管的输气气压检测件，输气气压检测件与控制器相连，用于检测输气管的气压，具体可以是气压传感器。当输气气压检测件检测到输气管的气压大于预设输气压力时，控制器启动减压组件，减压组件自动降低输气管的压力，直至输气管的压力达到预设输气压力，由此实现自动调压，更进一步地为无人机安全地持续飞行提供保证。
输气气压检测件包括第一输气气压检测件71和第二输气气压检测件72，第一输气气压检测件71设于第一输气管31上，第二输气气压检测件72设于第二输气管32上。
此外，在充气过程中，减压组件完成压力调节后，当除冰套内的氮气压力因意外超出预设输气压力时，意味着除冰套的气压过高，此时控制器根据输气气压检测件反馈的信号控制换向阀由第一位切换至第二位，并同时启动真空泵，提前进行放气，避免除冰套过度鼓起或涨破，安全性较高。
本发明还包括供气管81，供气管81的第一端设于减压组件与氮气瓶2之间，其第二端设有充气嘴87，充气嘴87与外接气源相对接，外接气源向供气管81供应氮气。
当氮气瓶2的压力低于预设供气压力，意味着氮气瓶2的压力过低，此时无人机落地，保证外接气源与充气嘴87相对接，外接气源通过充气嘴87向氮气瓶2充气。其中，预设供气压力是指氮气瓶2的最低气压。
当氮气瓶2的压力达到最大供气压力时，意味着氮气瓶2充满氮气，此时手动关闭设于供气管81的供气开关85，断开氮气瓶2与外接气源，外接气源停止供气。最大供气压力可以是21Mpa。供气管81设有压力表82，方便充气时实时观察氮气瓶2的压力。
为远程监测氮气瓶2的压力，本发明还包括分别与控制器相连的供气气压检测件83和显示器，供气气压检测件83设于供气管81上，随机体高空飞行，供气气压检测件83用于检测供气管81的当前气压，具体可以是气压传感器。显示器可设于地面的监测室内。供气气压检测件83将供气管81的当前气压发送至控制器，控制器控制显示器远程显示供气管81的当前气压，方便远程观察，当显示器显示氮气瓶2的当前气压低于预设供气压力，控制无人机降落至地面及时补气。
供气管81还设有单向阀84，保证氮气仅能够单向充入氮气瓶2，有效阻止氮气瓶2的氮气逸出。供气管81还设有冷气滤86，用于过滤充入氮气瓶2的氮气，冷气滤86设于供气开关85与充气嘴87之间。
本发明所提供的无人机，包括上述机翼除冰装置，具有相同的有益效果。
以上对本发明所提供的无人机及其机翼除冰装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种无人机的机翼除冰装置，其特征在于，包括：
套于机翼尾部的除冰套；
至少一个通过输气管与所述除冰套相连通的氮气瓶(2)；
设于所述输气管的换向阀，当所述换向阀处于第一位时，所述氮气瓶(2)与所述除冰套相连通；当所述换向阀处于第二位时，所述除冰套与所述换向阀所设的排气口相连通。
2.根据权利要求1所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括与所述排气口相连的真空泵，当所述除冰套与所述排气口相连通时，所述真空泵抽吸所述除冰套内的氮气。
3.根据权利要求1所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括设于所述氮气瓶(2)与所述换向阀之间的减压组件。
4.根据权利要求3所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，所述减压组件包括一级减压阀(61)和二级减压阀(62)，所述一级减压阀(61)及所述二级减压阀(62)依次对所述氮气瓶(2)所排出的氮气进行减压直至氮气的压力达到预设输气压力。
5.根据权利要求4所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括控制器和用于检测机翼尾部是否结冰的结冰检测件，所述换向阀与所述控制器相连，当所述结冰检测件检测到机翼尾部结冰时，所述控制器根据所述结冰检测件所反馈的结冰信号控制所述换向阀切换至所述第一位。
6.根据权利要求5所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括计时器，所述真空泵与所述控制器相连，当所述计时器检测到所述除冰套的除冰时间达到预设时间时，所述控制器根据所述计时器反馈的切换信号控制所述换向阀切换至所述第二位并同时启动所述真空泵。
7.根据权利要求5所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括设于所述输气管的输气气压检测件，当所述输气气压检测件检测到所述输气管的气压大于所述预设输气压力时，所述控制器启动所述减压组件直至所述输气管的压力达到所述预设输气压力。
8.根据权利要求4至7任一项所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括第一端设于所述减压组件与所述氮气瓶(2)之间的供气管(81)，所述供气管(81)的第二端设有充气嘴(87)；当所述氮气瓶(2)的压力低于预设供气压力时，外接气源通过所述充气嘴(87)向所述氮气瓶(2)充气；当所述氮气瓶(2)的压力达到最大供气压力时，关闭设于所述供气管(81)的供气开关(85)，所述外接气源停止供气。
9.根据权利要求8所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，还包括设于所述供气管(81)的供气气压检测件(83)和显示器，所述供气气压检测件(83)及所述显示器均与所述控制器相连，当所述供气气压检测件(83)将所述供气管(81)的当前气压发送至所述控制器时，所述控制器控制所述显示器远程显示所述供气管(81)的当前气压。
10.根据权利要求8所述的无人机的机翼除冰装置，其特征在于，所述供气管(81)设有用于控制氮气仅单向充入所述氮气瓶(2)的单向阀(84)。
11.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的机翼除冰装置。
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