ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЕ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
ELECTRIC IMPULSE DE-ICING DEVICE

Предложение может использоваться для удаления льда с листовых металлических поверхностей, например с обшивок крыльев самолетов, судовых конструкций, металлических крыш зданий, а при использовании промежуточных металлических пластин (“спутников”) и с неметаллических поверхностей.
Известны электроимпульсные противообледенительные системы для самолета [патент US 4678144, МПК B64D 15/16, 7.07.1987 и патент US RE 38024, МПК B64D 15/00, МПК 64D 15/16, 11.03.2003], содержащие преобразователь напряжения бортовой сети в постоянное напряжение высокого уровня, емкостной накопитель энергии, индукторы, размещенные вдоль крыльев самолета, управляемые ключи, источник питания для логических схем и генератор управляющих сигналов. Системы характеризуются централизованным принципом построения, при котором все индукторы работают от одного накопительного конденсатора и от одного генератора управляющих импульсов. Недостаток устройства заключается в большом числе кабелей, связывающих отдельные элементы системы, наличии на борту самолета высокого напряжения, снижающего надежность и безопасность эксплуатации системы, а также в большой длине разрядных контуров, имеющих существенные величины паразитных индуктивностей и активных сопротивлений, снижающих эффективность системы. Кроме того, при повреждении одного из общих элементов устройства (зарядного устройства, накопительного конденсатора или генератора управляющих импульсов) нарушается работа всей системы целиком.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является автономная аппаратура для удаления льда с поверхностей самолета, использующая энергию магнитного импульса [патент US 4895322, МПК B64D 15/18, 23.01.1990]. Аппаратура состоит из множества модулей, подключенных на параллельную работу от бортовой сети и включающих в себя зарядное устройство, накопительный конденсатор, управляемый ключ, вольточувствительный генератор управляющих импульсов, элемент подогрева, температурочувствительный ключ и индуктор, прилегающий к очищаемому участку поверхности крыла. Аппаратура реализует децентрализованный принцип построения, при котором работа модулей не зависит друг от друга. В модулях используется пониженное зарядное напряжение и к ним подводится минимальное количество кабелей. Недостатком устройства является то, что при его включении происходят практически одновременные заряд и последующий разряд накопительных конденсаторов всех модулей с многократным повторением указанных процессов. Это вызывает, во - первых, сильные электромагнитные помехи, а во - вторых, приводит к перегрузке питающей сети самолета, имеющей ограниченную мощность. Исследованию электромагнитного излучения модульной низковольтной электроимпульсной противообледенительной системы посвящен доклад - P. Zieve, В. Hubber, J. Ng “Electromagnetic Emissions From a Modular Low Voltage Electro-Impulse De - Icing System”, AD-A208 191, DOT/FAA/CT-88/31, march 1989, подтверждающий достаточно высокий уровень данного излучения. Однако в докладе не учтен кумулятивный эффект, создаваемый множеством практически одновременно срабатывающих модулей и вызывающий существенно более высокий уровень электромагнитных помех.
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить равномерное распределение работы модулей во времени, что значительно уменьшает уровень электромагнитных помех, излучаемых устройством, а также снижает нагрузку на питающую сеть. Таким образом, уменьшается влияние устройства на другие электронные и электротехнические системы самолета и повышается надежность и безопасность его эксплуатации.
На фиг.1 представлена функциональная схема электроимпульсного противообледенительного устройства, на фиг.2 - возможная реализация блока регулируемой задержки управляющих импульсов.
Электроимпульсное противообледенительное устройство содержит ряд индукторов 1-1÷1-n, расположенных вблизи от очищаемой ото льда металлической поверхности 2 и связанных с выходами соответствующих им модулей 4-1÷4-n, входы которых через выключатель 5 подключены к питающей сети 6. Каждый из модулей 4 (4-1÷4-n) включает в себя зарядное устройство 7, накопительный конденсатор 8, управляемый ключ (тиристор) 9, защитный диод 10 и генератор управляющих импульсов 11. Вход зарядного устройства 7 соединен с входом модуля 4, а выход - с накопительным конденсатором 8, выход которого через тиристор 9 связан с выходом 3 модуля 4. Параллельно выходу 3 подключен защитный диод 10.
Устройство снабжено блоком регулируемой задержки управляющих импульсов 12 и маломощным источником питания 13. С входом источника 13 соединен вход модуля 4 (4-1÷4-n), а с выходом - питающие входы последовательно соединенных генератора 11 и блока 12, к выходу последнего из которых подключен управляющий вход тиристора 9.
Блок регулируемой задержки управляющих импульсов 12 выполнен на селекторе-мультиплексоре 14, дешифраторе 15 и двоичном счетчике 16. Счетный вход С1 счетчика 16 соединен с входом блока 12, выходы старших трех разрядов - с адресными входами дешифратора 15, а выходы младших трех разрядов - с адресными входами селектора - мультиплексора 14. Один из информационных входов селектора - мультиплексора 14 подключен к шине питания, а другие информационные входы - к нулевой шине. Вход стробирования С селектора - мультиплексора 14 подсоединен к одному из выходов дешифратора 15, а выход - к выходу блока 12.
Электроимпульсное противообледенительное устройство работает следующим образом.
При замыкании выключателя 5 на модули 4-1÷4-n поступает напряжение сети 6, под действием которого через зарядные устройства 7 начинают заряжаться конденсаторы 8. Одновременно с этим через источники 13 запитываются генераторы 11 и блоки 12. Блок 12 каждого модуля 4-1÷4-n настроен на свою величину временной задержки, пропорциональную номеру модуля 4 (4-1÷4-n) и кратную отношению времени заряда накопительного конденсатора 8 к общему числу модулей. Так, например, при времени заряда конденсатора 32 сек и общем числе модулей 4 (4-1÷4-n)-64 штуки временные задержки управляющих импульсов для двух соседних модулей будут отстоять друг от друга на 0,5 сек. Для первого модуля задержка может отсутствовать. В результате, в момент включения питания открывается тиристор 9 модуля 4-1 через 0,5 сек открывается тиристор 9 модуля 4-2, разряжая соответствующий конденсатор 8 на второй индуктор 1-2 и т.д. Диоды 10 защищают конденсаторы 8 от перезаряда в отрицательной полярности. При этом на первом цикле работы конденсаторы 8 не будут полностью заряженными, благодаря чему обеспечивается “мягкий” режим включения устройства. Ко второму и последующим циклам работы конденсаторы 8 успеют полностью зарядиться и импульсы силового воздействия индукторов 1-1÷1-n на металлическую поверхность 2 достигнут своей оптимальной величины.
Блоки 12 для всех модулей 4-1÷4-n могут быть реализованы по одной схеме, отличающейся только расположением перемычек между информационными входами селектора-мультиплексора 14, шиной питания и нулевой шиной, а также между выходами дешифратора 15 и входом стробирования С селектора-мультиплексора 14. Приведенный на фиг.2 пример реализации блока 12 рассчитан на обслуживание 64 модулей 4 (4-1÷4-n). Перемычка между выходами дешифратора 15 и входом стробирования С селектора-мультиплексора 14 определяет номер группы (от 1 до 8) модулей из 8 шт., входящих в общее число модулей - 64, перемычка между шиной питания и одним из информационных входов селектора-мультиплексора 14 (при условии что остальные информационные входы заземлены) определяет конкретный номер модуля из данной группы. Так, для формирования задержки для модуля под 25-м номером (входящего в четвертую группу под номером 1) необходимо установить перемычку между четвертым входом (“3”) дешифратора 15 и входом стробирования С селектора - мультиплексора 14 и перемычку между шиной питания и первым входом (“0”) селектора-мультиплексора 14 (см. фиг.2). Аналогичным образом настраиваются блоки 12 для остальных модулей 4 (4-1÷4-n). В результате на выходе блока 12 управляющий импульс появится тогда, когда счетчик 16 отсчитает номер соответствующего модуля 4 из множества 4-1÷4-n. Длительность управляющих импульсов на выходе блока 12 будет равна периоду следования импульсов на выходе генератора 11, а их период превысит его в число раз, равное количеству модулей и в то же время будет равен времени заряда накопительных конденсаторов 8. При изменении в устройстве количества модулей 4-1÷4-n соответствующим образом изменяется число состояний блока 12, например, с помощью обратных связей в счетчике 16, а также путем изменения разрядности элементов 14, 15, 16.
Благодаря введению в устройство блоков 12 моменты срабатывания модулей 4-1÷4-n равномерно распределяются во времени, создавая оптимальную нагрузку на бортовую питающую сеть самолета и не приводя к суммированию электромагнитных излучений от различных модулей 4-1÷4-n, способных вызвать сбой и помехи в других электронных и электротехнических системах самолета.
Блоки 12 могут быть также реализованы с помощью таймеров, создающих требуемые задержки импульсов, поступающих от генераторов 11. При этом усложняется процесс их настройки, связанный с регулировкой аналоговой RC-цепи. В блоках 12 возможно использование и микроконтроллеров, требующих соответствующего программирования.
Помимо использования устройства в авиации целесообразно его применение и для удаления сосулек с крыш зданий, в частности с крыш помещений с повышенной влажностью, таких как опытовые и плавательные бассейны.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность и безопасность эксплуатации объектов, подверженных обледенению, характеризуется простотой и универсальностью примененного технического решения, не требует существенных материальных затрат и не приводит к увеличению массы и габаритов изделия.