用于飞行器的加热前缘结构的制作方法

本发明涉及一种用于飞行器的加热前缘结构、一种用于飞行器的机翼以及一种飞行器。

背景技术：

1、现代民用飞行器大多具有集成到其机翼前缘区域中的除冰或防冰功能，其可以包括比如可移动缝翼等高升力装置。将防冰功能实现到缝翼中的常见方式是使得发动机引气以升高的温度流入缝翼本体中。引气被供应到所谓的笛形管(piccolo tube)，引气从该笛形管喷射并撞击到缝翼的内表面上以将其前缘加热。这种原理的缺点在于引气系统所需的复杂的可移动接口，该可移动接口在固定的前缘区域与可移动的缝翼本体之间延伸。而且，需要在连续的缝翼本体之间连接若干个引气管，这因此导致安装工作量进一步增加。更进一步地，这种原理可能需要一定的监测，这包括测量结构内部的压力和温度。

2、加热缝翼前缘的另一种方式可以包括将电加热垫整合到缝翼盖的复合材料中。然而，盖的生产过程是相当复杂的。在故障情况下，维修非常复杂或不可行，并且需要更换整个盖。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种替代的加热前缘结构或替代的加热装置，其降低了复杂度、制造成本和监测工作量，并且改善了可维护性，但至少实现了相同的热量生成。

2、此目的通过具有独立权利要求1所述的特征的用于飞行器的加热前缘结构来实现。有利的实施例和进一步的改进可以从从属权利要求和以下描述中获得。

3、提出了一种用于飞行器的加热前缘结构，该加热前缘结构包括：前缘面板，该前缘面板具有被配置成由环境流接触的外表面以及与该外表面相反的内表面；后面板，该后面板至少部分地布置成与该内表面相距一段距离；在该前缘结构内部的封闭腔室；附接在该腔室内部的加热装置；以及与该加热装置处于流体连通的空气输送装置，其中，该空气输送装置被配置成将空气从该腔室内部输送通过该加热装置以被加热并返回至该腔室，使得在该腔室内部产生经加热的空气的循环流。

4、加热前缘结构可以是机翼的一部分、水平尾翼的一部分、垂直尾翼的一部分、发动机舱的一部分、或飞行器的暴露于空气流的任何其他流动本体的一部分。如果前缘结构是机翼的一部分，则它可以是机翼的固定部分和/或机翼的可移动部分，比如缝翼或另一种可移动升力增加流动本体，其属于高升力系统或另一种类型的流动增强装置。

5、本发明的要点在于在相应的前缘结构中提供简单的、单独的且可局部整合的加热装置，该加热装置与空气输送装置结合，使得产生具有升高温度的气流。经加热的空气沿着内表面的至少一部分流动以将前缘结构加热。单独的加热装置可以被示例性地供应有电力并且易于安装。加热装置和空气输送装置没有整合到前缘结构的壳体中，使得它们也易于维修或更换。在故障情况下，可以简单地在周转时间期间或在过夜服务中对它们进行更换。在前缘结构内部也可以包括若干个加热装置，这使得即使在加热装置之一发生故障的情况下也能够实现安全运行。因此，除冰或防冰功能的可用性显著高于普通解决方案。若干邻近的可移动前缘装置的加热装置可以彼此独立地提供，使得可以消除复杂的接口。与普通解决方案相比，复杂度明显降低，这不仅降低了生产成本，而且还实现了改善的可维护性。

6、前缘面板布置在前缘结构的前侧上，并且包括导向到空气流中的前缘。前缘可以由前缘结构所附接的相应飞行器的至少一个运行状态下的多个相邻停滞点确定。前缘面板主要根据空气动力学要求进行设计并且可以包括两个展向边缘，这两个展向边缘布置在距前缘一定距离处以界定前缘面板的结构延伸。前缘面板在这些边缘之间延伸、优选地至少在延伸位置中呈弯曲形状。

7、后面板优选地布置在前缘结构的下游侧，并且可以连接到前缘面板的展向边缘和/或布置在前缘结构内部的翼梁和/或前缘结构的另一部件中的至少一个。前缘结构可以例如包括单独的后缘轮廓，后面板的一个区段可以附接到该后缘轮廓。若干其他变体是可想到的并且对于本领域技术人员是显而易见的。如果前缘结构是可移动的缝翼，则后面板可以成形为符合固定机翼部分的形状。

8、在前缘结构内部，产生了封闭腔室。封闭腔室与前缘面板的至少一部分处于流体连通，使得在腔室内部流动的热空气能够接触前缘面板的内表面。腔室的形状和尺寸可以取决于实施例而变化。可以想到，腔室与前缘面板的至少前缘区域(即，包括前缘且在更下游处直接覆盖或界定腔室的区域)相关联。被加热的前缘面板的尺寸和位置取决于前缘结构的实际设计。然而，可以想到，从前缘开始测量，使受热面积延伸直至50％或更多的弦向位置。

9、腔室可以由前缘面板和后面板界定。然而，在前缘结构内部的附加界定壁可以用于将经加热的空气循环通过的体积集中到需要热量的位置。

10、根据本发明，代替使用整合到前缘面板中的加热器垫或具有笛形管和相应接口的引气系统，使用单独的加热装置，其简单地附接在腔室内部。因此，加热装置被附接到前缘面板的内表面、后面板的内表面、前缘结构内部的结构元件或者任何其他合适的附接位置。加热装置简单地加热由空气输送装置输送通过加热装置的空气，并且使经加热的空气返回到腔室的体积中。在腔室内部，产生经加热的空气的循环流，其被喷射到腔室的有限体积中，撞击前缘面板的内表面，并且由于该前缘面板产生的压力差而流动回到空气输送装置。因此，当空气输送装置运行时，封闭在前缘结构内部的空气将热量持续地传输至前缘面板，以提供防冰功能。

11、在有利的实施例中，加热装置包括电加热器。电加热器可以包括可连接到电源的一个或多个加热线圈。因此，电加热器可以基于电阻加热。然而，其他变体是可想到的，特别是能够产生足够加热功率的所有通常可商购的变体。当将电加热器包括到前缘结构中时，可以有益的是以防振方式设计加热线圈或其他热量产生元件，使得在相应飞行器的运行期间的持续振动不会损坏热量产生元件。例如，如果使用加热线圈，则这些加热线圈可以包括被牢固地保持在加热装置内部的刚性导体。

12、在有利的实施例中，空气输送装置包括风扇和电动马达。风扇可以布置在外壳(比如管道或管区段)内部，以集中所产生的空气流。可以想到的是，加热装置也具有外壳，该外壳符合风扇的外壳的形状。当使用附接到风扇的电动马达时，优选的是，马达不阻挡空气从腔室内部流入风扇中。例如，电动马达可以包括明显小于风扇的外径的外径。然而，马达也可以包括具有足够大的中心孔的环形形状，空气可以通过该中心孔进入风扇。

13、电动马达和/或电加热装置可以与控制单元耦接，该控制单元被配置成控制在腔室内部循环的经加热的空气的量和温度。例如，在相应飞行器的某些运行状态下，与其他运行状态相比需要更多的热量。控制单元可以与相应飞行器内部的飞行控制系统或飞行管理系统耦接，以便针对飞行器的相应运行状态调整所递送的经加热的空气的量及其温度。

14、在有利的实施例中，加热前缘结构进一步包括内部流动引导装置，该内部流动引导装置沿着内表面的至少一部分、与该内表面相距一段距离地延伸，以在内表面与内部流动引导装置之间形成流动通道，其中，空气输送装置和加热装置被布置成将经加热的空气横向于展向方向输送到流动通道中。内部流动引导装置可以布置成在弦向方向上遵循内表面。空气可以被输送到流动通道中以沿着弦向方向流动到前缘下游的位置。内部流动引导装置可以包括至少基本上封闭(即，在前缘结构自身内部形成单独的封闭的或基本上封闭的体积)的截面轮廓。然而，流动引导装置还可以以从第一弦向位置延伸到第二弦向位置的引导板或引导片材的形式来提供。在前缘面板的内表面与流动引导装置之间的中间空间用作流动通道，经加热的空气被认为沿着该流动通道流动。将理解的是，空气输送装置和加热装置通过以下方式对准：经加热的空气优选地在靠近前缘的位置处进入流动通道以从那里向下游流动。

15、在有利的实施例中，对沿着经加热的空气的流动方向在内部流动引导装置与内表面之间的多个局部距离单独地确定尺寸，以便调整经加热的空气的局部流动速度并因此调整局部热传递系数。因此，通过使流动引导装置成形来简单地选择内部流动引导装置与前缘面板的内表面之间的局部距离，可以设置单独的局部热传递系数，从而控制从经加热的空气到前缘面板中的局部热量传递。

16、在有利的实施例中，在腔室的后部部分处的在内部流动引导装置与内表面之间的距离小于在腔室的中央部分处的距离。因此，经加热的空气在流动通道的后向部分处的速度明显高于在流动通道的中央部分处的速度。因此，在这个区域中的传递系数可以高于在中央部分处的传递系数。

17、在有利的实施例中，空气输送装置被密封抵靠在后面板和内部流动引导装置上，以将空气流推动到流动通道中。这改善了空气到通道中的流动。然后，循环流可以被控制为例如以弦向方式循环，并且基本上可以避免在风扇或加热装置的侧边处的寄生流。

18、在有利的实施例中，加热前缘结构进一步包括内部屏障件，该内部屏障件沿着基本上展向方向从内表面的上部部分延伸到内表面的下部部分，以在加热前缘结构的前缘区域处形成腔室，其中，加热装置和空气输送装置被配置成在腔室内部沿基本上展向方向输送经加热的空气。因此，产生正好沿着前缘的全壁腔室。在这样的腔室中的流动方向是基本上展向的，并且于是空气输送装置和加热装置应同样地定向。

19、在有利的实施例中，加热前缘结构包括在腔室中沿展向方向分布的多个空气输送装置和多个加热装置。这允许增加在前缘结构内部用于经加热的空气的流动路径的长度。例如，可以沿着流动路径设置两个或更多个彼此相距一段距离分布的空气输送装置。因此，延伸了流动路径，并且提供了热量到空气的局部引入，使得沿着流动路径的经加热的空气的温度可以被维持在差不多接近的范围内。例如，离开第一加热装置的经加热的空气将被待加热的前缘面板冷却，并且其流动速度可能降低。然而，该空气将被第二加热装置再次加热并且被第二空气输送装置加速。如果提供了更多的加热装置和空气输送装置，则将在每个另外的空气输送装置和加热装置处重复这个过程。

20、在有利的实施例中，该多个空气输送装置和该多个加热装置可彼此独立地运行。因此，可以控制展向的热量分布和/或热量的量。

21、在有利的实施例中，后面板的至少一部分包括热隔离。因此，来自经加热的空气的热量传递主要沿着前缘面板提供，并且提高了效率。后面板可以配备有附接到后面板的内表面上的单独的热隔离层，或者后面板自身可以包括整合的热隔离。

22、本发明进一步涉及一种用于飞行器的机翼，该机翼包括至少一个根据上文所述的加热前缘结构。

23、在有利的实施例中，该至少一个加热前缘结构包括固定的前缘结构和/或可移动的前缘结构。例如，可以提供一个或若干个可移动缝翼，该一个或若干个可移动缝翼各自被设计为根据上文所述的前缘结构。

24、更进一步地，本发明涉及一种飞行器，该飞行器包括至少一个根据上文所述的机翼和/或至少一个根据上文所述的加热前缘结构。