一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统及方法
本发明涉及一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统及方法，属于直升机机翼防除冰领域。
背景技术：
1、直升机穿越含过冷液滴的云层时，机翼表面会遭遇撞击并形成冰层。结冰会改变这些部件的形状和重量分布，影响直升机的空气动力特性和操控稳定性，严重时可能导致飞行事故。目前传统的热力防除冰系统，如电热防冰和气动热力除冰，已在多款直升机上得到应用，技术相对成熟。然而传统的直升机防除冰技术仍面临系统复杂、能耗高、添加额外系统增加重量等问题，未来需进一步优化系统设计，提高除冰效率，降低对直升机飞行性能的影响，保证直升机飞行安全。
2、已有部分专利提出了直升机机翼防除冰技术及其应用。专利cn114291270a设计了一种一种用于桨叶防除冰的输电结构，主要特征是采用无线感应输电技术，实现对桨叶的无接触输电，通过温度传感器和控制电路实现桨叶加热的反馈控制，解决了接触型输电结构的损耗问题，实现桨叶温度的精确控制，提高运行效率和安全性；但是输电装置成本较高，存在电磁干扰和环境影响；专利cn107128510b设计了一种直升机旋翼防除冰实验平台，主要特征是模拟实际工作状态，包括旋翼样件、转动系统、滑环系统等，实时测量温度，采用电热丝加热，节约成本和空间，采用伺服电机驱动，可调转速和旋翼角度，提供了旋翼防除冰技术研究数据，可用于验证和优化防除冰技术；但是技术成熟度不高，实验具有局限性，实际应用时工况和实验工况区别较大，成本效益和安全性未明确。
3、本发明提出一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，利用油路循环将发动机的余热传递到相变储热腔中储存起来；相变储热腔中的热量通过回路热管将热能传递到冷凝段放热；并且通过高导热金属将热量传导到机翼蒙皮，提高机翼表面温度实现防除冰。本发明利用余热回收进行防除冰，在提高了整体能源利用效率的同时，降低了温室气体和其他有害排放，减轻了机身重量、降低了运营成本、提高了系统稳定性和飞行安全性。
技术实现思路
1、本发明提出一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，本发明有助于推动直升机防除冰技术与相变储能装置、回路热管的应用。
2、本技术实施例提供一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，由由高导热金属1、回路热管系统2、相变储能装置3、油路循环系统4、结冰探测器5、机翼6、直升机倾斜盘7组成；
3、其中高导热金属1由第一高导热金属1-1、第二高导热金属1-2组成；
4、第一高导热金属1-1、第二高导热金属1-2分别与直升机回路热管系统的冷凝段2-1上表面相连，第一高导热金属1-1、第二高导热金属1-2分别依次布置在直升机机翼6-1、机翼6-2的上下表面之间，埋在直升机机翼中；
5、回路热管系统2由冷凝段2-1、液体管线2-2、补偿室2-3、蒸发段2-4、蒸汽管线2-5组成；
6、蒸发段2-4有两个接口，蒸发段2-4左侧接口与蒸汽管线2-5下侧接口相连，蒸发段2-4右侧接口与补偿室2-3下侧接口相连，蒸汽管线2-5有两个接口，蒸汽管线2-5上侧接口与冷凝段2-1左侧接口相连，蒸汽管线2-5下侧接口与蒸发段2-4左侧接口相连，冷凝段2-1有两个接口，冷凝段2-1左侧接口与蒸汽管线2-5上侧接口相连，冷凝段2-1右侧接口与液体管线2-2上侧接口相连，液体管线2-2有两个接口，液体管线2-2上侧接口与冷凝段2-1右侧接口相连，液体管线2-2下侧接口与补偿室2-3上侧接口相连，补偿室2-3有两个接口，补偿室2-3上侧接口与液体管线2-2下侧接口相连，补偿室2-3下侧接口与蒸发段2-4右侧接口相连，回路热管系统2中蒸发段2-4安装在相变储能装置3中，回路热管系统2中蒸汽管线2-5穿孔穿过直升机倾斜盘7，回路热管系统2中冷凝段2-1上表面与高导热金属相连，液体管线2-2穿孔穿过直升机倾斜盘7；
7、油路循环系统4由第一油路管道4-1、油箱4-2、第二油路管道4-3、涡轴发动机4-4、第三油路管道4-5、第四油路管道4-6组成；
8、第一油路管道4-1有两个接口，第一油路管道4-1上侧接口与第五油路管道4-7下侧接口相连，第一油路管道4-1下侧接口与油箱4-2上侧接口相连，油箱4-2有两个接口，油箱4-2上侧接口与第一油路管道4-1下侧接口相连，油箱4-2右侧接口与第二油路管道4-3左侧接口相连，第二油路管道4-3有两个接口，第二油路管道4-3左侧接口与油箱4-2右侧接口相连，第二油路管道4-3上侧接口与涡轴发动机4-4进油口相连，涡轴发动机4-4有两个油路接口，涡轴发动机4-4进油口与第二油路管道4-3上侧接口相连，涡轴发动机4-4出油口与第三油路管道4-5右侧接口相连，第三油路管道4-5有两个接口，第三油路管道4-5右侧接口与涡轴发动机4-4出油口相连，第三油路管道4-5左侧接口与第四油路管道4-6右侧接口相连，第四油路管道4-6有两个接口，第四油路管道4-6右侧接口与第三油路管道4-5左侧接口相连，第四油路管道4-6左侧接口与第一油路管道4-1上侧接口相连，油路循环系统4中第四油路管道4-6安装在相变储能装置3中；
9、结冰探测器5安装在机翼6上表面。
10、进一步地，所述第一高导热金属1-1、第二高导热金属1-2材质为黄铜。
11、进一步地，回路热管系统2中冷凝段2-1、液体管线2-2、补偿室2-3、蒸发段2-4、蒸汽管线2-5材质均为不锈钢，工作介质为甲醇。
12、进一步地，所述相变储能装置3外表面为聚乙烯，内填充相变材料为rt10石蜡，结冰探测器5为光纤式结冰探测器。
13、进一步地，所述第一油路管道4-1、第二油路管道4-3、第三油路管道4-5、第四油路管道4-6材质均为不锈钢。
14、进一步地，所述的一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统的方法，其特征在于：
15、所述结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统工作策略包括直升机飞行时储能策略、直升机防除冰策略两种；
16、直升机飞行时储能策略：
17、直升机飞行过程中，直升机的发动机为直升机提供动能，产生大量余热，热量通过涡轴发动机4-4进入油路循环系统4的第四油路管道4-6，油路循环系统2中的循环介质是油，油从油箱4-2经过第二油路管道4-3运送到涡轴发动机4-4中，在涡轴发动机4-4中一部分油进入燃烧室作为燃料，另一部分油吸收燃烧后的余热继续后沿第三油路管道4-5进入第四油路管道4-6，相变储能装置3中第四油路管道4-6与相变材料换热，相变材料吸热融化后储能，放热后的油放热后沿第一油路管道4-1进入油箱4-2完成一个循环。
18、直升机防除冰策略：
19、相变储能装置3放热时，相变材料rt10石蜡迅速由液态向固态转变，在这个过程中相变材料rt10石蜡释放的大量热量通过导热传递至蒸发段2-4，蒸发段2-4的工作介质受热形成蒸汽，通过热管毛细力的作用驱动工作流体离开蒸发段2-4进入蒸汽管线2-5，工作介质沿蒸汽管线2-5流动进入冷凝段2-1，工作介质在冷凝段2-1对外放热，工作介质放热后液化成过冷液体后沿液体管线2-2进入补偿室2-3中，补偿室2-3中的工作介质混合后进入蒸发段2-4完成一个循环；
20、结冰探测器5检测到机翼前缘冰晶形成时，防除冰系统启动，回路热管系统2的冷凝段2-1对外放热，热量通过与冷凝段2-1连接的第一高导热金属1-1、第二高导热金属1-2传递到机翼6-1、机翼6-2的蒙皮，机翼8蒙皮吸热后加热流经该区域的液滴，提高该区域的空气温度，将机翼8的积冰加热融化，待结冰探测器5未检测到积冰时，回路热管系统2关闭，由此完成一个循环。
技术特征：
1.一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，其特征在于：所述第一高导热金属(1-1)、第二高导热金属(1-2)材质为黄铜。
3.根据权利要求1所述的一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，其特征在于：回路热管系统(2)中冷凝段(2-1)、液体管线(2-2)、补偿室(2-3)、蒸发段(2-4)、蒸汽管线(2-5)材质均为不锈钢，工作介质为甲醇。
4.根据权利要求1所述的一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，其特征在于：所述相变储能装置(3)外表面为聚乙烯，内填充相变材料为rt10石蜡，结冰探测器(5)为光纤式结冰探测器。
5.根据权利要求1所述的一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统，其特征在于：所述第一油路管道(4-1)、第二油路管道(4-3)、第三油路管道(4-5)、第四油路管道(4-6)材质均为不锈钢。
6.基于权利要求1所述的一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统的方法，其特征在于：
技术总结
本发明涉及直升机机翼防除冰领域，具体涉及一种结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统及方法。所述的结合相变储能与回路热管的直冷式余热回收直升机防除冰系统包括高导热金属、回路热管系统、相变储能装置、油路循环系统、结冰探测系统。所述高导热金属埋在直升机机翼中用于传递热量至机翼表面进行加热。所述回路热管系统由蒸发段、补偿室、冷凝段组成并通过管线连接，将热量由相变储能装置传递至高导热金属。所述相变储能装置的相变材料可以通过油路循环系统将燃油热量储存其中。本发明回收利用直升机发动机余热进行防除冰，在降低直升机动力系统能源消耗的同时也降低防除冰系统运行功耗。
技术研发人员：高涛,王松青,王瑜,王歆铖
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5