一种基于超声空化原理的防除冰方法技术

本发明专利技术涉及防除冰技术领域，具体公开了一种基于超声空化原理的防除冰方法，预先利用多孔介质材料来制作具有多孔结构的待防除冰基底；在待防除冰基底的内侧设置空化腔，且空化腔与多孔结构相连通形成一个超声空化腔；在空化腔远离待防除冰基底的一侧外壁，设置超声波换能器阵列，超声波换能器阵列与控制装置电连接；利用控制装置控制输液系统向空化腔和多孔结构内充盈液体介质；利用控制装置控制超声波换能器阵列激励超声波，并利用液体介质向多孔结构进行传导，使得空化腔和多孔结构内产生超声空化效应。本发明专利技术通过超声波空化效应产生的振动和热量、高压对待防除冰基底外侧的冰层进行清除。行清除。行清除。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声空化原理的防除冰方法


[0001]本专利技术涉及防除冰
，具体涉及一种利用超声空化原理的防除冰方法。

技术介绍

[0002]结冰问题一直是影响国民经济和社会发展的重要因素，发展高效的防除冰技术，降低结冰的危害，对国民经济和社会发展具有重要意义。探索防除冰新理论并发展新的防除冰技术，已成为防除冰领域的基础性、关键性的热点研究课题，得到了各国广大研究人员的高度关注。
[0003]例如，飞机结冰问题一直是影响飞机飞行安全的重要因素，开发新型飞机的防除冰方法是保障飞行安全的重点工作。飞机结冰现象主要发生在迎风部件表面，升力部件表面、发动机进气道、风挡玻璃以及各类传感器等。
[0004]目前常用防除冰方法主要可以分为机械除冰、液体防/除冰、热防/除冰三类，这几类技术在不同的飞机或者不同的部位均有一定的应用。机械除冰的原理是在机翼表面产生机械力以破坏积冰结构；液体防/除冰主要是在飞机表面喷涂冰点抑制剂或者防冰液，冰点抑制剂和防冰液与撞击飞机表面的过冷水滴混合，导致表面温度升高实现防冰；热防/除冰主要有气热和电热两种，通过发动机引气或者电加热使飞机表面达到一定的温度从而实现防除冰。
[0005]上述除冰方法存在起效慢、效率低、结构复杂可靠性不足等缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于超声空化原理的防除冰方法，通过超声波空化效应产生的剧烈震动、热效应、高压进行防除冰。
[0007]为了解决上述所提到的技术问题，本专利技术具体采用以下技术方案：
[0008]一种基于超声空化原理的防除冰方法，其包括步骤：
[0009]预先利用多孔介质材料来制作具有多孔结构的待防除冰基底；
[0010]在所述待防除冰基底的内侧设置空化腔，且所述空化腔与所述多孔结构相连通形成一个与外界连通的超声空化腔；而当所述待防除冰基底外侧结冰时，所述超声空化腔处于密封状态；
[0011]在所述空化腔远离所述待防除冰基底的一侧外壁，设置超声波换能器阵列，所述超声波换能器阵列与控制装置电连接；
[0012]利用所述控制装置控制输液系统向所述空化腔和所述多孔结构内充盈液体介质；
[0013]利用所述控制装置控制所述超声波换能器阵列激励超声波，并利用所述液体介质向所述多孔结构内进行传导，使得所述空化腔和所述多孔结构内的所述液体介质产生超声空化效应。
[0014]其中，所述超声波换能器阵列包括若干超声波换能器；所述超声波换能器的超声波激励端与空化腔内侧壁紧密接触，有利于超声波的传导。
[0015]超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污物撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。
[0016]当超声波能量足够高时，存在于液体中的微小气泡（空化核）在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合的现象。
[0017]空化气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。空化气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压（5000K，1800atm），冷却速度可达109K/s。
[0018]本专利技术的原理正是在于利用超声波空化效应在密封空间（即被冰层所密封的超声空化腔）内产生的高频振动和释放的热能，以及高压对待防除冰基底外表面形成的冰层进行清除。具体地，相较于单纯用空化腔作为超声空化腔，利用多孔结构作为空化腔的延伸，得到一个体积较大的超声空化腔，同时，该超声空化腔的部（即多孔结构）又是待防除冰基底，使得冰层直接覆盖在该超声空化腔的表面，并由多孔结构在冰层与空化腔之间构建了多个“直达通道”，使得空化腔内液体介质发生空化效应和多孔结构内液体介质发生空化效应所产生的高频振动、热效应和高压，不仅可直接通过该超声空化腔作用于冰层，并且还可通过该“直达通道”直接作用于冰层，大大提高了除冰效率。
[0019]作为一种改进，所述空化腔内（例如顶部）设置有气泡传感器，所述气泡传感器可与所述控制装置进行数据通信；所述方法还包括：
[0020]当所述超声波换能器阵列未工作时，所述控制装置控制所述气泡传感器实时检测所述空化腔内是否有气泡；
[0021]若所述气泡传感器检测到所述空化腔内有气泡时，向所述控制装置发送触发信号，使得所述控制装置控制所述输液系统向所述空化腔内补充所述液体介质。
[0022]通过气泡传感器来感知空化腔内是否有气泡产生，从而判断是否漏液。漏液发生后需要通过输液系统向空化腔补充液体介质，从而保证空化腔和蒙皮内的多孔结构充盈。
[0023]作为一种改进，也可预先在该空化腔内设置液位传感器，从而使得控制器可从该液位控制器中获取到空化腔内的液位情况（由于多孔结构与空化腔是连通的，因此，控制器内的液位也同时说明了多孔结构内的液位情况），并控制输液系统向空化腔内补充液体介质的量（具体地，根据当前液位数据（例如，液面高度），以及空化腔和多孔结构内孔隙的总体积即可计算得到，或者，直接根据初始液位（即还未开始防除冰作业时，充盈在空化腔和多孔结构内的液体介质的液位）和当前液位数据计算得到）。当然，该液位传感器和气泡传感器可同时结合使用，也可分别根据实际情况选择任一使用。
[0024]作为一种改进，所述空化腔由金属材料围成，其内部为空腔；所述方法还包括：预先利用贯穿空化腔外壁的紧固件（如螺栓）将所述超声波换能器与空化腔连接，并利用胶水粘接。通过紧固件和胶水的双重固定，保证超声波换能器与空化腔外壁的紧密连接。
[0025]作为一种改进，所述紧固件上位于空化腔外壁两侧均套有密封垫片，避免安装孔（例如螺孔）处漏液。
[0026]作为一种改进，所述超声波换能器内设置有用于激励超声波的正极饵片和负极饵
片，所述正极饵片和所述负极饵片均与所述控制装置电连接。
[0027]作为一种改进，所述空化腔内壁、外壁均预先进行光滑处理。进一步保证超声波换能器与空化腔的紧密接触。
[0028]作为一种改进，所述多孔介质材料为金属，其内部具有相互贯通的多孔结构。多孔结构能够使得空化效应最大程度的接近冰层或“直达”冰层，使得空化效应产生的振动衰减更小，除冰效果更好。并且，空化效应产生的高压经过多孔结构的作用，进一步增大了除冰效果。
[0029]作为一种改进，所述方法还包括预先对所述待防除冰基底的外表面进行疏水性处理，以增大水滴接触角大于90
°
，甚至达到130
°
或更大，使得待结冰基底表面保持疏水性，使得冰层脱离更加容易。
[0030]作为一种改进，所述液体介质的冰点低于
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声空化原理的防除冰方法，其特征在于，包括：预先利用多孔介质材料来制作具有多孔结构的待防除冰基底；所述多孔介质的孔隙率50%~70%，孔径分布为1μm
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1mm；在所述待防除冰基底的内侧设置空化腔，且所述空化腔与所述多孔结构相连通形成一个与外界连通的超声空化腔；而当所述待防除冰基底外侧结冰时，所述超声空化腔处于密封状态；在所述空化腔远离所述待防除冰基底的一侧外壁，设置超声波换能器阵列，所述超声波换能器阵列与控制装置电连接；利用所述控制装置控制输液系统向所述空化腔和所述多孔结构内充盈液体介质；利用所述控制装置控制所述超声波换能器阵列激励超声波，并利用所述液体介质向所述多孔结构内进行传导，使得处于密封状态的所述超声空化腔中所述空化腔和所述多孔结构内的所述液体介质产生超声空化效应。2.根据权利要求1所述的一种基于超声空化原理的防除冰方法，其特征在于：所述空化腔内设置有气泡传感器，所述气泡传感器可与所述控制装置进行数据通信；所述防除冰方法还包括步骤：当所述超声波换能器阵列未工作时，所述控制装置控制所述气泡传感器实时检测所述空化腔内是否有气泡；若所述气泡传感器检测到所述空化腔内有气泡时，向所述控制装置发送触发信号，使得所述控制装置控制所述输液系统向所述空化腔内补充所述液体介质。3.根据权利要求1所述的一种基于超声空化原理的防除冰方法，其特征在于：还包括步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪章松，薛明，黄永杰，王梓旭，王茂，张颖，潘攀，
申请(专利权)人：成都流体动力创新中心，
类型：发明
国别省市：