VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESEITIGIGtMG EINER VEREISUNG VON EINER LUFTFAHRZEUGOBERFLäCHE ^•

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung einer Vereisung von einer Luftfahrzeugoberfläche als auch auf eine Vorrichtung zur Beseitigung einer Vereisung von einer Luftfahrzeugoberfläche mit einer Heiz- vorrichtung auf der Innenseite der Luftfahrzeugoberfläche.

Vorrichtungen zur Beseitigung von Eisansatz auf Luftfahrzeugen, bei denen die Oberfläche von Luftfahrzeugen verändert wird, sind bereits bekannt. So ist aus der US 4,463,919 A ein pneumatisches Enteisungssystem bekannt, bei dem erwärmte Oberflächenteile aufgeblasen werden. Weiters ist aus der US 4,732,351 A ein Enteisungssystem bekannt, bei dem durch Stromeinwirkung auf piezoelektrisches Material eine Wellung der Oberfläche erreicht wird. Das in der EP 0 356 760 A2 vorgeschlagene, pneumatische Enteisungssystem arbeitet mit zeitversetzten Druckimpulsen.

Aus der DE 10 2005 009349 ist ein Flugzeugflügel mit einer elektrothermischen Enteisungs- und/oder Anti-Vereisungsvorrichtung bekannt geworden, wobei darauf abgezielt wird, einen Eisaufbau über einem vorderen Teil einer beweglichen Klappe als auch an anderen vereisungsanfälligen Gebieten eines Flugzeugflügels zu verhindern, wobei bei dieser Ausführungsform nachteilig ist, daß ein zusätzlicher Bauteil, wie beispielsweise die Klappe, so befestigt werden muß, daß sie aufgedreht bzw. aufgeklappt oder auch verschoben werden kann. Unter Berücksichtigung eines Strömungswiderstands und eines möglichen Strömungsabrisses kann eine derartige Klappe nur an der Unterseite einer Tragfläche montiert werden, wobei darüber hinaus die Klappe . relativ groß dimensio-

niert werden muß oder sich auch in Richtung zur Flügelnase verschieben muß.

Darüber hinaus ist es aus der US 2,393,635 A bekannt, für einen EnteisungsVorgang einen hohlen Raum zwischen einer Flügeloberfläche und einer darüber mechanisch befestigten Gummimatte vorzusehen, welche mit einem Gas gefüllt wird, bis ein Druckausgleich zwischen der Aufladung aus einem Druckbehälter und der aufblasbaren bzw. aufgeblasenen Gum- mimatte herrscht, wobei in der Gummimatte Heizdrähte integriert sind. Nachteilig bei dieser bekannten Ausführungsform ist die Tatsache, daß derartige Gummimatten nur auf bestimmten Profilquerschnitten einer Tragfläche angebracht werden können, wobei bei kritischen Profilstrukturen eine Veränderung des ProfilquerSchnitts als Ursache für kritische Flugzustände angesehen wird, da ein laminares Anliegen des Luftstroms nicht mehr gewährleistet ist.

Nachteilig bei allen diesen bekannten Lösungen sind der große Materialaufwand, der große Wartungsaufwand, die hohe

Störanfälligkeit und damit geringe Verläßlichkeit im Hinblick auf Triebwerkzapfluft und gegebenenfalls Triebwerksausfall, der sehr hohe Leistungsverbrauch, die geringe Redundanz, der schlechte Wirkungsgrad und die schlechte Wirksamkeit, die schwierige Installation an bestehenden Systemen, die hohen Installations- und Betriebskosten, die schwierige Austauschbarkeit, die thermische Einwirkung auf die, allgemein gesagt, Luftfahrzeugzelle, das große Gewicht und das daraus folgende geringe Leistungsgewicht, die schwierige Anwendbarkeit von Vorflügeln, die komplizierte, logische Steuerung, die große, aerodynamische Beeinflussung vor allem der Grenzschicht im ausgefahrenen Zustand, der hohe pneumatische Lärm, das beschränkte Einsatzgebiet und

die geringe FOD-Beständigkeit (FOD = Foreign Object Damage, Schaden durch Fremdkörper, insbesondere auf dem Flugplatz- gelände) .

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein EnteisungsSystem zu schaffen, das die obigen Nachteile vermeidet und eine zuverlässige Enteisung zur Verfügung stellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß durch die Erwärmung von Teilen der vereisten Luftfahrzeugoberfläche das Eis von der Deckschichtoberfläche durch einen Wasserfilm gelöst und gleichzeitig eine thermische und/oder mechanische Ausdehnung des Deckschichtmaterials erzeugt wird, die eine änderung der Luftfahrzeugoberflächenstruktur und/oder der Eisoberfläche erzeugt.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, thermische und/oder mechanische Ausdehnung von wenigstens Teilbereichen des

Deckschichtmaterials wird eine zuverlässige Absprengung bzw. Entfernung einer gegebenenfalls ausgebildeten Eisschicht erzielt.

Zur Schonung des Luftfahrzeugoberflächenteils bzw. einer Tragfläche ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Ausdehnungsbewegung des erwärmten Luftfahrzeugoberflächenteils mechanisch begrenzt wird.

Für eine gezielte Enteisung von Teilbereichen einer vereisten Teilbereichen einer Tragfläche ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die vereiste

Luftfahrzeugoberfläche in zwei oder mehrere Segmente gegliedert wird.

Zur Erzielung eines gewünschten Heizeffekts und somit einer gewünschten Entfernung von gegebenenfalls vorhandenem Eis wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Segmente in einer festgelegten oder auch nicht festgelegten Reihenfolge erwärmt werden.

Zur einfachen Steuerung bzw. Regelung wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß das System von einer Rechnerlogik überwacht wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht.

Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die mechanisch verstärkende Kraft durch eine Membran wirkt, wobei diese Kraft durch die natürliche Federkraft einer Membran gebildet sein kann und durch eine variabel oder auch nicht variabel einstellbare Einstellänge variiert. Die durch die Membran gebildete Kraft bewirkt einen Schutz des Systems vor Vereisung und verstärkt die mechanische Kraft, welche durch die thermomechanische Expansion zur Verfügung gestellt wird.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Teil(e) der Luftfahrzeugoberfläche auf dem Luftfahrzeugkörper verschiebbar angeordnet ist ^" (sind) . Wie oben bereits ausge- führt, ergibt sich somit mit einer einfachen und zuverlässigen Konstruktion die Möglichkeit einer sicheren Beseitigung einer Vereisung.

Zum Schutz von aneinander angrenzenden, verschiebbaren Teilen ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Stoßstellen zwischen den verschiebbaren Teilen und dem Luftfahrzeugkörper eine Abdeckung aufweisen, wobei gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, daß eine axiale Führung, insbesondere ein T-Stoß, vorhanden ist.

Zur Aufnahme der einwirkenden Belastungen ist darüber hin- aus bevorzugt vorgesehen, daß eine ^' Lagerung, die nur in eine Richtung verschiebbar ist, mechanische Lasten aufnimmt .

Gemäß ^■ einer weiters bevorzugten Ausführungsform ist vorge- sehen, daß eine Deckschichtseite angewinkelt wird.

Zur Erzielung einer zuverlässigen Enteisungswirkung als auch zur Bereitstellung eines strömungsgünstigen Tragflächenprofils wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausfüh- rungsform vorgeschlagen, daß die erwärmte Deckschichtoberfläche auf der Luftfahrzeugoberfläche aufliegt oder in diese versenkt wird, wobei gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, daß nur eine der beiden Flanken bzw. Hälften beheizt und/oder ausdehnbar ist.

Dadurch, daß erfindungsgemäß einer oder mehrere Teile der Luftfahrzeugoberfläche auf dem Luftfahrzeugkörper verschiebbar angeordnet sind und mit der Grundstruktur durch eine mechanische Lagerung verbunden sind, kann sowohl bei einer Expansion der obersten Schicht als auch einem Schrumpfen dieser Schicht sich diese aktiv mitbewegen. Darüber hinaus können Kräfte aufgenommen werden, die normal auf die aerodynamische Fläche wirken.

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Der Einschaltbefehl für die Heizmatte kann seitens des Piloten und seitens des Eissensors und der damit verbundenen, logischen Rechnereinheit erfolgen. Nun wirkt die Heizein- heit, verstärkt durch den Thermoreflektor-Effekt der Verklebung zwischen Heizeinheit und Einbauhilfe, thermisch auf die Deckschicht ein. Die Deckschicht des EnteisungsSystems heizt sich aufgrund der thermischen Einwirkung auf und gibt die Wärmeenergie an die unterste Eisschicht der betroffenen Stelle weiter, die dadurch schmilzt. An die Stelle der mechanischen Verbindung zwischen dem Eis und dem Enteisungs- System tritt nun ein Wasserfilm, auf dem das Eis aufschwimmt . Gleichzeitig expandiert die Deckschicht aufgrund der thermisch induzierten Einwirkung mechanisch. Diese me- chanische Ausdehnung wird aufgrund der einseitig fest eingespannten Deckschicht, hier speziell Tragfläche, zur Nasenleiste geführt. Die Nasenleiste ist eine definierte Linie auf jeder Tragfläche, nämlich die Verbindungslinie der vordersten Punkte der Profilschnitte einer Tragfläche. Die mechanische Befestigung der fest eingespannten Deckschichtseite ist ein definierter Punkt, der bei der Auslegung auf jede spezifische Tragfläche ermittelt wird und einer mechanischen, dreiwertigen Lagerung entspricht. Aufgrund der angewinkelten Form der Deckschicht an der frei beweglichen Seite gleitet eine Deckschicht auf der zweiten auf und durchstößt das Eis. Dieser Hebeeffekt wird durch die Membran mechanisch verstärkt. Aufgrund der nun getrennten Eisplatte und des entstandenen Wasserfilms gleitet das Eis aufgrund aerodynamischer Druckkräfte von der Tragflä- chenobers ^' eite ab. Aufgrund einer Zeitschaltuhr oder des Erfahrungsschatzes des Piloten wird das System auf diesem Luftfahrzeugoberflächensegment nun abgeschaltet und logisch das nächste Segment eingeschaltet. Das ursprüngliche System

wird nun nicht mehr geheizt und wird zusätzlich durch die Fahrtkühlung in die mechanische Ursprungsstellung gebracht. Die gesamte Spannungsversorgung gewährleistet ein Generator. Am Beispiel einer Tragfläche verläuft diese zyklische Steuerung beginnende von der Tragflächenwurzel bis zum Tragflächenende symmetrisch. Bei Defekt eines Segments wird das nächste angesteuert und nur das defekte still gelegt. Es wird somit eine hohe Redundanz gewährleistet . Bei besonders tiefen Temperaturen gewährleistet der T-Stoß, der mit einer Deckschichtseite mechanisch fest verbunden ist, die axiale Führung der Deckschicht und verhindert, daß die obere Deckschicht vom Fahrtwind eingebeult wird. Zusätzlich definiert er eine bestimmte Fläche und damit Kraft die durch das Eis stößt.

Der Einsatz des vorliegenden Enteisungssystems ist nicht nur auf Flügeloberflächen von Flugzeugen begrenzt. Es soll hier erwähnt werden, daß dieses System an allen in irgendeiner Form aerodynamisch interessanten, eisgefährdeten Oberflächen, deren Größe unrelevant ist, angewandt werden kann. Erfahrungsgemäß wird es an Tragflächen, Höhen- und Seitenleitwerk sowie eisgefährdete Rumpfabschnitte und möglicherweise auch an Propeller angebaut werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild für das Enteisungssystem in einem Luftfahrzeug; Fig. 2 ein Schnittbild des erfindungsgemäßen Enteisungs- Systems auf eine Flugzeugtragfläche angewendet;

Fig. 3a und 3b den Ablöseprozeß und Optimierung des erfindungsgemäßen Enteisungssystems an einer Flugzeugtragfläche.

Fig. 1 zeigt die Ansteuerungskette das des Enteisungs- systems . Das elektrische System zur Regelung der Heizmatten besteht aus einem Bus, das von einem Master oder einem Slave in der Rechnereinheit (4) gesteuert wird. Diese beiden Hauptrechner kontrollieren den Bus, geben eine Ausgabe auf das Display bzw. die Anzeige (3) (einzige Eingabe des Displays ist die Ein/Aus-Auswahl) und speichern etwaige Defekte, die über einen Servicestecker (6) von einem Wart bzw. einer Bedienungsperson abgefragt werden können. Am Bus sind die Module für die Eissensoren (1) und Heizsysteme (5) angeschlossen. Ein Modul des Eissensors besteht aus mehreren Eissensoren an der oberen und unteren Tragflächenseiten und einem MikroController, der die Ergebnisse an die Hauptrechner leitet. Bei Betätigung der Heizmattern wird, ange- speist durch den Leistungsbus am Generator (2) , die Tragfläche enteist . Das Ablösen des Eises nach Betätigung der Heizmatten funktioniert wie folgt beschrieben:

Bauteile : (1) Eissensormodul (kann aus mehreren Eissensoren bestehen)

(2) Generator: stellt die Leistung für die Heizmatten zur Verfügung

(3) Cockpitanzeige: Bedienelement für den/die Pilot (en); besteht aus Ein/Aus-Schalter und Zustandsanzeiger

(4) Rechnereinheit: steuert den Bus mit einem Master und Slave

(5) Heizmatte: erwärmt die Deckschicht bzw. die Flanken

(6) Servicestecker: über den die Bedienungsperson oder der Techniker genaue Informationen auslesen und konfigurieren kann.

Wie aus Fig. 2, welche eine als Schnittzeichnung durch eine Tragfläche darstellt, zu ersehen ist, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Heizmatten (5) , die die Deckschicht (7) aufheizen. Durch diesen Temperatursprung dehnt sich die Deckschicht aus. Leicht oberhalb des Staupunkts treffend die obere und die untere Hälfte der Deckschicht aufeinander, wobei die eine Hälfte auf die andere Hälfte durch eine Rampe aufgleitet. Zwischen den "Rampen" der Deckschicht befindet sich ein T-Stück (9) , das eine lineare Führung, geringere Gleitreibung, hohe Härte gegen die Abreibung und ein schnelles Austauschen dieses einzigen Verschleißteils gewährleisten soll. Diese aufgleitende Kante der Deckschicht/Membran (10) nach außen stößt ins Eis und erzeugt zumindest Risse, die eine Instabilität des Eises oder das Absprengen des Eises hervorruft. Die Lagerung (11) kann als Gleitverbindung oder als elastische Kunststoffverbindung ausgeführt sein. Das gesamte System bzw. die Bauteile, bestehend aus der Deckschicht, den Heizmatten und dem Lager, sind auf eine Basisschicht (8) geklebt, um die gesamte Konstruktion besser transportieren und montieren zu können.

(7) Deckschicht: schiebt die Flanken aufgrund der Erwärmung gegeneinander und schützt die Heizmatten vor FODs

(8) Basisschicht: darauf sind nahezu alle Bauteile angeklebt und dienen zur schnelleren Montage

(9) T-Stoß: leicht austauschbarer Bauteil zwischen den Flanken (10) Abdeckschicht: mit dem T-Stoß verhindert sie das

Eindringen von Feuchtigkeit und Fremdkörper in das System

(11) Lagerung: hält die Deckschicht in ihrer Gestalt und vermindert Beulen, soll aber di Wärmeausdehnung nicht behindern.

Fig. 3a zeigt das EnteisungsSystem im warmen und damit ausgefahrenen bzw. ausgedehnten Zustand. Hier sieht man deutlich, wie die Flanke ins Eis stößt und diese ablöst. In diesem Bild wird auch gezeigt, wie man die Vorrichtung in das Luftfahrzeug versenken kann und damit der aerodyna- mische Widerstand minimiert wird. Dies erkennt man an der Verbindung des Endes der Deckschicht (7) mit der Oberfläche des Luftfahrzeugs . Bei diesem Bild wird auch die Verformung der elastischen Lagerung (11) und der Deckschicht (7) ersichtlich.

Fig. 3b zeigt eine weitere Optimierungsmöglichkeit durch das Versenken des T-Stoßes (9) und es kann die Abdeckung (10) in die Deckschicht (7) erfolgen, das hier im kalten Zustand gezeigt wird.

Aus den Figuren ist somit ersichtlich, daß durch die Verschiebung von einzelnen Bereichen bzw. Teilen (7) der Tragflächen' bei einem Erwärmen mittels der unter den Teilbereichen (7) angeordneten Heizmatten ein zuverlässiges Ab- sprengen von gegebenenfalls bestehendem Eis erzielbar ist, wobei die Abdeckung (10) einen entsprechenden Schutz darstellt, wie dies insbesondere aus Fig. 3a ersichtlich ist.