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Enteisungsanlage für Flugzeuge Die Erfindung betrifft eine Enteisungsanlage
für Flugzeuge, bei der die zum Enteisen erforderliche Wärme in elektrischen, gruppenweise
angeordneten Heizwiderständen erzeugt wird, wobei einzelne Heizwiderstände konstant
und andere Heizwiderstände derselben Gruppe in bestimmter Reihenfolge nacheinander
kurzzeitig mit Heizenergie versorgt werden und wobei ein erster Taktgeber mit vorgegebener
konstanter Taktfrequenz die Einschaltbefehle für die kurzzeitig mit Heizenergie
versorgten Heizwiderstände erzeugt, und ein zweiter Taktgeber die Ausschaltbefehle
jeweils zu einem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschaltbefehlen liegenden,
von der Temperatur eines der Heizwiderstände abhängigen Zeitpunkt erzeugt.
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Die Heizdauer für die einzelnen im Zyklus beheizten Flächen wird dabei
z. B. von einem elektromechanischen Taktgeber vorgegeben. Es sind jedoch auch elektronische
Taktgeber bekanntgeworden. Im Gegensatz zum elektronischen Taktgeber erfordert die
Veränderung von Heizzeiten beim elektromechanischen Taktgeber einen erheblichen
Aufwand.
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Durch die dauernd sich ändernden Umweltbedingungen, wie Temperatur,
Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Relativgeschwindigkeit der Luftströmung an den durch
Vereisung gefährdeten Profilen während eines Fluges, zeigt sich, daß die Anfangs-
und Endtemperaturen der im Zyklus beheizten Widerstände für die zu enteisenden Flächen
in ihren Werten sehr stark schwanken. Dabei können sehr leicht die Grenztemperaturen
der Isolation der Heizwiderstände erreicht werden, so daß es zur Zerstörung der
Heizelemente kommt. Beim Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur ist eine zureichende
Enteisung nicht mehr gewährleistet.
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Eine Möglichkeit, überhitzungen zu vermeiden, besteht darin, die spezifische
Heizleistung der Widerstände möglichst klein zu halten. Daraus ergibt sich jedoch
der Nachteil, daß die Enteisungsanlage bei extremen Umweltbedingungen, wie z. B.
bei eisbildendem Regen, nicht mehr eine ausreichende Enteisung gewährleistet. Eine
andere Möglichkeit, das überschreiten der Grenztemperaturen zu vermeiden, liegt
darin, die Wärmekapazität der Heizelemente und der Flugzeugbeplankung zu erhöhen.
Dies hat zur Folge, daß beim Einschalten eines Heizwiderstandes die Zeitkonstante
des Temperaturanstiegs verhältnismäßig groß wird und in einer fest vorgegebenen
Heizzeit die Grenztemperatur nicht mehr überschritten werden kann. Mit der Erhöhung
der Wärmekapazität ist jedoch auch zwangsweise ein erhöhtes Gewicht verbunden. Ein
anderer Nachteil hierbei beruht darauf, daß das Eis nicht augenblicklich abgeworfen
wird, sondern daß durch die ständig vorhandene Wärmeenergie ein Eisbelag kontinuierlich
abgeschmolzen wird und das sich bildende Schmelzwasser durch die Luftströmung über
die Flächen zurückläuft. Das zurücklaufende Wasser friert dabei wieder ein und kann
das Funktionieren von Sturzflugbremsen und Trinimklappen stark beeinträchtigen.
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Es ist eine Enteisungsanlage bekannt (USA.-Patent 3 013 752),
bei der die zu enteisenden Flächen nach dem Prinzip der Zweipunktregelung beheizt
werden. Beispielsweise sind an den Anströmkanten der Tragflächen Temperaturfühler
angeordnet, so daß bei Erreichen einer unteren Grenztemperatur die Enteisung eingeschaltet
und bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur wieder ausgeschaltet wird. Eine derartige
Regelung erfordert einen verhältnismäßig hohen Aufwand, vor allem, wenn eine größere
Anzahl von Fühlern vorgesehen ist. Es wird zwar unter Umständen eine ausreichende
Enteisung gewährleistet, die Temperaturen in den Heizelementen selbst werden jedoch
nicht berücksichtigt. Auf diese Weise ist keine Sicherheit gegen etwaige überhitzungen
der Heizelemente gegeben.
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Es ist eine andere Enteisungsanlage bekannt (USA.-Patent 2
802 087), bei der ebenfalls alle Heizelemente zugleich ein- oder ausgeschaltet
werden. Die Einschaltung erfolgt nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen, die
von einem in der Außenhaut des Flugzeuges befindlichen Eisfühler abgegeben werden.
Die Impulsfrequenz des Eisfühlers richtet sich nach dem jeweiligen Grad der Eisbildung.
Der Abschaltzeitpunkt der Enteisung wird über eine Störgrößenaufschaltung gewonnen,
die die Umgebungstemperatur
berücksichtigt, indem ein zusätzlicher
Heizwiderstand ci Cr eichzeitig mit der Enteisung eingeschaltet wird und der sich
je nach Umgebungstemperatur unterschiedlich schnell erwärmt. Auch hier besteht
keine genaue Kontrolle über den Erwärmungsgrad der einzelnen Heizelemente. Es erfolgt
zwar eine an die, jeweilige Umgebungstemperatur angepaßte Enteisung, jedoch keine
Überwachung der Heizelemente vor überhitzungen, vor allem auch deshalb nicht, weil
sich der zusätzliche Heizwiderstand nicht an der Oberfläche der Außenhaut befindet.
Es kann bei einer derartigen Störgrößenaufschaltung nur eine indirekte Aussage über
den Erwärmungsgrad der Heizelemente gewonnen werden. Ferner läßt sich nach diesem
Verfahren eine zyklische Enteisung nicht in der Weise durchführen, daß die Heizwiderstände
in bestimmter Reihenfolge nacheinander kurzzeitig mit Heizenergie versorgt werden,
wobei die Einschaltbefehle für die Heizwiderstände mit vorgegebener Taktfrequenz
erzeugt wetden, denn die Folge der Aus- und Einschaltzeiten richtet sich allein
nach den jeweiligen Umgebungsbedingungen.
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Bei einer anderen bekannten Enteisungsanlage mit den eingangs genannten
Merkmalen schließlich erfolgt die Einschaltung eines Heizzyklus für die nicht konstant
eingeschalteten Widerstände ebenfalls über einen Taktgeber in Abhängigkeit von einem
Eisfühler (USA.-Patent 2 767 294). Ein zweiter Taktgeber bestimmt die Einschaltdauer
der einzelnen Heizelemente. Durch in den zyklisch beheizten Heizmatten angeordneten
Temperaturfühler erfolgt eine Herabsetzung der Taktzahl und damit der Einschaltdauer
eines Heizelementes, sobald eine obere Grenztemperatur überschritten wird. Auf diese
Weise wird verhindert, daß die Heizelemente zu stark erwärmt werden. Nachteili
'g hierbei ist vor allem der große Aufwand, den eine solche Überwachung erfordert,
da eine große Anzahl von Temperaturfühlem vorgesehen sein muß. Eine Vielzahl der
Temperaturfühler setzt außerdem die Zuverlässigkeit einer derartigen Anlage herab.
Deshalb ist bereits bekanntgeworden, nur z. B. in jedem vierten der periodisch beheizten
Heizelemente einen Temperaturfühler vorzusehen. Bei kurzzeitig sich ändernden Umweltbedingungen
während des Fluges kann es dann aber vorkommen, daß im Heizablauf eine gefährliche
überhitzung nicht rechtzeitig festgestellt wird, weil zwischen dem Auftreten einer
Übertemperatur an einem Heizelement bis zur Beheizung desjenigen nachfolgenden Heizelementes,
das einen Teraperaturfühler aufweist, eine zu große Zeit verstreicht-Durch Veränderung
der Heizzeiten, wobei der Heizzyklus schneller oder langsamer abläuft, läßt sich
eine gewisse Anpassung an die Umgebungsbedingungen während eines Fluges erreichen.
Ein Schutz gegen Übertemperaturen ist jedoch nur in einem geringen Umfang gegeben,
da nicht vorauszusehen ist, ob die Heizelemente in der nicht beheizten Zeit ihre
Anfangstemperatur wieder erreichen. Geschieht dies nicht, schaukelt sich die Endtemperatur
so weit auf, daß es zu Zerstörungen der Heizelemente kommt.
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Die Erfindung hat sich darum die Aufgabe gestellt, die genannten Nachteile
zu beheben und eine Enteisungsanlage vorzuschlagen, bei der die Umweltbedingungen
entsprechend Berücksichtigung finden und eine überhitzung der Heizelemente vermieden
werden soll. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Ausschaltbefehle
die Temperatur an der Oberfläche eines der konstant eingeschalteten t2 Heizwiderstände
verwendet wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Temperatur an der
Oberfläche eines der konstant eingeschalteten Heizwiderstände, z. B. der Abbrechstreifen,
etwa proportional verläuft zu den Maximaltemperaturen der zyklisch beheizten Heizwiderstände.
Durch die Erfassung der Temperatur an der Oberfläche des konstant eingeschalteten
Heizwiderstandes findet eine Istwertmessung statt. In Abhängigkeit dieses Istwertes
wird dann der zweite Taktgeber zur Erzeugung der Ausschaltbefehle gesteuert. Eine
Steuerung nach dieser Temperatur verhindert deshalb in vorteilhafter Weise die überhitzung
einzelner Heizwiderstände.
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Durch seine Anordnung ist der Temperaturfühler in der Lage, Änderungen
der Umgebungsbedingungen recht genau zu erfassen. Die Heizdauer der zyklisch beheizten
Heizelemente wird also direkt abhängig gemacht von den Umgebungsbedingungen des
Flugzeuges während seines Fluges.
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In der Regel sind für die Enteisung von Triebwerksystemen eine bestimmte
Folge im Ablauf des Heizzyklus und bestimmte Heizzeiten fest vorgeschrieben. Die
Steuerung für die Heizelemente der Triebwerksenteisung wird ebenfalls von einem
Taktgeber vorgenommen. Hierzu schlägt die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor,
daß dieser Taktgeber auch die Einschaltbefehle für die übrigen kurzzeitig mit Heizenergie
versorgten Heizwiderstände erzeugt. Hiermit wird erreicht, daß die pulsweise Versorgung
der üb-
rigen Heizelemente zeitlich in den Pausen der Heizzeiten für die Treibwerksenteisung
zu liegen kommt, so daß eine zeitliche überschneidung in der Leistungsentnahme des
Generators bei der Versorgung der Triebwerksenteisung und bei der Versorgung der
anderen ebenfalls zyklisch zu enteisenden Flächen nicht eintreten kann und eine
Überlastung des Generators somit aus-eschlossen ist.
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An Hand von Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
In F i g. 1 ist im Prinzip ein Teil eines Flugzeuges dargestellt; F i
g. 2 zeigt abgewickelt einen Teil der Heizelemente auf den Tragflächen; in
F i g. 3 a und 3 b sind die Leistungs-Zeit-Diagramme der verschiedenen
Heizelemente im Verhältnis zueinander gezeigt.
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Auf den Tragflächen 10 des Flugzeuges befinden sich Heizmatten
11, in denen die Heizwiderstände eingebettet sind. Die Heizmatten
11 werden nach einem vorgegebenen Heizzyklus nacheinander kurzzeitig beheizt.
Zwischen den Heizmatten 11 sind Abbrechstreifen 12 angeordnet, die konstant
beheizt werden. Im Rumpf des Flugzeuges befinden sich ein erster Taktgeber
13 und ein zweiter Taktgeber 14. Vom zweiten Taktgeber 14 führen Leitungen
zu Temperaturfühlem 15 und 16, die in den Abbrechstreifen 12 angeordnet
sind. Der erste Taktgeber 13
kann für vorgegebene Taktfrequenzen eingestellt
werden und gibt die Einschaltbefehle für die Heizmatten 11 und für die anderen
in einem bestimmten Heizzyklus an den Generator angeschlossenen, hier nicht weiter
gezeigten Heizmatten, z. B. für das Leitwerk oder für das Triebwerksystern. Durch
die eingestellte Taktfrequenz des ersten Taktgebers 13 ist damit die Dauer
eines gesamten Heizzyklus festgelegt. Sind der Heizablauf und die Heizzeiten für
die Heizmatten
des Triebwerksystems vorgeschrieben, dient der Taktgeber
13 gleichzeitig zur Steuerung dieser Heizmatten, erzeugt also auch deren
Abschaltbefehle. Die Abschaltbefehle der übrigen Heizmatten, also z. B. der Heizmatten
11, werden von dem zweiten Taktgeber 14 erzeugt. Der Zeitpunkt der Abschaltbefehle
ist zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Einschaltbefehlen des ersten Taktgebers
13 veränderlich. Dabei hängt der Zeitpunkt der Abschaltbefehle des Taktgebers
14 von den Temperaturfühlern 15 bzw. 16 ab. Durch die Anordnung der
Temperaturfühler 15 und 16 in den konstant beheizten Abbrechstreifen
12 bzw. an der Oberfläche der in den Streifen 12 eingebetteten Heizwiderstände sind
die Fühler in der Lage, die Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit
und Relativgeschwindigkeit der Luftströmungen an den zu enteisenden Profilen, in
ihrer Auswirkung auf die Temperatur der Heizmatten 1.1 und der Abbrechstreifen
12 zu erfassen. Mit Hilfe der Fühler 14 und 15 werden die Heizzeiten der
Heizmatten 11 so beeinflußt, daß gefährliche überhitzungen nicht mehr eintreten
können.
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In F i g. 3 a ist der Heizablauf für das Triebwerksystem in
Form eines Leistungs-Zeit-Diagramms im Prinzip gezeigt. In den Heizstufen
1 und 6 werden die Heizmatten für den Lufteinlaß und in den Stufen
2 und 7 die Heizmatten des Propellers mit Energie versorgt. Der Zyklus für
die Triebwerksenteisung ist im allgemeinen von, vornherein vorgeschrieben. DieSteuerung
erfolgt dabei vom Taktgeber 13, dessen vorgegebene Taktfrequenz die Ein-
und Ausschaltungen bewirkt. F i g. 3 b zeigt drei Stufen 3, 4 und
5 des Heizablaufs aller übrigen Heizmatten. Damit der Generator nicht überlastet
wird, liegen diese Stufen zweckmäßigerweise in den Pausen für die Enteisung des
Triebwerksystems. Die Einschaltbefehle für die Stufen 3, 4
und 5 werden ebenfalls vom Taktgeber 13
und die Aussehaltbefehle vom
Taktgeber 14 erzeugt. Der Zeitpunkt der Aussehaltbefehle ist veränderlich, was in
der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet sein soll. Die Veränderung des
Aussehaltzeitpunktes bewirkt eine Veränderung der Heizzeiten und somit eine Anpassung
der Temperatur der Heizmatten an die äußeren Umgebungsbedingungen.