燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰專利技術(shù)綜述

胡洋洋 朱燕鷗 嚴(yán)索

摘 要：本文簡要介紹了燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰技術(shù)，并給出了其發(fā)展歷程以及包括的主要技術(shù)類型，還對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰全球和中國專利申請趨勢以及全球和中國在該領(lǐng)域的主要申請人作了分析。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；進(jìn)氣管防冰；發(fā)展路線；申請趨勢；申請人

引言

航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道結(jié)冰是飛機(jī)結(jié)冰中最危險的情況，它不僅直接導(dǎo)致進(jìn)氣道氣動外型的破壞，降低發(fā)動機(jī)推力，增大飛行負(fù)載，而且進(jìn)氣道內(nèi)冰層一旦脫落，冰塊將隨氣流進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)部，不但會打傷具有很大轉(zhuǎn)速的葉片，造成壓氣機(jī)的機(jī)械損傷，甚至對整臺發(fā)動機(jī)造成破壞，直接引發(fā)飛行事故。因此，為了保證飛行安全，發(fā)動機(jī)防冰十分重要。

1技術(shù)發(fā)展路線

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰技術(shù)的關(guān)鍵在于加熱進(jìn)入進(jìn)氣管的空氣，雖然到目前為止關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰技術(shù)的國內(nèi)外申請多達(dá)成百上千篇，各個申請會有這樣或那樣的差異，但按照不同的加熱方式仍可以將其大體劃分為四種不同的類型，分別為熱氣加熱防冰技術(shù)、電加熱防冰技術(shù)、微波加熱防冰技術(shù)和導(dǎo)波能量加熱防冰技術(shù)，其演進(jìn)如下圖1所示。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰技術(shù)演進(jìn)圖

1.1熱氣加熱防冰技術(shù)

1986年5月SHORT BROTHERS PLC的專利技術(shù)EP0205283“熱氣管道”如圖2所示，采用的技術(shù)手段是通過引氣管道24從壓氣機(jī)級引入熱空氣，然后從與引氣管道24相連的噴管13噴向唇緣，進(jìn)而加熱進(jìn)氣。

圖2 SHORT BROTHERS PLC公司的熱空氣噴射直接加熱唇緣式防冰技術(shù)

1.2電加熱防冰技術(shù)

2008年3月埃爾塞樂公司的專利技術(shù)FR2928625“用于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)機(jī)艙的進(jìn)氣口唇緣”，如圖3，采用的技術(shù)手段是，進(jìn)氣口4被分為兩個部分，即一方面為進(jìn)氣口唇緣4a，該進(jìn)氣口唇緣適用于將需要供給渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇和內(nèi)部壓縮機(jī)的空氣朝向渦輪噴氣發(fā)動機(jī)最佳地匯合，并且另一方面為下游結(jié)構(gòu)4b，唇緣4a被安裝在該下游結(jié)構(gòu)上，并且設(shè)計用于將空氣朝向風(fēng)扇葉片進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)。結(jié)構(gòu)7包括壁10和電除冰裝置11，壁10可以是金屬的或由復(fù)合材料制成，電除冰裝置11設(shè)置成與面向風(fēng)扇入口的壁10的區(qū)域接觸，并且設(shè)置有多個規(guī)則間隔的孔12，除冰裝置11由板和電連接裝置4組成，所述板包括由例如碳的導(dǎo)電性材料制成的蜂窩型多孔結(jié)構(gòu)3，所述電連接裝置被連接至多孔結(jié)構(gòu)13。除冰裝置11用來通過連接器（未示出）連接至下游結(jié)構(gòu)4b的排氣口（未示出），該連接器由電線連接至與多孔結(jié)構(gòu)相接觸的導(dǎo)電條21，22。

1.3微波加熱防冰技術(shù)

1994年8月斯奈克瑪公司申請的專利FR2723761A1“噴氣發(fā)動機(jī)進(jìn)氣微波防冰系統(tǒng)”，如圖4所示，采用的技術(shù)方案是，噴氣發(fā)動機(jī)進(jìn)口包括固定在外部環(huán)形結(jié)構(gòu)10和中部結(jié)構(gòu)20的放射狀臂1，每個放射狀臂通過副翼2垂直地延伸到噴氣發(fā)動機(jī)軸，貫穿噴氣發(fā)動機(jī)每個放射狀臂1的氣流被調(diào)節(jié)以用于噴氣發(fā)動機(jī)的下游，外部環(huán)形波導(dǎo)11設(shè)置在由外部結(jié)構(gòu)10和外部的內(nèi)表面構(gòu)成的外袖12的外表面上，波導(dǎo)11上有兩排槽，其中外槽14處于放射狀臂1之間，微波沿著波導(dǎo)11傳導(dǎo)接著沿著放射狀臂1傳出，并在電磁能的作用下在覆蓋于放射狀臂1表面上的水滴或冰顆粒里面裂開，第一微波發(fā)生器15面對第一環(huán)形波導(dǎo)11，第二微波發(fā)生器25和橫向波導(dǎo)26設(shè)置在中部結(jié)構(gòu)里面。

圖4 斯奈克瑪公司的微波加熱防冰技術(shù)

1.4導(dǎo)波能量加熱防冰技術(shù)

通用電氣公司2009年11月申請的專利US2011099970“利用導(dǎo)波能量用于防冰和/或防霜的系統(tǒng)”，如圖5所示，采用的技術(shù)手段是，系統(tǒng)92包括位于空氣流管道120中的多個波導(dǎo)通路142，該波導(dǎo)通路142將空氣流管道120分割成許多較小的部分。在矩形的空氣流管道120的情況下，波導(dǎo)通路142可由在空氣流管道120的側(cè)面之間延伸或延伸穿過空氣流管道120的許多水平板件144形成。篩網(wǎng)160在空氣過濾器130的前方，結(jié)合微波能量源150，篩網(wǎng)160，162產(chǎn)生受引導(dǎo)的、駐波微波能170，該微波能170大體上防止在空氣過濾器130上形成冰和/或霜。

圖5 通用電氣公司的利用導(dǎo)波能量加熱防冰技術(shù)

2專利申請趨勢及重要申請人分析

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰領(lǐng)域全球?qū)＠暾埩靠傮w呈增長態(tài)勢。最早的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰專利為1972年斯奈克瑪公司申請的FR1972002693，該專利至今仍被視為燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰技術(shù)的原理。此后的30年里，專利申請量緩慢，從21世紀(jì)開始申請量大幅攀升，其中2000年以后進(jìn)入快速增長期，2006-2009年出現(xiàn)穩(wěn)步波動，進(jìn)入調(diào)整期，2010年以后再次進(jìn)入快速增長期。申請人數(shù)量的發(fā)展趨勢與申請量變化趨勢基本一致（參見圖6）。

在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰領(lǐng)域所有全球?qū)＠暾堉校饕纳暾埲擞型ㄓ秒姎?、勞斯萊斯、空中巴士法國、聯(lián)合工藝、斯奈克瑪、空客和三菱株式會社等，這幾個申請人的申請數(shù)量有205件，占所有申請的50.9%。其中又以通用電氣公司的申請量最多，達(dá)到73件，占所有申請的18.1%，同時其申請涉及的技術(shù)類型廣泛，包括熱氣加熱防冰技術(shù)、電加熱防冰技術(shù)等，同時還最先提出了利用導(dǎo)波能量加熱防冰技術(shù)。

圖6 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰技術(shù)全球?qū)＠暾堏厔?/p>

圖7 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰技術(shù)中國專利申請趨勢

中國燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰技術(shù)起步很晚，從2011年開始才有相關(guān)申請，比外國同類技術(shù)晚了接近40年（參見圖7），這與我國燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)整體發(fā)展落后與外國以及我國專利制度建立較晚都有關(guān)系。但是在11年附近申請量快速增長，從12年開始申請量又快速下降。中國燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防止結(jié)冰技術(shù)主要涉及熱氣加熱防冰和電加熱防冰兩類技術(shù)，主要是對已有的專利技術(shù)應(yīng)用在特定發(fā)動機(jī)上的改進(jìn)。

3小結(jié)

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰技術(shù)手段的發(fā)展趨勢，從原來單一的利用熱能到現(xiàn)在包括利用電能、電能、微波能和導(dǎo)波能等多技術(shù)手段，防冰效果、能量利用效率和對發(fā)動機(jī)壽命的提高不斷進(jìn)步，其研究和實(shí)際應(yīng)用價值巨大。

盡管，我國已經(jīng)重視并開始在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰等核心領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，但是現(xiàn)階段國內(nèi)申請人關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣管防冰技術(shù)存在手段單一、防冰效果差和效率低的問題，與國外研發(fā)和應(yīng)用實(shí)力差距較大是不爭的事實(shí)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：胡洋洋，男，1988-，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心審查員，主要從事燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查工作。