RU2756065C1

RU2756065C1 - Method for preventing the formation and removal of ice

Info

Publication number: RU2756065C1
Application number: RU2020141978A
Authority: RU
Inventors: Максим Петрович Данилаев; Николай Васильевич Дорогов; Екатерина Михайловна Зуева; Сергей Алексеевич Карандашов; Владимир Александрович Куклин; Сергей Анатольевич Михайлов
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-09-27

Abstract

FIELD: vehicle and infrastructure maintenance.SUBSTANCE: usage is the prevention of the formation and the removal of ice from the external surfaces of structural elements of aircraft, wind power generators, structural elements of power lines, ships, current collectors of railway transport, etc. The heating elements are made of a polysiloxane composition that is resistant to abrasion. During the preparation process, chemical compounds are added to the composition that increase its hydrophobicity and dispersed particles of an electrically conductive material that ensure the electrical conductivity of the polysiloxane composition. The heating elements are connected in series relative to each other, and the serial connection of all the heating elements is connected in parallel to the power source and connected to the output of the switching element. A control unit is connected to the first input of the switching element, and a power source is connected to the second input of the switching element.EFFECT: ensuring high abrasion resistance of heating elements.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к противообледенительным системам, и может быть использовано для предотвращения образования и удаления льда с наружных поверхностей элементов конструкции летательных аппаратов, в том числе, на крыльях самолетов, лопастях винтов вертолетов, также на лопастях воздушных винтов (движителей) ветряных электрогенераторов, элементов конструкции линий электропередач, судов, токоприемников железнодорожного транспорта и т.д.The invention relates to anti-icing systems, and can be used to prevent the formation and removal of ice from the outer surfaces of aircraft structural elements, including on the wings of aircraft, rotor blades of helicopters, also on the blades of propellers (propellers) of wind power generators, structural elements of lines power transmission lines, ships, railroad current collectors, etc.

Из известных способов борьбы с обледенением, таких как механический, физико-химический, тепловой, наиболее эффективным и широко распространенным является электротепловой [Ahmed Shinkafi, Craig Lawson. Enhanced Method of Conceptual Sizing of Aircraft Electro-Thermal De-icing System. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering Vol:8 No:6, 2014; Wang P., Yao T., Li Z., Wei W., Xie Q., Duan W., Han H. A superhydrophobic/electrothermal synergistically anti-icing strategy based on graphene composite // Composites Science and Technology. 2020. Vol.198. Doi: 10.1016/j.compscitech.2020.108307; Wang Z.-Z., Liu C.-Y., Zhu C.-L., Zhao N. Performance calculation of electrothermal anti-icing system on three-dimensional surface // International Journal of Modern Physics B. 2020. Vol.34. Iss.14-16. Doi: 10.1142/S0217979220401062]. Суть этого способа заключается в том, что используют нагревательные элементы, которые располагают на внешней поверхности защищаемых участков элементов конструкции, и которые подключают к источнику питания. Нагревают поверхность защищаемых участков элементов конструкции и за счет этого удаляют образовавшийся лед, или, при постоянном нагреве, препятствуют образованию льда на участках поверхности защищаемых элементов конструкции. Таким образом, реализуют соответственно два режима работы электротепловой противообледенительной системы: режим удаления льда и режим предотвращения образования льда.Of the known methods of deicing, such as mechanical, physical and chemical, thermal, the most effective and widespread is electrothermal [Ahmed Shinkafi, Craig Lawson. Enhanced Method of Conceptual Sizing of Aircraft Electro-Thermal De-icing System. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering Vol: 8 No: 6, 2014; Wang P., Yao T., Li Z., Wei W., Xie Q., Duan W., Han H. A superhydrophobic / electrothermal synergistically anti-icing strategy based on graphene composite // Composites Science and Technology. 2020. Vol.198. Doi: 10.1016 / j.compscitech.2020.108307; Wang Z.-Z., Liu C.-Y., Zhu C.-L., Zhao N. Performance calculation of electrothermal anti-icing system on three-dimensional surface // International Journal of Modern Physics B. 2020. Vol. 34. Iss. 14-16. Doi: 10.1142 / S0217979220401062]. The essence of this method is that heating elements are used, which are located on the outer surface of the protected areas of structural elements, and which are connected to a power source. The surface of the protected areas of structural elements is heated and due to this, the formed ice is removed, or, with constant heating, the formation of ice on the surface areas of the protected structural elements is prevented. Thus, respectively, two modes of operation of the electrothermal anti-icing system are implemented: the mode of removing ice and the mode of preventing the formation of ice.

Известные аналоги способа предотвращения образования и удаления льда основаны:The known analogs of the method for preventing the formation and removal of ice are based on:

– на устройстве и способе устранения обледенения и/или предотвращения образования льда и профильное тело и летательный аппарат с таким устройством [Пат. 2602266 Российская федерация, МПК6 B64D 15/00 Устройство и способ устранения обледенения и/или предотвращения образования льда и профильное тело и летательный аппарат с таким устройством. Штробль Тобиас, Шторм Штефан, Рапс Доминик, Хаук Тобиас. Патентообладатель: ЭРБАС ДИФЕНС ЭНД СПЕЙС ГМБХ. Заявл. 12.11.2014. Опубл. 10.11.2016]. Суть изобретения заключается в том, что для устранения обледенения участка поверхности летательного аппарата, выполненного со снижающим адгезию льда свойством, вводят тепловую энергию на заданной определенным образом линии для последующего разлома льда путем деформации участка поверхности и удаления его с поверхности. - on the device and method of deicing and / or preventing the formation of ice and a profile body and an aircraft with such a device [US Pat. 2602266 Russian Federation, MPK6 B64D 15/00 Device and method for deicing and / or preventing ice formation and shaped body and aircraft with such a device. Strobl Tobias, Storm Stefan, Rape Dominik, Hauck Tobias. Patentee: ERBAS DIFENS AND SPACE GMBH. Appl. 11/12/2014. Publ. 10.11.2016]. The essence of the invention lies in the fact that in order to eliminate icing of the surface area of the aircraft, made with a property that reduces ice adhesion, thermal energy is introduced on a predetermined line for subsequent ice breaking by deforming the surface area and removing it from the surface.

– на противообледенительной системе [Пат. 2583111 Российская федерация, МПК6 B64D 15/00. Противообледенительная система. Гомзин А.В., Лачугин В.А., Федотов В.С. Патентообладатель: АО НПО "Опытно-конструкторское бюро имени М.П. Симонова". Заявл. 26.12.2014. Опубл. 10.05.2016]. Суть изобретения заключается в том, что равномерность разогрева наружных поверхностей аппарата в местах, подверженных обледенению обеспечивают за счет того, что используют систему датчиков контроля температуры, провода соединения с системой электроснабжения летательного аппарата, выведенные на внутреннюю поверхность обшивки аппарата, и электронагревательный элемент из углеродного волокна, который встраивают во внешнюю поверхность обшивки аппарата параллельно линии максимального обледенения передней кромки аэродинамических поверхностей.- on the anti-icing system [US Pat. 2583111 Russian Federation, MPK6 B64D 15/00. Anti-icing system. Gomzin A.V., Lachugin V.A., Fedotov V.S. Patentee: JSC NPO "Experimental Design Bureau named after MP Simonov". Appl. 12/26/2014. Publ. 05/10/2016]. The essence of the invention lies in the fact that the uniform heating of the outer surfaces of the apparatus in places prone to icing is ensured due to the fact that a system of temperature control sensors is used, wires for connecting to the aircraft power supply system, brought out to the inner surface of the vehicle's skin, and an electric heating element made of carbon fiber , which is built into the outer surface of the vehicle skin parallel to the line of maximum icing of the leading edge of the aerodynamic surfaces.

– на способе предотвращения образования и удаления льда с конструктивных композитных элементов летательного аппарата [Пат. 2578079 Российская федерация, МКП B64D 15/00. Способ предотвращения образования и удаления льда с композитных конструктивных элементов и устройство его реализующее. Авторы: Богослов Е.А., Данилаев М.П., Михайлов С.А., Польский Ю.Е. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н.Туполева-КАИ». Заявл.19.01.2015. Опубл. 20.03.2016], выбранном в качестве прототипа заявляемого способа предотвращения образования и удаления льда. Суть способа заключается в том, что нагревательные элементы выполняют из проводящих полимерных материалов и располагают в зонах с высокой вероятностью обледенения непосредственно на наружной поверхности конструктивных элементов летательного аппарата (ЛА), отделенных от них электротеплоизолирующим слоем, сверху части конструктивных элементов ЛА, содержащих нагревательные элементы и, одновременно, прилегающие к нагревательным элементам области покрывают гидрофобной непроводящей фторопластовой пленкой, предотвращая образование барьерного льда и реализуют интегральную противообледенительную систему, которая при незначительной опасности обледенения без использования нагрева является пассивной, а при повышенной опасности обледенения является активной электротепловой, при этом управление нагревом осуществляют при помощи блока управления на основании данных, которые получают с помощью датчиков, расположенных на элементах конструкции в зонах наибольшего обледенения и на основании данных, относящихся к внешним условиям заснеженности и обледенения элемента конструкции.- on the method of preventing the formation and removal of ice from the structural composite elements of the aircraft [US Pat. 2578079 Russian Federation, MKP B64D 15/00. A method for preventing the formation and removal of ice from composite structural elements and a device for implementing it. Authors: Bogoslov E.A., Danilaev M.P., Mikhailov S.A., Polsky Yu.E. Patentee: FGBOU VPO Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI. Appl. 19.01.2015. Publ. 03/20/2016], selected as a prototype of the proposed method for preventing the formation and removal of ice. The essence of the method lies in the fact that the heating elements are made of conductive polymer materials and are located in areas with a high probability of icing directly on the outer surface of the structural elements of the aircraft (AC), separated from them by an electrical insulating layer, on top of part of the structural elements of the aircraft containing heating elements and , at the same time, the areas adjacent to the heating elements are covered with a hydrophobic non-conductive fluoroplastic film, preventing the formation of barrier ice and an integral anti-icing system is implemented, which, with an insignificant risk of icing without using heating, is passive, and with an increased risk of icing, it is active electrothermal, while heating control is carried out at assistance of the control unit based on data obtained using sensors located on structural elements in the areas of greatest icing and on the basis of data relating to external conditions of snow cover and icing of a structural element.

Приведенный в качестве прототипа способ предотвращения образования и удаления льда имеет ряд недостатков. Основными недостатками являются:Cited as a prototype, the method for preventing the formation and removal of ice has a number of disadvantages. The main disadvantages are:

– недостаточно высокая стойкость к истиранию полимерных материалов, из которых возможно выполнить нагревательные элементы. Например, нагревательные элементы на основе проводящего фторопласта [Богослов Е.А., Данилаев М.П., Михайлов С.А., Польский Ю.Е. Энергетическая эффективность интегральной противообледенительной системы на основе фторопластовых пленок // Инженерно-физический журнал. - 2016.- Т.89. №4. С.812-817; Danilaev M.P., Bogoslov E.A., Dorogov N.V., Klabukov M.A., Bobina E.A. Icing intensity of passive organosilicon anti-icing coatings // Russian aeronautics. 2019. т. 62. № 1. с. 129-133] не стойки к истиранию, поэтому их применение в противообледенительных системах ограничено;- insufficiently high abrasion resistance of polymeric materials, from which it is possible to make heating elements. For example, heating elements based on conductive fluoroplastic [Bogoslov EA, Danilaev MP, Mikhailov SA, Polsky Yu.E. Energy efficiency of an integral anti-icing system based on fluoroplastic films // Inzhenerno-fizicheskii zhurnal. - 2016.- T.89. No. 4. S.812-817; Danilaev M.P., Bogoslov E.A., Dorogov N.V., Klabukov M.A., Bobina E.A. Icing intensity of passive organosilicon anti-icing coatings // Russian aeronautics. 2019. vol. 62. No. 1. p. 129-133] are not resistant to abrasion, so their use in anti-icing systems is limited;

– необходимость в использовании датчиков обледенения, расположение которых на элементах конструкции в зонах наибольшего обледенения может привести к необходимости внесения изменений в эти элементы конструкции, что не всегда возможно. Например, использование датчиков обледенения на передней кромке крыльев беспилотного летательного аппарата (БПЛА) требует обеспечение электрической развязки между системой электропитания нагревательных элементов и системой съема информации с датчиков, необходимость которой обусловлена электрическими наводками на систему съема информации при коммутации (включении, выключении) электрического тока питания нагревательных элементов. Наличие такой электрической развязки может привести к увеличению массы БПЛА, что негативно скажется на его летных характеристиках [Доклады и статьи ежегодной научно-практической конференции «Перспективы развития и применения комплексов с беспилотными летательными аппаратами», г.Коломна, 2016. –274с.].- the need to use icing sensors, the location of which on structural elements in the areas of greatest icing may lead to the need to make changes to these structural elements, which is not always possible. For example, the use of icing sensors on the leading edge of the wings of an unmanned aerial vehicle (UAV) requires the provision of electrical isolation between the power supply system of the heating elements and the system for reading information from the sensors, the need for which is due to electrical interference to the information retrieval system when switching (turning on, turning off) the electric power supply heating elements. The presence of such an electrical isolation can lead to an increase in the mass of the UAV, which will negatively affect its flight characteristics [Reports and articles of the annual scientific and practical conference "Prospects for the development and use of complexes with unmanned aerial vehicles", Kolomna, 2016. –274p.].

Техническая проблема заключается в создании способа предотвращения образования и удаления льда, обеспечивающего высокую стойкость к истиранию нагревательных элементов, а также отсутствие необходимости использования датчиков обледенения.The technical problem is to provide a method for preventing the formation and removal of ice, which provides high resistance to abrasion of heating elements, as well as the absence of the need for icing sensors.

Технический результат предлагаемого способа предотвращения образования и удаления льда заключается в том, что высокую стойкость к истиранию нагревательных элементов обеспечивают за счет того, что нагревательные элементы выполняют из электропроводящей гидрофобной полисилоксановой композиции, стойкой к истиранию.The technical result of the proposed method for preventing the formation and removal of ice lies in the fact that high abrasion resistance of heating elements is provided due to the fact that the heating elements are made of an electrically conductive hydrophobic polysiloxane composition resistant to abrasion.

Технический результат в способе предотвращения образования и удаления льда, в котором реализуют интегральную противообледенительную систему, являющуюся активной или пассивной, и в которой используют нагревательные элементы, которые располагают на наружной поверхности защищаемого элемента конструкции в зонах с высокой вероятностью обледенения, отделенных от него электротеплоизолирующим слоем, при этом управление нагревом нагревательными элементами осуществляют с помощью блока управления достигается тем, что нагревательные элементы изготавливают из полисилоксановой композиции, стойкой к истиранию, которую получают любым известным способом и дополнительно в процессе ее получения добавляют в нее химические соединения, повышающие гидрофобность полисилоксановой композиции, также в процессе ее получения добавляют в нее дисперсные частицы электропроводящего материала, обеспечивающие электропроводность полисилоксановой композиции, нагревательные элементы из такой полисилоксановой композиции соединяют последовательно относительно друг друга, а последовательное соединение всех нагревательных элементов соединяют параллельно источнику электропитания и подключают к выходу элемента коммутации, к первому входу которого подключают блок управления, с помощью которого осуществляют управление нагревом нагревательных элементов на основе данных о характере обледенения защищаемого элемента конструкции, которые получают на этапе испытания изделия, в состав которого входит защищаемый элемент конструкции и тем самым исключают использования датчиков обледенения, а ко второму входу элемента коммутации подключают источник электропитания.The technical result is in a method for preventing the formation and removal of ice, in which an integral anti-icing system is implemented, which is active or passive, and in which heating elements are used, which are located on the outer surface of the protected structural element in areas with a high probability of icing, separated from it by an electrically insulating layer, in this case, the heating of the heating elements is controlled using the control unit, which is achieved by the fact that the heating elements are made of a polysiloxane composition resistant to abrasion, which is obtained by any known method, and additionally, during its production, chemical compounds are added to it that increase the hydrophobicity of the polysiloxane composition, also in during its production, dispersed particles of an electrically conductive material are added to it, providing the electrical conductivity of the polysiloxane composition, heating elements from such a polysiloxane composition soy are connected in series with respect to each other, and the series connection of all heating elements is connected in parallel to the power supply and connected to the output of the switching element, to the first input of which a control unit is connected, with the help of which the heating of the heating elements is controlled based on the data on the nature of icing of the protected structural element, which are obtained at the stage of testing a product, which includes a protected structural element and thereby excludes the use of icing sensors, and a power supply is connected to the second input of the switching element.

На фиг.1 схематично представлен пример устройства предотвращения образования и удаления льда, реализующего рассматриваемый способ предотвращения образования и удаления льда, и содержащего один нагревательный элемент, на фиг.2 изображена схема подключения нагревательного элемента к электропроводящей шине, на фиг.3 представлен алгоритм работы блока управления.Figure 1 schematically shows an example of a device for preventing the formation and removal of ice, which implements the considered method of preventing the formation and removal of ice, and containing one heating element, figure 2 shows a diagram of connecting the heating element to an electrically conductive bus, figure 3 shows the block operation algorithm management.

Устройство, приведенное на фиг.1 и фиг.2 содержит элемент конструкции 1, представляющий собой элемент стабилизатора беспилотного летательного аппарата (БПЛА), электротеплоизолирующий слой 2, расположенный на поверхности элемента конструкции 2 и представляющей собой фторопласт Ф-4, обе поверхности которого модифицированы для обеспечения высокой адгезии электротеплоизолирующего слоя 2, как к элементу конструкции 1, так и к нагревательному элементу 3, изготовленному из полисилоксановой композиции, и расположенному на поверхности электротеплоизолирующего слоя 2, и подключенному к выходу элементу коммутации 4, представляющий собой тиристор, первый вход которого подключен к блоку управления 5, а второй вход которого подключен к источник электропитания 6, контактные площадки 7 из металла, например, медь, и электрический проводник 8, например, медный проводник.The device shown in Fig. 1 and Fig. 2 contains a structural element 1, which is an element of the stabilizer of an unmanned aerial vehicle (UAV), an electrical insulating layer 2 located on the surface of a structural element 2 and representing a fluoroplastic F-4, both surfaces of which are modified for ensuring high adhesion of the electrically insulating layer 2, both to the structural element 1 and to the heating element 3 made of a polysiloxane composition and located on the surface of the electrically insulating layer 2, and the switching element 4 connected to the output, which is a thyristor, the first input of which is connected to control unit 5, and the second input of which is connected to a power supply 6, contact pads 7 made of metal, for example, copper, and an electrical conductor 8, for example, a copper conductor.

Блок управления 5 имеет отдельную систему электропитания, которая на фиг.1 не представлена. Также блок управления 5 имеет входы, на которые подаются сигналы от датчиков температуры забортного воздуха и скорости полета, которые на фиг.1 не показаны.The control unit 5 has a separate power supply system, which is not shown in FIG. 1. Also, the control unit 5 has inputs to which signals are supplied from the outside air temperature and flight speed sensors, which are not shown in Fig. 1.

Рассмотрим осуществление способа предотвращения образования и удаления льда. Consider the implementation of the method for preventing the formation and removal of ice.

Рассматриваемый способ предотвращения образования и удаления льда может быть осуществлен при реализации противообледенительной системы беспилотного летательного аппарата (БПЛА) для защиты элементов конструкции БПЛА, которые наиболее всего подвержены обледенению, например, кромки крыльев, хвостовое оперение, стабилизаторы, гондолы двигателей и пр. [Противообледенительные системы летательных аппаратов / Р.Х.Тенишев, Б.А.Строганов, В.С.Савин и др. М.: Машиностроение, 1967. 320 с.; Shinkafi A., Lawson C. Enhanced Method of Conceptual Sizing of Aircraft Electro-Thermal De-icing System. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering. - 2014.- Vol.8, No.6. Рр.1069-1076; . Perkins, P.J. and Rieke, W.J. (1993). “Aircraft icing problems - after 50 years”. AIAA-93-0392. Presented at the AIAA 31st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, January]. Таким образом, элемент конструкции 1 может представлять собой, например, стабилизатор хвостового оперения БПЛА. Элемент конструкции 1 может быть выполнен, как из металла, например, из авиационного дюралюминия, так и из композитных материалов, например, на основе стекловолокна или углепластика [Справочник «Авиационные материалы» в 13 томах. 2020г. ВИАМ. Москва].The considered method of preventing the formation and removal of ice can be implemented when implementing the anti-icing system of an unmanned aerial vehicle (UAV) to protect the structural elements of the UAV, which are most susceptible to icing, for example, the edges of the wings, tail, stabilizers, engine nacelles, etc. [Anti-icing systems aircraft / R.H. Tenishev, B.A.Stroganov, V.S.Savin et al. M .: Mashinostroenie, 1967. 320 p .; Shinkafi A., Lawson C. Enhanced Method of Conceptual Sizing of Aircraft Electro-Thermal De-icing System. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering. - 2014.- Vol.8, No.6. Rr. 1069-1076; ... Perkins, P.J. and Rieke, W.J. (1993). “Aircraft icing problems - after 50 years”. AIAA-93-0392. Presented at the AIAA 31st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, January]. Thus, structural element 1 can be, for example, the tail stabilizer of the UAV. Structural element 1 can be made of metal, for example, from aviation duralumin, and from composite materials, for example, based on fiberglass or carbon fiber [Reference book "Aviation materials" in 13 volumes. 2020 VIAM. Moscow].

Электротеплоизолирующий слой 2, может быть выполнен из фторопластовой пленки толщиной, например, 50 мкм, изготовленной из фторопласта марки Ф-4, выпускаемого, например, АО «ГалоПолимер» г.Кирово-Чепецк. Толщину электротеплоизолирующего слоя 2 выбирают исходя из следующих основных условий: тип материала элемента конструкции 1 (металл или пластик); месторасположения элемента конструкции 1, его теплоемкость и пр. Основным назначением элетротеплоизолирующего слоя 2 является обеспечение изоляции (электрической и тепловой) нагревательного элемента 3 от элемента конструкции 1. Это необходимо для того, чтобы электрический ток от источника электропитания 6 не протекал по электропроводящему элементу конструкции, выполненному, например, из металла (дюралюминий марки Д-16) и тем самым обеспечить работоспособность нагревательного элемента 3 [Суппа М. Электроизоляция в условиях влажности и выпадения росы // Технологии в электронной промышленности. 2013. Т.63. №3. С.12-17]. Для обеспечения высокой адгезии электротеплоизолирующего слоя 2, выполненного, например, из фторопласта марки Ф-4, как к материалу элемента конструкции 1, так и к нагревательному элементу 3, обе поверхности фторопластовой ленты модифицируются, например, плазмохимическим методом [Е.А.Богослов, М.П.Данилаев, М.В.Ефимов, С.А.Михайлов, Ю.Е.Польский, К.В.Файзуллин Экспериментальные исследования способа формирования многослойных полимерных пленок с заданными физико-химическими свойствами отдельных слоев// Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т.49. №3. С.320–325; М.П.Данилаев, С.А.Михайлов, Ю.Е.Польский Способ модификации полимерного пленочного материала (варианты) и устройство для его реализации// Пат. 024853 Российская федерация, МПК7 C08 J 7/12, заявитель и патентообладатель Казан. гос. техн. ун-т им.А.Н.Туполева. –№2010117480/05; заявл. 30.04.10.]. Причем адгезия фторопластовой пленки, как к материалу элемента конструкции 1, так и к нагревательному элементу 3, определяется в значении сопротивления отслаиванию, принятому для пленок по ГОСТ 28966.2-91 [ГОСТ 28966.2-91 Клеи полимерные. Метод определения прочности при отслаивании] и должна быть не менее 2 кН/м для авиационной техники [Лукина Н.Ф., Дементьева Л.А., Петрова А.П., Тюменева Т.Ю. Свойства клеев и клеящих матеpиалов для изделий авиационной техники // Клеи. Герметики. Технологии. 2009. №1. С.14-24]. Модификацию поверхностей фторопластовой пленки, являющейся электротеплоизолирующим слоем 2, осуществляют, например, следующим образом. Фторопластовую пленку с помощью натяжных валиков пропускают через разрядную камеру и камеру осаждения мономера. Разрядная камера образована двумя электродами – плоским и игольчатым. Для увеличения характерного времени жизни радикалов на поверхности полимерной пленки [Энциклопедия нзкотемпературной плазмы. Т. 2. Генерация плазмы и газовые разряды; Диагностика и метрология плазменных процессов / Под ред. Фортова В.Е. М.: Наука/Интерпериодика, 2000. 634 с.], а также для стабилизации коронного разряда, используют инертный газ аргон. Частицы мономера (строл) эжектируют в камеру осаждения мономера с помощью эжектора. Тем самым, создают промежуточный слой полистирола на поверхностях фторопластовой пленки, который позволяет обеспечить высокую адгезию такого электротеплоизолирующего слоя 2, как к материалу элемента конструкции 1, так и к нагревательному элементу 3. The electrically insulating layer 2 can be made of a fluoroplastic film with a thickness of, for example, 50 microns, made of fluoroplastic grade F-4, produced, for example, by HaloPolymer JSC, Kirovo-Chepetsk. The thickness of the electrically insulating layer 2 is selected based on the following basic conditions: the type of material of the structural element 1 (metal or plastic); the location of the structural element 1, its heat capacity, etc. The main purpose of the electrically insulating layer 2 is to provide insulation (electrical and thermal) of the heating element 3 from the structural element 1. This is necessary so that the electric current from the power supply 6 does not flow through the electrically conductive structural element, made, for example, of metal (duralumin grade D-16) and thereby ensure the performance of the heating element 3 [Suppa M. Electrical insulation in conditions of humidity and dew loss // Technologies in the electronic industry. 2013.V.63. No. 3. 12-17]. To ensure high adhesion of the electrically insulating layer 2, made, for example, of fluoroplastic grade F-4, both to the material of the structural element 1 and to the heating element 3, both surfaces of the fluoroplastic tape are modified, for example, by the plasma-chemical method [E.A. Bogoslov, M.P.Danilaev, M.V. Efimov, S.A.Mikhailov, Yu.E. Polskiy, K.V. Faizullin Experimental studies of the method of forming multilayer polymer films with specified physicochemical properties of individual layers // Surface Physics and Protection materials. 2013.T.49. No. 3. Pp. 320–325; M.P.Danilaev, S.A. Mikhailov, Yu.E. Polsky Method for modifying polymer film material (options) and device for its implementation // Pat. 024853 Russian Federation, MPK7 C08 J 7/12, applicant and patentee Kazan. state tech. University named after A. N. Tupolev. –№2010117480/05; app. 04/30/10.]. Moreover, the adhesion of the fluoroplastic film, both to the material of the structural element 1 and to the heating element 3, is determined in the value of peeling resistance adopted for films in accordance with GOST 28966.2-91 [GOST 28966.2-91 Polymer adhesives. Method for determining peel strength] and must be at least 2 kN / m for aircraft [Lukina NF, Dementyeva LA, Petrova AP, Tyumeneva T.Yu. Properties of adhesives and adhesive materials for aircraft products // Glue. Sealants. Technologies. 2009. No. 1. P.14-24]. The modification of the surfaces of a fluoroplastic film, which is an electrically insulating layer 2, is carried out, for example, as follows. The fluoroplastic film is passed through the discharge chamber and the monomer deposition chamber using tension rollers. The discharge chamber is formed by two flat and needle electrodes. To increase the characteristic lifetime of radicals on the surface of a polymer film [Encyclopedia of low-temperature plasma. T. 2. Plasma generation and gas discharges; Diagnostics and metrology of plasma processes / Ed. Fortova V.E. M .: Nauka / Interperiodika, 2000. 634 pp.], As well as to stabilize the corona discharge, use the inert gas argon. Monomer particles (strol) are ejected into the monomer deposition chamber using an ejector. Thus, an intermediate layer of polystyrene is created on the surfaces of the fluoroplastic film, which allows for high adhesion of such an electrically insulating layer 2, both to the material of the structural element 1 and to the heating element 3.

Электротеплоизолирующий слой 2 приклеивают к элементу конструкции 1 в процессе изготовления последнего. Например, в процессе изготовления стабилизатора из стекловолокна при его прессовании, в конструкцию закладывается фторопластовая пленка с модифицированными поверхностями. Склейку этой пленки с элементом конструкции 1 обеспечивают за счет сополимеризации эпоксидной смолы с модифицированным слоем на поверхности фторопластовой пленки [Е.А.Богослов, М.П.Данилаев, М.В.Ефимов, С.А.Михайлов, Ю.Е.Польский, К.В.Файзуллин Экспериментальные исследования способа формирования многослойных полимерных пленок с заданными физико-химическими свойствами отдельных слоев// Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т.49. №3. С.320–325].The electrical insulating layer 2 is glued to the structural element 1 during the manufacture of the latter. For example, in the process of manufacturing a fiberglass stabilizer during its pressing, a fluoroplastic film with modified surfaces is put into the structure. The adhesion of this film to the structural element 1 is ensured by copolymerization of epoxy resin with a modified layer on the surface of the fluoroplastic film [EA Bogoslov, MP Danilaev, MV Efimov, SA Mikhailov, YE Polsky , K.V. Faizullin Experimental studies of the method of forming multilayer polymer films with specified physicochemical properties of individual layers // Physicochemistry of Surface and Protection of Materials. 2013.T.49. No. 3. Pp. 320–325].

Нагревательный элемент 3, выполняют из полисилоксановой композиции, например, способом, описанным в [Пат. 2515742 Российская федерация, МПК C09D 183/04, C09D 183/06, C09D 183/08, C08G 18/83, C09D 201/10 Композиция покрытия, содержащая алкоксисилан, полисилоксан и множество частиц. Заявитель и патентообладатель ППГ ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК. (US); авторы: ШМЕЛТЦЕР Роберт (US), ДОНАЛДСОН Сьюзан Ф. (US), ОЛСОН Кевин К. (US), ОЛСОН Курт Г. (US), ШВЕНДЕМАН Джон И. (US), СИМПСОН Деннис А. (US), ВИЛЬЯМС Франк К. (US).; Заявл. 26.10.2010; опубл. 20.05.2014; Пат. 2086415 Российская федерация, МПК B32B27/08, C09D183/06. Способ получения изделия, содержащего полисилоксановое покрытие на полимерной подложке, и изделия. Заявитель и патентообладатель Е.И.Дюпон де Немур энд Компани (US), авторы: Джеррел Чарльз Эндерсон (US); Заявл. 25.04.1991; опубл. 10.08.1997; Пат. 2493014 Российская федерация, МПК B32B 27/30, B32B 27/08, C08J 7/04. Способ получения поликарбонатных формовок с двухслойным покрытием. Заявитель и патентообладатель ОАО «Институт пластмасс им. Г.С. Петрова; авторы: Радзинский С.А., Золкина И.Ю., Америк В.В., Андреева Т.И., Федотова Т.И., Левчук А.В.; Заявл. 12.04.2012; опубл. 20.09.2013]. Например, в круглодонную колбу объемом 1 литр добавляют 120±15г «ЛЭЙКСИЛ®» 40. «ЛЭЙКСИЛ®» 40 является золем коллоидного диоксида кремния, стабилизированного аммонием, в котором не менее 40% частиц диоксида кремния имеют диаметр около 22±2 нм, а pH этого золя составляет 9.2±0.2. Затем в круглодонную колбу добавляют 40±5 г деионизированной воды, и перемешивают магнитной мешалкой в течение не менее 30 минут со скоростью вращения 500±50 об/мин при температуре не менее 20°С и не более 25°С. К полученной смеси добавляют 100±10 г метилтриэтоксисилана (коммерчески доступного Silquest A), чтобы обеспечить молярное отношение воды к силану, равное 8.5±0.2, и перемешивают магнитной мешалкой в течение не менее 30 минут со скоростью вращения 500±50 об/мин при температуре не менее 20°С и не более 25°С. Затем добавляют 0.9±0.1 г 37±1% водного раствора соляной кислоты (производства PCC Rokita SA) и перемешивают магнитной мешалкой в течение не менее 30 минут со скоростью вращения 500±50 об/мин при комнатной температуре. Затем полученный раствор перемешивают в течение еще не менее 16-18 часов при комнатной температуре.The heating element 3 is made of a polysiloxane composition, for example, by the method described in [US Pat. 2515742 Russian Federation, IPC C09D 183/04, C09D 183/06, C09D 183/08, C08G 18/83, C09D 201/10 Coating composition containing alkoxysilane, polysiloxane and many particles. Applicant and patentee PPG INDUSTRIES OHAYO, INC. (US); authors: SCHMELTZER Robert (US), DONALDSON Susan F. (US), OLSON Kevin K. (US), OLSON Kurt G. (US), SCHWENDEMAN John I. (US), SIMPSON Dennis A. (US), WILLIAMS Frank K. (US) .; Appl. 10/26/2010; publ. 05/20/2014; Pat. 2086415 Russian Federation, IPC B32B27 / 08, C09D183 / 06. A method for producing an article containing a polysiloxane coating on a polymer substrate and an article. Applicant and patentee EI Dupont de Nemours and Company (US), authors: Jerrell Charles Anderson (US); Appl. 04/25/1991; publ. 08/10/1997; Pat. 2493014 Russian Federation, IPC B32B 27/30, B32B 27/08, C08J 7/04. A method of producing polycarbonate moldings with a two-layer coating. Applicant and patentee of JSC "Institute of Plastics named after G.S. Petrova; authors: Radzinsky S.A., Zolkina I.Yu., Amerik V.V., Andreeva T.I., Fedotova T.I., Levchuk A.V .; Appl. 04/12/2012; publ. 09/20/2013]. For example, 120 ± 15 g of LEXIL® 40 is added to a 1 liter round-bottomed flask. LEXIL® 40 is a sol of colloidal silicon dioxide stabilized by ammonia, in which at least 40% of silicon dioxide particles have a diameter of about 22 ± 2 nm, and The pH of this sol is 9.2 ± 0.2. Then add 40 ± 5 g of deionized water to a round-bottom flask, and stir with a magnetic stirrer for at least 30 minutes at a rotation speed of 500 ± 50 rpm at a temperature of at least 20 ° C and no more than 25 ° C. To the resulting mixture, add 100 ± 10 g of methyltriethoxysilane (commercially available Silquest A) to provide a molar ratio of water to silane of 8.5 ± 0.2, and stir with a magnetic stirrer for at least 30 minutes at a speed of 500 ± 50 rpm at a temperature not less than 20 ° С and not more than 25 ° С. Then add 0.9 ± 0.1 g of a 37 ± 1% aqueous solution of hydrochloric acid (manufactured by PCC Rokita SA) and stir with a magnetic stirrer for at least 30 minutes at a rotation speed of 500 ± 50 rpm at room temperature. Then the resulting solution is stirred for at least 16-18 hours at room temperature.

После чего дополнительно добавляют химические соединения, способствующие повышению гидрофобности полисилоксановой композиции. Например, добавляют химические соединения, например, такие как, органоалкоксисилан [Пат. 2514939, Российская Федерация, МПК C09D 183/04, C09D 183/10, C09D 143/04, C09D 133/14, C08G 77/442 Полисилоксановые покрытия с гибридными сополимерами. Заявители: БЭЗИЛ Джон Д., ХЬЮНИА Роберт М.,МакГРЕЙДИ Лора Б. Патентообладатель: ППГ ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК. Заявл. 26.07.2010. Опубл. 10.05.2014; Danilaev M.P., Bogoslov E.A., Dorogov N.V., Klabukov M.A., Bobina E.A. Icing intensity of passive organosilicon anti-icing coatings // Russian aeronautics. 2019. т. 62. № 1. с. 129-133], аминофункциональный триалкоксисилан [Пат. 2613325 Российская федерация, МПК C08G 77/20, C08L 83/07 Композиция олефинфункционализованных силоксановых олигомеров, основанных на алкоксисиланах. Заявители: ШТАНДКЕ Буркхард, МИХАЙЛЕСКУ Иоана-Елена, МОНКЕВИЧ Ярослав, РОТ Свен, ИОАННИДИС Аристидис, ВАЙССЕНБАХ Керстин Патентообладатель: ЭВОНИК ДЕГУССА ГМБХ. Заявл. 19.11.2012. Опубл. 16.03.2017]. Например, добавляют аминофункциональный триалкоксисилан (марки OFS-6020 - диаминофункциональный силани) в количестве 20 массовых процентов по сухому остатку. Одновременно с аминофункциональным триалкоксисиланом добавляют 375г смеси растворителей изопропанол/н-бутанол 1/1 по весу. Дополнительно добавляют дисперсные частицы проводящего материала для достижения требуемой [Богослов Е.А., Данилаев М.П., Михайлов С.А., Польский Ю.Е. Энергетическая эффективность интегральной противообледенительной системы на основе фторопластовых пленок // Инженерно-физический журнал. - 2016.- Т.89. №4. С.812-817] электрической проводимости, например 10-3÷10-4 См. Например, добавляют смесь наночастиц оксида олова (10%) и оксида сурьмы (90% по массе) марки «Antimony Oxide – Tin Oxide», или добавляют наночастицы оксида сурьмы, или добавляют наночастицы меди, или добавляют наночастицы серебра [Наполнители для полимерных композиционных материалов. / Под ред. Г.С. Каца, Д.В. Микевски., пер. с англ. М.: Химия, 1981. 736 с.; Ферричио Т.Х. Основные примеры выбора и использования дисперсных наполнителей / Пер с англ. М.: Химия, 1979. 150 с.]. Затем полученный раствор перемешивают в течение 3 недель + 2 дня при комнатной температуре. Таким образом, получают полисилоксановую композицию, представляющую собой раствор в смеси растворителей изопропанол/н-бутанол. After that, additional chemical compounds are added to increase the hydrophobicity of the polysiloxane composition. For example, add chemical compounds, such as organoalkoxysilane [US Pat. 2514939, Russian Federation, IPC C09D 183/04, C09D 183/10, C09D 143/04, C09D 133/14, C08G 77/442 Polysiloxane coatings with hybrid copolymers. Applicants: BASIL John D., HUNIA Robert M., McGrady Laura B. Patentee: PPG INDUSTRIES OHIO, INC. Appl. 26.07.2010. Publ. 05/10/2014; Danilaev M.P., Bogoslov E.A., Dorogov N.V., Klabukov M.A., Bobina E.A. Icing intensity of passive organosilicon anti-icing coatings // Russian aeronautics. 2019. vol. 62. No. 1. p. 129-133], amino-functional trialkoxysilane [US Pat. 2613325 Russian Federation, IPC C08G 77/20, C08L 83/07 Composition of olefin-functionalized siloxane oligomers based on alkoxysilanes. Applicants: STANDKE Burkhard, MIKHAILESKU Ioana-Elena, MONKEVICH Jaroslav, ROT Sven, IOANNIDIS Aristides, WEISSENBACH Kerstin Patentee: EVONIK DEGUSSA GMBH. Appl. 19.11.2012. Publ. 03/16/2017]. For example, an amino-functional trialkoxysilane (OFS-6020 - diamino-functional silane) is added in an amount of 20 weight percent on a dry basis. Simultaneously with the amino-functional trialkoxysilane, 375 g of a 1/1 w / w isopropanol / n-butanol solvent mixture is added. Additionally, dispersed particles of conducting material are added to achieve the required [Bogoslov EA, Danilaev MP, Mikhailov SA, Polsky Yu.E. Energy efficiency of an integral anti-icing system based on fluoroplastic films // Inzhenerno-fizicheskii zhurnal. - 2016.- T.89. No. 4. P.812-817] electrical conductivity, for example 10-3 ÷ 10-4 See. For example, add a mixture of nanoparticles of tin oxide (10%) and antimony oxide (90% by weight) brand "Antimony Oxide - Tin Oxide", or add antimony oxide nanoparticles, or add copper nanoparticles, or add silver nanoparticles [Fillers for polymer composites. / Ed. G.S. Kats, D.V. Mikiewski., Trans. from English M .: Chemistry, 1981.736 p .; Ferricio T.H. The main examples of the selection and use of dispersed fillers / Per from English. M .: Chemistry, 1979. 150 p.]. The resulting solution is then stirred for 3 weeks + 2 days at room temperature. Thus, a polysiloxane composition is obtained, which is a solution in a mixture of isopropanol / n-butanol solvents.

Для получения нагревательного элемента 3 из полисилоксановой композиции, полученный раствор наносят на поверхность электротеплоизолирующего слоя 2, например, методом распыления через трафарет [Hwang, D., Moon, J., Shul, Y. et al. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2003. No.26. P.783]. Для нанесения используют пистолет пульверизационный марки CAR SYSTEM (MASTER PG , KREMLIN HTI) со следующими параметрами:To obtain a heating element 3 from a polysiloxane composition, the resulting solution is applied to the surface of the electrically insulating layer 2, for example, by spraying through a stencil [Hwang, D., Moon, J., Shul, Y. et al. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2003. No.26. P.783]. For application, use a spray gun of the CAR SYSTEM brand (MASTER PG, KREMLIN HTI) with the following parameters:

- давление на входе от 15⋅104 до 17⋅104 Па (от 1.5 до 1.7 атм),- inlet pressure from 15⋅104 to 17⋅104 Pa (from 1.5 to 1.7 atm),

- подача жидкости средняя,- medium flow rate,

- ширина факела от 15 до 20 см.- torch width from 15 to 20 cm.

После чего нанесенную таким образом полисилоксановую композицию отверждают при температуре 25°С при относительной влажности воздуха 60% в течение 30 минут. После чего элемент конструкции 1 с электротеплоизолирующим слоем 2 и нанесенной на его поверхность полисилоксановой композицией выдерживают при температуре 125°С в течение 120 минут. Для этого такой элемент конструкции 1 помещают и выдерживают при этих условиях в сушильном шкафу. После этого охлаждают до комнатной температуры при 25°С в течение 360 минут [F.D.Osterholtz, E.R.Pohl Kinetics of the hydrolysis and condensation of organofunctional alkoxysilanes: A review// Journal of Adhesion Science and Technology. 1992. No.6(1). Pр.127-149; Пат. 2493014 Российская федерация, МПК B32B 27/30, B32B 27/08, C08J 7/04. Способ получения поликарбонатных формовок с двухслойным покрытием. Заявитель и патентообладатель ОАО «Институт пластмасс им. Г.С. Петрова; авторы: Радзинский С.А., Золкина И.Ю., Америк В.В., Андреева Т.И., Федотова Т.И., Левчук А.В.; Заявл. 12.04.2012; опубл. 20.09.2013].Then the polysiloxane composition applied in this way is cured at a temperature of 25 ° C at a relative humidity of 60% for 30 minutes. After that, a structural element 1 with an electrically insulating layer 2 and a polysiloxane composition applied to its surface is kept at a temperature of 125 ° C for 120 minutes. For this, such a structural element 1 is placed and kept under these conditions in an oven. Then cooled to room temperature at 25 ° C for 360 minutes [F.D. Osterholtz, E.R. Pohl Kinetics of the hydrolysis and condensation of organofunctional alkoxysilanes: A review // Journal of Adhesion Science and Technology. 1992. No.6 (1). Pp. 127-149; Pat. 2493014 Russian Federation, IPC B32B 27/30, B32B 27/08, C08J 7/04. A method of producing polycarbonate moldings with a two-layer coating. Applicant and patentee of JSC "Institute of Plastics named after G.S. Petrova; authors: Radzinsky S.A., Zolkina I.Yu., Amerik V.V., Andreeva T.I., Fedotova T.I., Levchuk A.V .; Appl. 04/12/2012; publ. 09/20/2013].

Таким образом, получают нагревательный элемент 3 из полисилоксановой композиции на наружной поверхности элемента конструкции 1, отделенный от него электротеплоизолирующим слоем 2. Толщину нагревательного элемента обеспечивают, например 1 мкм. Стойкость к истиранию должна соответствовать, например, ГОСТ 18976-73. В качестве абразивного материала используют ткань Батист ГОСТ 29298-2005. Испытания проводят на машине МИ-2 для испытания на истирание при скольжении. Усилие прижима 200 Гр. Скорость скольжения 0,3 0,05 м/сек. Число оборотов рабочего диска 40 5. Диаметр рабочего диска 136 мм. Время воздействия 60 сек. В результате испытаний на внешней поверхности нагревательного элемента 3 не должно наблюдаться повреждений, в том числе, в виде царапин. В этом случае стойкость к истиранию считают высокой [ГОСТ 18976-73 Метод определения стойкости к истиранию].Thus, a heating element 3 is obtained from a polysiloxane composition on the outer surface of a structural element 1, separated from it by an electrically insulating layer 2. The thickness of the heating element is provided, for example, 1 μm. Abrasion resistance must comply, for example, with GOST 18976-73. Baptiste fabric GOST 29298-2005 is used as an abrasive material. The tests are carried out on a MI-2 sliding abrasion testing machine. Clamping force 200 Gr. Sliding speed 0.3 0.05 m / s. The number of revolutions of the working disk is 40 5. The diameter of the working disk is 136 mm. Exposure time 60 sec. As a result of the tests, no damage should be observed on the outer surface of the heating element 3, including in the form of scratches. In this case, abrasion resistance is considered high [GOST 18976-73 Method for determining abrasion resistance].

Количество нагревательных элементов и их геометрия определяется аэродинамическим профилем элемента конструкции 1. Например, для стабилизатора самолета-мишени «Дань», количество нагревательных элементов может составлять 8 штук, размеры нагревательных элементов, расположенных на аэродинамической кромке стабилизатора 50х50 мм. Нагревательные элементы 3 соединяются друг с другом последовательно путем последовательного подключения к электропроводящему проводнику 8. Электропроводящий проводник 8 выполнен, например, из медного проводника. Подключение к нагревательным элементам 3 осуществляется путем вывода контактной площадки 7 электропроводящего проводника поверх электротеплоизолирующего слоя таким образом, что при нанесении нагревательного элемента 3 часть поверхности нагревательного элемента 3 перекрывает контактные площадки двух электропроводящих шин расположенных под нагревательным элементом (фиг.2).The number of heating elements and their geometry is determined by the aerodynamic profile of structural element 1. For example, for the stabilizer of the target aircraft "Tribute", the number of heating elements can be 8 pieces, the dimensions of the heating elements located on the aerodynamic edge of the stabilizer are 50x50 mm. The heating elements 3 are connected to each other in series by being connected in series to an electrically conductive conductor 8. The electrically conductive conductor 8 is made, for example, of a copper conductor. The connection to the heating elements 3 is carried out by outputting the contact pad 7 of the electrically conductive conductor over the electrically insulating layer in such a way that when the heating element 3 is applied, a part of the surface of the heating element 3 overlaps the contact pads of the two electrically conductive buses located under the heating element (Fig. 2).

Для реализации интегральной противообледенительной системы, нагревательные элементы располагают на наружных поверхностях элементов конструкции БПЛА в зонах с наибольшей вероятностью обледенения. Расположение зон с высокой вероятностью обледенения определяют экспериментально в результате летных испытаний БПЛА в условиях обледенения [Мещерякова Т.П. Проектирование систем защиты самолетов и вертолетов. Москва: Машиностроение, 1977; Турнов О.К. Обледенение самолетов и средства борьбы с ним. М.: Машиностроение, 1965. 248 с.]. Зоной с высокой вероятностью обледенения считают часть элемента конструкции 1, на которой скорость роста льда наибольшая [Турнов О.К. Обледенение самолетов и средства борьбы с ним. М.: Машиностроение, 1965. 248 с.]. Нагревательные элементы 3 размещают таким образом, чтобы создать требуемое распределение теплового поля на защищаемом элементе конструкции 1 БПЛА. Распределение теплового поля выбирают исходя из требований обеспечения высоких КПД устройства, реализующего способ предотвращения образования и удаления льда. Например, максимумы температуры теплового поля располагают в зонах с наибольшей интенсивностью обледенения [Пат. 2583111 Российская федерация, МПК6 B64D 15/00. Противообледенительная система. Гомзин А.В., Лачугин В.А., Федотов В.С. Патентообладатель: АО НПО "Опытно-конструкторское бюро имени М.П. Симонова". Заявл. 26.12.2014. Опубл. 10.05.2016].To implement an integral anti-icing system, heating elements are placed on the outer surfaces of UAV structural elements in areas with the highest probability of icing. The location of zones with a high probability of icing is determined experimentally as a result of flight tests of UAVs in icing conditions [Meshcheryakova T.P. Aircraft and helicopter protection systems design. Moscow: Mechanical Engineering, 1977; Turnov O.K. Aircraft icing and means of combating it. M .: Mechanical Engineering, 1965. 248 p.]. The zone with a high probability of icing is considered to be the part of structural element 1, where the ice growth rate is the highest [Turnov O.K. Aircraft icing and means of combating it. M .: Mechanical Engineering, 1965. 248 p.]. Heating elements 3 are placed in such a way as to create the required distribution of the thermal field on the protected structural element 1 of the UAV. The distribution of the thermal field is selected based on the requirements for ensuring high efficiency of a device that implements a method for preventing the formation and removal of ice. For example, the temperature maxima of the thermal field are located in the zones with the highest icing intensity [Pat. 2583111 Russian Federation, MPK6 B64D 15/00. Anti-icing system. Gomzin A.V., Lachugin V.A., Fedotov V.S. Patentee: JSC NPO "Experimental Design Bureau named after MP Simonov". Appl. 12/26/2014. Publ. 05/10/2016].

Ко всем нагревательным элементам 3, соединенным последовательно, параллельно подключают элемент коммутации 4 посредством электрического соединения, реализуемого с помощью соединительных проводов. Элемент коммутации 4, например, тиристор, одним своим входом подключен к источнику электропитания 6, выполненному, например, по схеме [Леонтьев А.П., Пивоваров А.А. Автономный цифровой комплекс измерения распределенной температуры// Приборы и техника эксперимента, 2011. № 3. С. 162-163.]. Управляемый вход элемента коммутации 4 подключен к блоку управления 5, выполненному, например, по схеме [Гайдук А.Р., Плаксиенко Е.А. Анализ и аналитический синтез цифровых систем управления: Монография. – СПб.: Издательство: «Лань». 2018. – 272 с.]. The switching element 4 is connected in parallel to all heating elements 3 connected in series by means of an electrical connection realized by means of connecting wires. The switching element 4, for example, a thyristor, with one of its inputs is connected to a power supply 6, made, for example, according to the scheme [AP Leontyev, AA Pivovarov. Autonomous digital complex for measuring the distributed temperature // Instruments and experimental techniques, 2011. No. 3. P. 162-163.]. The controlled input of the switching element 4 is connected to the control unit 5, made, for example, according to the scheme [AR Gaiduk, EA Plaksienko. Analysis and analytical synthesis of digital control systems: Monograph. - SPb .: Publishing house: "Lan". 2018. - 272 p.].

Рассмотрим реализацию заявляемого способа предотвращения образования и удаления льда, по примеру реализующего его устройства, представленного на фиг.1 и с учетом выполнения алгоритма работы блока управления 5 по фиг.3.Consider the implementation of the proposed method for preventing the formation and removal of ice, following the example of the device that implements it, shown in Fig. 1 and taking into account the execution of the algorithm of the control unit 5 in Fig. 3.

Устройство, реализующее способ предотвращения образования и удаления льда готово к работе после включения отдельного источника электрического питания блока управления, который на фиг.1 не показан. После включения электрического питания, в блок управления 5 загружается программа, согласно алгоритму, приведенному на фиг.3. The device that implements the method for preventing the formation and removal of ice is ready for operation after switching on a separate electric power supply of the control unit, which is not shown in Fig. 1. After turning on the electrical power, the program is loaded into the control unit 5 according to the algorithm shown in Fig. 3.

Рассматриваемый способ предотвращения образования и удаления льда реализует электротепловой подход к построению противообледенительной системы [Antonov, A.N. Heat- and mass transfer processes in icing / A.N.Antonov, A.V.Goryachev, N.K.Aksenov, V.S.Levchenko // Basic Scientific Research Results. 2005. V. 1. Р. 107-114.] и предназначен для реализации двух режимов ее работы: режим предотвращения образования льда и режим удаления льда [Противообледенительные системы летательных аппаратов / Р.Х.Тенишев, Б.А.Строганов, В.С.Савин и др. М.: Машиностроение, 1967. 320 с.]. Выбор режимов осуществляется сотрудниками, эксплуатирующими изделие, например оператором, управляющим БПЛА, путем установки флажок в блоке управления 5: n=1, что соответствует режиму предотвращения образования льда или n=2, что соответствует режиму удаления льда. Выбор режимов работы противообледенительной системы, реализующей рассматриваемый способ предотвращения образования и удаления льда, осуществляется в соответствии с погодными условиями и авиационными правилами эксплуатации ЛА [Алексеев В.В. Полёты в сложных метеорологических условиях днём и ночью// Проблемы безопасности полетов. 2015. № 10. С. 3-30].The considered method of preventing the formation and removal of ice implements an electrothermal approach to the construction of an anti-icing system [Antonov, A.N. Heat- and mass transfer processes in icing / A.N. Antonov, A.V. Goryachev, N.K. Aksenov, V.S. Levchenko // Basic Scientific Research Results. 2005. V. 1. R. 107-114.] And is designed to implement two modes of its operation: the mode of preventing the formation of ice and the mode of removing ice [Anti-icing systems of aircraft / R.H. Tenishev, B.A. Stroganov, V. S. Savin and others. M .: Mashinostroenie, 1967. 320 p.]. The choice of modes is carried out by employees operating the product, for example, the operator controlling the UAV, by checking the box in the control unit 5: n = 1, which corresponds to the mode of preventing the formation of ice or n = 2, which corresponds to the mode of removing ice. The choice of operating modes of the anti-icing system, which implements the considered method of preventing the formation and removal of ice, is carried out in accordance with weather conditions and aviation rules for aircraft operation [Alekseev V.V. Flights in difficult meteorological conditions day and night // Problems of flight safety. 2015. No. 10. S. 3-30].

В режиме предотвращения образования льда на элемент коммутации 4 подается управляющий сигнал из блока управления 5, тем самым подключают источник электропитания 6 к последовательно соединенным нагревательным элементам 3. Таким образом, в течение работы устройства, реализующего способ предотвращения образования и удаления льда, нагревательные элементы 3 остаются подключенными к источнику электропитания 6, в результате чего осуществляют постоянный нагрев нагревательных элементов 3, и тем самым препятствуют образованию льда [Противообледенительные системы летательных аппаратов / Р.Х.Тенишев, Б.А.Строганов, В.С.Савин и др. М.: Машиностроение, 1967. 320 с.]. Для выключения работы устройства, реализующего способ предотвращения образования и удаления льда, оператор, управляющий БПЛА, устанавливает флажок n=0 на блоке управления 5.In the ice prevention mode, a control signal is supplied to the switching element 4 from the control unit 5, thereby connecting the power supply 6 to the series-connected heating elements 3. Thus, during the operation of the device implementing the method of preventing the formation and removal of ice, the heating elements 3 remain connected to the power supply 6, as a result of which the heating elements 3 are constantly heated, and thereby prevent the formation of ice [Anti-icing systems of aircraft / R.H. Tenishev, B.A.Stroganov, V.S. Savin et al. M. : Mechanical engineering, 1967. 320 p.]. To turn off the operation of the device that implements the method of preventing the formation and removal of ice, the operator controlling the UAV sets the flag n = 0 on the control unit 5.

В режиме удаления льда блок управления 5 считывает информацию с датчиков температуры забортного воздуха и скорости полета, которые входят в состав авиационного комплекса БПЛА. После этого, из памяти блока управления 5, считывается циклограмма подключения источника электропитания 6 к нагревательным элементам 3. Циклограмма подключения источника электропитания 6 к нагревательным элементам 3 заносится в память блока управления 5 заранее, на стадии проведения летных испытаний БПЛА в условиях образования льда. На основании результатов летных испытаний БПЛА в условиях обледенения формируются данные о характере обледенения: скорости образования льда, например, 1 мм/мин; областях на поверхности элементов конструкции БПЛА с наибольшей вероятностью обледенения, например, кромка аэродинамического профиля крыла [Мещерякова, Т.П. Проектирование систем защиты самолетов и вертолетов / Т.П.Мещерякова. М.: Машиностроение, 1977. 239с.]. Эта циклограмма представляет собой значения моментов времени подключения и отключения источника электропитания 6 к нагревательным элементам 3 [М.П. Данилаев, Н.В.Дорогов, В.А.Куклин, Е.А.Бобина Эффективность интегральной противообледенительной системы в режиме удаления наледи при циклическом управлении нагревательным элементом // Научно-технический вестник поволжья. 2020. №9. С. 23-27]. В соответствии с циклограммой на элемент коммутации 4 подается управляющий сигнал из блока управления 5, тем самым подключает источник электропитания 6 к последовательно соединенным нагревательным элементам 3. В течение времени, определенного циклограммой, например, в течение 40 секунд, с перерывами в 60 секунд [М.П. Данилаев, Н.В.Дорогов, В.А.Куклин, Е.А.Бобина Эффективность интегральной противообледенительной системы в режиме удаления наледи при циклическом управлении нагревательным элементом // Научно-технический вестник поволжья. 2020. №9. С. 23-27], источник электропитания 6 остается подключенным к нагревательным элементам 3, за счет чего происходит нагрев нагревательных элементов 3, до температуры, например, до 4оС [Antonov, A.N. Heat- and mass transfer processes in icing / A.N.Antonov, A.V.Goryachev, N.K.Aksenov, V.S.Levchenko // Basic Scientific Research Results. 2005. V. 1. Р. 107-114; Алексеев В.В. Полёты в сложных метеорологических условиях днём и ночью// Проблемы безопасности полетов. 2015. № 10. С. 3-30] при которой происходит удаление льда с защищаемой поверхности элемента конструкции 1. Таким образом, в соответствии с циклограммой подключение источника электропитания 6 к нагревательным элементам 3 с использованием элемента коммутации 4 осуществляется только в периоды времени, необходимые для удаления образовавшейся наледи, которая еще не нарушает аэродинамические характеристики БПЛА. Для выключения работы устройства, реализующего способ предотвращения образования и удаления льда, оператор, управляющий БПЛА, устанавливает флажок n=0 на блоке управления 5.In the ice removal mode, the control unit 5 reads information from the outside air temperature and flight speed sensors, which are part of the UAV aviation complex. After that, from the memory of the control unit 5, the sequence diagram of the connection of the power supply 6 to the heating elements 3 is read. The sequence diagram of the connection of the power supply 6 to the heating elements 3 is entered into the memory of the control unit 5 in advance, at the stage of flight tests of the UAV under ice formation conditions. Based on the results of UAV flight tests in icing conditions, data on the nature of icing are formed: the rate of ice formation, for example, 1 mm / min; areas on the surface of UAV structural elements with the highest probability of icing, for example, the edge of the airfoil of the wing [Meshcheryakova, T.P. Designing of protection systems for aircraft and helicopters / T.P. Meshcheryakova. M .: Mechanical Engineering, 1977. 239s.]. This cyclogram represents the values of the times of connecting and disconnecting the power source 6 to the heating elements 3 [M.P. Danilaev, N.V. Dorogov, V.A. Kuklin, E.A. Bobina Efficiency of the integral anti-icing system in the icing mode with cyclic control of the heating element // Scientific and technical bulletin of the Volga region. 2020. No. 9. S. 23-27]. In accordance with the cyclogram, a control signal is supplied to the switching element 4 from the control unit 5, thereby connecting the power supply 6 to the series-connected heating elements 3. During the time determined by the cyclogram, for example, within 40 seconds, with interruptions of 60 seconds [M .NS. Danilaev, N.V. Dorogov, V.A. Kuklin, E.A. Bobina Efficiency of the integral anti-icing system in the icing mode with cyclic control of the heating element // Scientific and technical bulletin of the Volga region. 2020. No. 9. P. 23-27], the power supply 6 remains connected to the heating elements 3, due to which the heating elements 3 are heated to a temperature, for example, up to 4оС [Antonov, A.N. Heat- and mass transfer processes in icing / A.N. Antonov, A.V. Goryachev, N.K. Aksenov, V.S. Levchenko // Basic Scientific Research Results. 2005. V. 1. P. 107-114; Alekseev V.V. Flights in difficult meteorological conditions day and night // Problems of flight safety. 2015. No. 10. P. 3-30] at which ice is removed from the protected surface of the structural element 1. Thus, in accordance with the cyclogram, the connection of the power supply 6 to the heating elements 3 using the switching element 4 is carried out only during the periods of time required to remove the formed ice, which still does not violate the aerodynamic characteristics of the UAV. To turn off the operation of the device that implements the method of preventing the formation and removal of ice, the operator controlling the UAV sets the flag n = 0 on the control unit 5.

Дополнительным преимуществом заявляемого способа предотвращения образования и удаления льда является отсутствие датчиков обледенения, расположение которых на элементах конструкции в зонах наибольшего обледенения может привести к необходимости внесения изменений в эти элементы конструкции, что не всегда возможно.An additional advantage of the proposed method for preventing the formation and removal of ice is the absence of icing sensors, the location of which on structural elements in the areas of greatest icing may lead to the need to make changes to these structural elements, which is not always possible.

Предлагаемый способ предотвращения образования и удаления льда по сравнению с прототипом обеспечивает достижение технического результата за счет того, что нагревательные элементы выполняют из полисилоксановой композиции, которая является стойкой к истиранию, а для придания гидрофобных свойств поверхности нагревательных элементов, дополнительно в процессе получения полисилоксановой композиции добавляют в нее химические соединения, повышающие гидрофобность, также дополнительно в процессе получения полисилоксановой композиции добавляют в нее дисперсные частицы электропроводящего материала, и обеспечивают электрическую проводимость нагревательных элементов, и реализуют интегральную противообледенительную систему, управление нагревом нагревательных элементов в которой осуществляют при помощи блока управления на основе данных о характере обледенения защищаемого элемента конструкции, которые получают на этапе испытания изделия, в состав которого входит защищаемый элемент конструкции и тем самым исключают использования датчиков обледенения.The proposed method for preventing the formation and removal of ice in comparison with the prototype ensures the achievement of the technical result due to the fact that the heating elements are made of a polysiloxane composition, which is resistant to abrasion, and to impart hydrophobic properties to the surface of the heating elements, additionally, in the process of obtaining the polysiloxane composition, is added to chemical compounds that increase hydrophobicity, also additionally in the process of obtaining a polysiloxane composition add dispersed particles of an electrically conductive material to it, and provide electrical conductivity of heating elements, and implement an integral anti-icing system, in which heating of heating elements is controlled using a control unit based on data on the nature of icing of the protected structural element, which are obtained at the stage of testing the product, which includes the protected structural element and the subject exclude the use of icing sensors.

Claims

A method for preventing the formation and removal of ice, in which an integral anti-icing system is implemented, which is active or passive and in which heating elements are used, which are located on the outer surface of the protected structural element in areas with a high probability of icing, separated from it by an electrically insulating layer, while heating control heating elements are carried out using a control unit, characterized in that the heating elements are made from a polysiloxane composition resistant to abrasion, additionally, in the process of obtaining a polysiloxane composition, chemical compounds are added to it that increase hydrophobicity, heating elements from such a polysiloxane composition are connected in series relative to each other, and the series connection of all heating elements is connected in parallel with the power supply and connected to the output of the switching element, to the first input of which I will connect The control unit is used to control the heating of the heating elements based on data on the nature of icing of the protected structural element, which are obtained at the stage of testing the product, which includes the protected structural element, and a power supply is connected to the second input of the switching element.