本實(shí)用新型涉及飛機(jī)防冰除冰裝置，具體涉及飛機(jī)前緣防冰除冰的電加熱單元。
背景技術(shù)：
對于飛機(jī)電防/除冰系統(tǒng)中關(guān)鍵部件電加熱功能單元，目前比較成熟的是在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部內(nèi)嵌電加熱膜，形成一種一體化的結(jié)構(gòu)功能件。電加熱功能單元進(jìn)行電加熱時(shí)，在每塊加熱區(qū)域內(nèi)部均需要均勻加熱。加熱區(qū)域的電加熱功率密度與供電電壓、電加熱膜的材料導(dǎo)電率，加熱膜長度、加熱膜厚度，加熱膜鋪設(shè)覆蓋率等相關(guān)。
在復(fù)合材料內(nèi)部內(nèi)嵌電加熱膜時(shí)，一般采用金屬熱噴涂的方式加工。而適合熱噴涂加工電加熱膜的金屬材料種類較少，一般需要質(zhì)軟金屬材料才可與基體材料緊密結(jié)合。這是因?yàn)橘|(zhì)軟金屬材料熱膨脹系數(shù)與復(fù)合材料基本相當(dāng)，而硬質(zhì)材料與復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)差別較大，噴涂后加熱時(shí)容易剝離或起層。
但質(zhì)軟材料的電阻溫升系數(shù)一般變化較大，這對于加熱的精確控制帶來不利影響，控制的誤差容易引起復(fù)合材料燒蝕，而硬質(zhì)金屬殼避免此類問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型飛機(jī)電防/除冰功能單元內(nèi)部電加熱膜的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)提出了一種“質(zhì)軟金屬+硬質(zhì)金屬+質(zhì)軟金屬”的多層金屬電加熱膜結(jié)構(gòu)形式，可實(shí)現(xiàn)電阻可控、與復(fù)合材料基體緊密結(jié)合，同時(shí)降低溫度變化對電加熱膜電阻率變化的影響。
為此本實(shí)用新型提出了一種基于多層金屬的電加熱膜加工技術(shù)，通過噴涂“質(zhì)軟金屬+硬質(zhì)金屬+質(zhì)軟金屬”形成這種多層結(jié)構(gòu)形式的電加熱膜。使用不同厚度多種金屬組合的方式加工電加熱膜，能夠利用質(zhì)軟材料與非金屬基體噴涂時(shí)結(jié)合較好，解決金屬膜與非金屬基體結(jié)構(gòu)的結(jié)合問題，以及材料的熱膨脹差異問題。同時(shí)借助于硬質(zhì)金屬材料電阻溫升系數(shù)較小的特性，可降低單一質(zhì)軟材料電加熱膜金屬電阻率隨溫度變化較大的缺點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種飛機(jī)防冰除冰的電加熱單元，所述電加熱單元包括：
第一絕緣材料層和第二絕緣材料層；以及
夾設(shè)在所述第一絕緣材料層與所述第二絕緣材料層之間的金屬電加熱膜，
所述金屬電加熱膜包括：
兩層質(zhì)軟金屬層和夾設(shè)在所述兩層質(zhì)軟金屬層之間的硬質(zhì)金屬層。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一絕緣材料層和/或所述第二絕緣材料層為PEEK、PEKK、特氟隆或玻璃纖維結(jié)構(gòu)層的基體。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一絕緣材料層和/或所述第二絕緣材料層為復(fù)合材料。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述兩層質(zhì)軟金屬層中的至少一層為多層金屬復(fù)合層。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)金屬層為一層金屬，或多層金屬復(fù)合層。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬電加熱膜的厚度為100-450微米。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，第一絕緣材料層和第二絕緣材料層的熱膨脹系數(shù)50-60×10-6/K，所述質(zhì)軟金屬層的熱膨脹系數(shù)為20-30×10-6/K，所述硬質(zhì)金屬層的熱膨脹系數(shù)小于15×10-6/K。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述質(zhì)軟金屬層的電阻率溫升系數(shù)為5×10-3/K，所述硬質(zhì)金屬層的電阻溫升系數(shù)為2×10-3/K，所述金屬電加熱膜的組合電阻溫升系數(shù)為2-5×10-3/K。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述質(zhì)軟金屬層的熔點(diǎn)低于所述硬質(zhì)金屬層的熔點(diǎn)。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)金屬層包括銅或銅錳合金。
采用這種多層金屬組合的方式形成的電加熱膜，能夠利用質(zhì)軟材料與非金屬基體熱膨脹系數(shù)接近特性，起到過度作用，與基體材料貼合良好。同時(shí)又能夠利用硬質(zhì)金屬的電阻溫升系數(shù)較小的特性，可降低單一質(zhì)軟材料電加熱膜金屬電阻率隨溫度變化較大的缺點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)需要采用不同的組合方式和厚度，從而獲得不同的電加熱膜電阻，相當(dāng)于開發(fā)出多種新的材料，具有不同的電阻特性。
附圖說明
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的飛機(jī)防除冰的電加熱單元的截面示意圖。
附圖標(biāo)記列表：
1a 第一絕緣材料層
1b 第二絕緣材料層
2 金屬電加熱膜
2a 質(zhì)軟金屬層
2b 硬質(zhì)金屬層
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本實(shí)用新型的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對本實(shí)用新型范圍的限制，而只是為了說明本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。
如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的電加熱本實(shí)用新型用于飛機(jī)防并/除冰的電加熱單元包括：第一絕緣材料層1a和第二絕緣材料層1b，以及夾設(shè)在第一絕緣材料層1a與第二絕緣材料層1b之間的金屬電加熱膜2。該金屬電加熱膜2包括兩層質(zhì)軟金屬層2a以及夾設(shè)在兩層質(zhì)軟金屬層2a之間的硬質(zhì)金屬層2b。
第一絕緣材料層1a和第二絕緣材料層1b通常PEEK、PEKK、特氟隆或玻璃纖維結(jié)構(gòu)層等的基體，且通常為復(fù)合材料，用于與飛機(jī)前緣的基體結(jié)合。
通常金屬電加熱膜2的厚度范圍為100-450微米。而一般單次噴涂的厚度小于10微米。因此，金屬電加熱膜2通常通過多次噴涂操作形成。由此，可以在不同次的噴涂過程中更換噴涂材料。
首先在如復(fù)合材料的非金屬基體表面噴涂一定厚度h1的質(zhì)軟金屬材料，然后噴涂一定厚度h2的硬質(zhì)金屬材料，最后再噴涂一定厚度h3的質(zhì)軟金屬材料，形成一層“質(zhì)軟+硬質(zhì)+質(zhì)軟”的多層金屬薄膜，這種多層金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠改善單一金屬的熱膨脹系數(shù)與基體材料的差異，以及單一金屬材料電阻率受溫度變化影響較大的缺點(diǎn)，提供了一種折中的電加熱薄膜。同時(shí)可根據(jù)需要，調(diào)整不同的質(zhì)軟金屬和硬質(zhì)金屬厚度，滿足不同電加熱膜導(dǎo)電率設(shè)計(jì)需求。
為了防止質(zhì)軟和硬質(zhì)不同材料之間的電勢腐蝕，在噴涂之前可對粉狀金屬材料進(jìn)行表面氧化處理，降低其的表面的活躍性。
采用這種多層金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a)由于硬質(zhì)金屬材料與非金屬材料熱膨脹系數(shù)差異較大，若直接將硬質(zhì)金屬材料噴涂在非金屬材料表面，溫度變化后，兩層材料變形量差異較大，很容易產(chǎn)生剝離分層，質(zhì)軟金屬材料在介于兩者之間，可起到過度作用。通常非金屬基體材料熱膨脹系數(shù)(50-60)×10-6/K，質(zhì)軟金屬材料(20-30)×10-6/K，硬質(zhì)金屬材料小于15×10-6/K。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)有效避免了溫度變化時(shí)發(fā)生的上述剝離分層現(xiàn)象。
b)質(zhì)軟金屬材料電阻率一般隨溫度變化較大，這種變化在電防冰加熱過程中，不利于系統(tǒng)的加熱過程的控制。通過在內(nèi)部加一層硬質(zhì)材料，通常硬質(zhì)材料的電阻率隨溫度變化較小，由此可降低電加熱膜電阻率隨溫度的變化率。例如單一質(zhì)軟電阻率溫升系數(shù)為5×10-3/K，單一硬質(zhì)材料電阻溫升系數(shù)為2×10-3/K，那么組合電加熱膜的電阻溫升系數(shù)則在(2～5)×10-3/K。
c)質(zhì)軟金屬材料的熔點(diǎn)較低，熱噴涂時(shí)溫度也較低，避免了直接硬質(zhì)金屬材料高溫?zé)釃娡繉w造成損傷。
d)采用這種多層金屬組合的形式形成的電加熱膜，相當(dāng)于形成了一種“新材料”，增加了噴涂金屬材料的選用范圍和清單，可解決工程實(shí)踐的需求。
以上已詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本實(shí)用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。