装在飞行器上的结冰探测装置制造方法及图纸

一种用于装在飞行器上的结冰探测装置（１００），包括一个振动针（１１０）和一个立柱（１２０），振动针（１１０）从立柱（１２０）延伸到空气中，并且能在振动装置的作用下，以一谐振频率振动，振动针的谐振频率对堆积在其表面上的冰敏感，其特征在于该探测装置包括一个至少能冷却探测装置（１００）的一部分的冷却系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于飞行器，例如飞机上的结冰探测装置，用于探测飞行器表面结冰。
技术介绍
结冰探测通常用于航空领域中，用于指示飞行过程中飞行器周围空气的结冰存在。由于结冰会降低一些飞行器部件的性能，如机翼或发动机进气部件的空气动力性能，还会增加飞行器的重量，因此可靠并准确地探测是非常重要的。该结冰可能导致飞行器升力的损失和控制能力的降低。结冰探测装置包括一个伸入飞行器周围气流中的延伸部分，通常装在飞行器上特别容易结冰的位置，例如机头或机翼，以探测最早的结冰信号。如附图1所示，一种已知的结冰探测装置100包括--立柱120；和--装在立柱120上、伸入周围空气中的延长针110。针110构成了一个对振动敏感的元件，通常由一个磁致伸缩或压电装置激发，该装置的固有振动频率对结冰堆积敏感，这样，当针110上有结冰堆积时，针110的质量发生变化，从而振动频率也随之变化直到超过一个设定的探测阈值。那么就会触发一个结冰探测信号。任选地，为了执行新的结冰探测，这种探测装置100还包括一个加热系统，该加热系统设计用于暂时除去针110上的结冰。从而，结冰探测装置100可以进行连续的探测/除冰循环。通常使用一个焦耳效应加热系统。但是，这种结冰探测装置100用于结冰条件附近(周围空气的静态温度接近0℃)的探测时有一个主要的缺点。实际上，当飞行器穿过空气时，会使它周围环境的空气动力场发生变化(局部压力和速度)。探测装置100也要承受这种气流空气动力特征的变化。因此，探测装置100的平衡温度将低于气流的总温度(考虑了速度影响的温度)，而高于飞行器飞行环境的静态温度，也称为OAT(外界空气温度)。平衡温度高于OAT的值会随着飞行器速度的增加而增加。因此，当OAT等于或稍低于冰点温度时，即使现有技术中的探测装置已经处于结冰的环境中，也无法探测到结冰。飞行器速度的降低会导致探测装置100的平衡温度接近冰点，这会在感应元件上出现结冰，从而导致过早探测。本领域的技术人员知道，如果针110以选择合适的角度和方向倾斜，针110部分表面上的温度将会降低。如附图3所示，文献US4,333,004公开了一个这种类型的倾斜针110。然而，该系统无法使平衡温度大幅降低，也无法对这种降低的温度值采取任何控制。如附图18所示，文献US4,570,881提供了一种结冰探测器130，其包括一个弹性膜132，膜上装有一个压电转换器131，在电激励作用下，压电转换器可以使膜132以一个谐振频率振动，当膜上出现结冰堆积而使刚度发生变化时，膜的振动频率会随之改变。结冰探测器130还包括一个珀耳帖效应(Peltier effect)冷却及加热系统135，可以在膜的结冰/除冰循环中冷却及加热。因此，该结冰探测器130的感应元件的特征在于平衡温度较低。但是，该结冰探测器130的探测面积较小，因此探测的可靠性可能不够高。此外，该结冰探测器仅提供了一个探测表面而没有扩展到飞机的三维方向上(如前面所述的针110那样)，这使得探测结果的质量下降。最后，采用珀耳帖效应意味着除冰功率的量级与冷却功率的量级(只有几瓦)一样。而感应元件表面快速除冰需要的功率要高得多(几十瓦)。因此，珀耳帖系统无法快速除冰以进行新的探测。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是构造一个安装在飞行器上的探测装置，其可以在接近开始结冰的温度附近的OAT下探测结冰。本专利技术的第二个目的是准确、可靠、可调地执行探测。本专利技术的第三个目的是使探测不受水滴大小的影响。本专利技术的第四个目的是在探测装置上实现连续的结冰/除冰循环，从而除冰更迅速。因此，本专利技术的第一个方面提供了一个用于装在飞行器上的结冰探测装置，该装置包括一个振动针和一个立柱，振动针从立柱延伸至空气中，并且能在振动装置的作用下以一谐振频率振动，振动针的谐振频率对堆积在其表面上的冰敏感，探测装置还包括至少能使其一部分冷却的冷却系统。这种结冰探测装置优选包括下列特征中的一个或多个--冷却系统包括一个压缩/膨胀热泵系统；--冷却系统包括一个珀耳帖效应系统；--针至少包含上述冷却系统的一部分；--针至少有两个开口，开口至少由一个通道相连，从而形成局部冷却针表面的冷却气流，从而构成上述冷却系统；--探测装置还包括一个装在立柱上的弹性膜装置，该振动膜能在振动装置的作用下，以一个对堆积在其表面上的冰敏感的谐振频率振动，该振动膜至少由上述冷却系统的一部分冷却；--该膜位于立柱的前表面，也就是立柱对着气流的表面；--立柱前表面是一斜面，该斜面与气流方向成一定角度；--上述斜面为凹面；--膜装置位于立柱的侧面，即相对于立柱对着气流的表面，膜位于该表面的侧面；--该探测装置还包括一个测量针温度的温度传感器；--该探测装置还包括一个能测量振动膜温度的温度传感器；--该结冰探测装置包括至少一个温度传感器，其能测量表示周围空气总或静态温度的温度，并与控制冷却系统的装置相连。--该结冰探测装置至少包括一个能测量周围空气总温度或静态温度的温度传感器，该传感器连接到一个决定由针还是膜向处理装置提供结冰探测数据的装置上，这种决定依据至少由温度传感器提供的温度数据而确定。--该结冰探测装置包括一个能测量针均衡温度和/或膜温度的温度传感器，通过合适的冷却系统这些温度被转化成周围空气的总或静态温度；--当至少由传感器测量的温度低于大约-5℃时，将针获得的数据提供给处理装置，而对于更高的温度，将膜获得的数据提供给处理装置；--结冰探测装置还包括一个除冰系统；--除冰和冷却功能由同一设备完成。附图说明通过下面的说明，将使本专利技术的其他特征和优点更加清楚。这些说明仅仅是说明性的，而对本专利技术没有限制性，同时应该参考以下附图阅读这些说明--图1表示一个结冰探测系统的透视图，--图2表示根据本专利技术的第一种结冰探测装置的示意性剖视图，包括第一种冷却系统，--图3表示根据本专利技术的第一种结冰探测装置的示意性侧视图，包括第二种冷却系统，--图4表示根据本专利技术的第一种结冰探测装置的示意性侧视图，包括第二种冷却系统，--图5表示图3中所示的第一种结冰探测装置的纵向剖视图。--图6表示根据本专利技术的第一种结冰探测装置的示意性剖视图，剖线沿着振动针，振动针构成该图的一部分，振动针包括第二冷却系统。--图7表示根据本专利技术的第一种结冰探测装置的示意性剖视图，剖线沿着振动针，振动针构成该图的一部分，振动针包括一个第二冷却系统的变形，--图8表示根据本专利技术的第二种结冰探测装置的透视图，并且该装置包括一个振动膜。--图9表示图8中所示的第二种探测装置的第一种结构的详细剖视图，剖面通过振动膜。--图10表示图8中所示的探测装置的第二种结构的详细剖视图，剖面通过振动膜。--图11中的三条曲线表示结冰过程中振动膜的工作情况，并表示了振动频率、热量和探测信号随时间的变化情况。--图12至17表示根据本专利技术的包括振动膜的探测装置，其不同结构的透视图。--图18表示一个包括珀耳帖系统的振动膜结冰探测器的剖视图。--图19表示从振动膜侧观察图18中所示的振动膜结冰探测器。具体实施例方式如图1所示，一个根据本专利技术的结冰探测装置100包括--立柱120；--装在立柱120上，伸入周围空气中的延长针110，该延长针通常横在气流的方向上；--一个冷却探测装置至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于装在飞行器上的结冰探测装置，包括一个振动针和一个立柱，振动针从立柱延伸到空气中，并且能在振动装置的作用下，以一个对堆积在振动针表面上的冰敏感的谐振频率振动，包括一个能冷却至少探测装置的一部分的冷却系统。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C巴尔，D拉佩罗尼，G萨隆，
申请(专利权)人：奥谢陶尔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]