冰晶探测器和混合态结冰探测器制造技术

本发明专利技术提供一种冰晶探测器，其包括至少一个轴向延伸的冰晶收集探头和至少一个控制器。每一冰晶收集探头包括在一侧的迎风面和与迎风面相对的背风面，并包括：沿第一轴向延伸的杆体，设置在杆体中、位于迎风面沿杆体的轴向延伸的凹槽，凹槽包括开口和底部，底部用于积聚冰晶，以及检测装置。检测装置包括安装在杆体端部的第一光电传感器，第一光电传感器在凹槽中形成与凹槽的底部间隔的第一光路，用于监测积聚在凹槽的底部上的冰晶。每一控制器与第一光电传感器相连接，且控制器根据第一光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。本发明专利技术具有结构简单、可靠性高等优点，将探头部分与控制器分离设置，扩大安装使用范围。

Ice Crystal Detector and Mixed Ice Detector

【技术实现步骤摘要】
冰晶探测器和混合态结冰探测器
本专利技术涉及一种冰晶探测器领域，尤其是一种探测飞机在空中是否存在冰晶结冰条件的冰晶探测器和进行这种探测的方法。本专利技术还涉及一种探测飞机在空中是否存在冰晶结冰条件和过冷水滴结冰条件的混合态结冰探测器。
技术介绍
飞机飞行在空中遭遇到的结冰条件包括了适航条款14CFR25部附录C常规过冷水滴结冰条件(水滴直径≤50um)，14CFR25部附录O过冷大水滴结冰条件(50μm＜水滴直径＜500μm，称为冻毛毛雨；水滴直径≥500μm，称为冻雨)，和14CFR33部附录D冰晶结冰条件。本专利技术将附录C常规过冷水滴和附录O过冷大水滴统称为过冷水滴。当结冰条件中，同时含有过冷水滴和冰晶结冰条件，称为混合态结冰条件。结冰探测可以在早期探测到飞机进入结冰条件，发出结冰告警信息，提示飞行员及时采取相应动作，是保障飞行安全的一项改进措施。过冷水滴导致飞机气动表面(机翼前缘、短舱前缘等)结冰，造成飞机操稳品质降级、飞行性能损失和飞行安全裕度下降。探测过冷水滴结冰条件的探测器一般称为结冰探测器或及结冰条件探测器。冰晶结冰条件存在于高空对流风暴的外围区域，且不能被飞机的气象雷达探测到，当飞机进入冰晶结冰条件，冰晶在低温的飞机机体和发动机表面被反弹不会造成机体结冰，但是能够进入发动机内部，随着温度的上升，在压缩机叶片上融化产生结冰，导致叶片的叶尖翘曲和撕裂，进而导致发动机推力损失，发生喘振、失速、熄火等事故；并且冰晶可能堵塞皮托管和总温传感器探头，造成高度和温度数据异常，危及飞行安全。探测冰晶结冰条件的探测器一般称为冰晶探测器或冰粒探测器。近年来，过冷大水滴和冰晶结冰条件导致了数起坠机事故，逐渐引起适航当局关注，陆续发布了14CFR25部附录O过冷大水滴和14CFR33部附录D冰晶结冰条件法律规章，用于提高飞行安全措施。但目前，还未有过冷水滴、冰晶结冰条件或混合态结冰条件探测装置实际应用在飞机的案例。US7,104,502公开了一种具有圆柱型磁致伸缩探头的结冰探测器，当过冷水滴撞击到探头上，随着结冰质量增加探头振动频率下降，降低到阀值后发出结冰信号，无法探测冰晶结冰条件。专利US7,014,357公开了一种结冰条件探测器，探头内由两个干湿铂电阻温度传感器构成一个电桥，过冷水滴浓度不同电压差不同，电压变化到阀值发出结冰信号。冰晶随高速气流穿过传感器，不会在温度传感器上结冰，无法探测冰晶结冰条件。专利US7,845,221公开了一种冰晶探测装置，由两个并列的圆锥形管组成，一个圆锥管恒定加热，一个圆锥管不加热，两个压力传感器分别测量两者的压力计算压差，冰晶撞击到后者圆锥管而堵塞该圆锥管，压差变化到阈值，发出告警。不足之处，两个圆锥管的构造，结构复杂，电功率消耗大。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种冰晶探测器，其包括至少一个轴向延伸的冰晶收集探头和至少一个控制器。每一冰晶收集探头包括在一侧的迎风面和与迎风面相对的背风面，并包括：沿第一轴向延伸的杆体，设置在杆体中、位于迎风面沿杆体的轴向延伸的凹槽，凹槽包括开口和底部，底部用于积聚冰晶，以及检测装置，检测装置包括安装在杆体端部的第一光电传感器，第一光电传感器在凹槽中形成与凹槽的底部间隔的第一光路，用于监测积聚在凹槽的底部上的冰晶。每一控制器与第一光电传感器相连接，且控制器根据第一光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。较佳地，凹槽的开口宽度大于凹槽的底部宽度，且凹槽的横截面的面积从开口到底部逐渐减小。较佳地，凹槽的横截面的外形为三角形、梯形或弧形。较佳地，凹槽的表面为粗糙表面。较佳地，凹槽的表面涂有憎水涂层。较佳地，第一光路与凹槽的底部之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。较佳地，冰晶收集探头还还包括设置在杆体的两端的至少一端的第一整流元件，第一整流元件将其周围的气流引导到冰晶收集探头的凹槽中，第一光电传感器安装在第一整流元件中。较佳地，第一光电传感器为有源光电式传感器，其光通量恒定。较佳地，第一光电传感器为透射式光电传感器、或开关式光电传感器，其发射端和接收端分别设置在冰晶收集探测探头的杆体的两端的第一整流元件中。较佳地，第一光电传感器为反射式光电传感器，其发射端和接收端设置在冰晶收集探头的一端的第一整流元件中，冰晶收集探头的另一端的第一整流元件朝向凹槽的表面为光反射表面。较佳地，冰晶收集探头的杆体的横截面外形为圆形，椭圆，翼型，或其他弧形。较佳地，第一整流元件的横截面的形状应与冰晶收集探头的横截面形状相一致。较佳地，冰晶探测器还包括设置在第一整流元件的第一温度传感器和第一电加热元件以及设置在冰晶收集探头的杆体中的第二温度传感器和第二加热元件，第一电加热元件用于加热第一整流元件，第二电加热元件用于加热冰晶收集探头的杆体。较佳地，冰晶探测器还包括设置在冰晶收集探头与控制器之间的支撑部件，支撑部件和杆体纵向延伸。根据本专利技术的第二方面，提供用如上的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，方法包括以下步骤：a.由第一温度传感器以预定的时间间隔检测温度；b.当第一温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动第一电加热元件持续加热第一预设时间，随后；c.启动第一光电传感器，检测凹槽底部的冰晶积聚；d.当第一光电传感器反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；e.在发出冰晶信号之后，启动第一电加热元件和第二电加热元件持续加热第二预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；f.停止第一电加热元件和第二电加热元件的加热，再次循环进行步骤b～e。根据本专利技术的第三方面，提供用上述的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，方法包括以下步骤：a.由第一温度传感器或第二温度传感器以预定的时间间隔检测温度；b.当第一温度传感器或第二温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动第一电加热元件和第二加热元件持续加热，使温度保持在稍微高于冰点温度；c.启动第一光电传感器，检测凹槽底部的冰晶积聚；d.当第一光电传感器反馈的电信号或光信号的变化，大于第一阈值，发出冰晶信号；e.在发出冰晶信号之后，增加第一电加热元件和第二加热元件的加热功率持续加热三预设时间，促使积聚的冰晶融化脱离；f.停止第一电加热元件和第二电加热元件，再次循环进行步骤b～e。根据本专利技术第四方面，提供一种混合态结冰探测器，包括过冷水滴结冰探头和上述的冰晶探测器，其中，冰晶探测器的杆体为主圆柱体，过冷水滴结冰探头安装在每一冰晶收集探头的杆体外表面上，过冷水滴结冰探头包括：设置在凹槽的开口的两侧的二个圆柱杆，二个圆柱杆分别与凹槽的两个侧表面的外边缘相切并具有与冰晶收集探头相同的迎风面和背风面，且二个圆柱杆的轴线平行于杆体的轴线且在杆体的外表面轴向延伸；安装在每一圆柱杆端部的第二光电传感器，第二光电传感器在圆柱杆的迎风面形成与圆柱杆的外表面间隔的第二光路，用于监测圆柱杆的表面结冰。控制器与第二光电传感器相连接，且控制器根据第二光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在过冷水滴结冰条件。较佳地，第二光路与圆柱杆的外表面之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。较佳地，混合态结冰探测器还包括设置在圆柱杆的两端的第二整流元件，第二整流元件将其周围的气流引导到圆柱杆的迎风面中，第二光电传感器安装在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰晶探测器，其特征在于，包括：至少一个轴向延伸的冰晶收集探头(1)，每一所述冰晶收集探头(1)包括在一侧的迎风面(12)和与迎风面(12)相对的背风面(13)，并包括：沿第一轴向延伸的杆体(11)，设置在所述杆体(11)中、位于所述迎风面(12)沿所述杆体(11)的所述轴向延伸的凹槽(14)，所述凹槽(14)包括开口(15)和底部(16)，所述底部(16)用于积聚冰晶(9)，以及检测装置，所述检测装置包括安装在所述杆体(11)端部的第一光电传感器(6)，所述第一光电传感器(6)在所述凹槽(14)中形成与所述凹槽(14)的所述底部(16)间隔的第一光路(8)，用于监测积聚在所述凹槽(14)的底部(16)上的冰晶(9)；以及至少一个控制器(3)，每一所述控制器(3)与所述第一光电传感器(6)相连接，且所述控制器(3)根据所述第一光电传感器(6)反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。

【技术特征摘要】
1.一种冰晶探测器，其特征在于，包括：至少一个轴向延伸的冰晶收集探头(1)，每一所述冰晶收集探头(1)包括在一侧的迎风面(12)和与迎风面(12)相对的背风面(13)，并包括：沿第一轴向延伸的杆体(11)，设置在所述杆体(11)中、位于所述迎风面(12)沿所述杆体(11)的所述轴向延伸的凹槽(14)，所述凹槽(14)包括开口(15)和底部(16)，所述底部(16)用于积聚冰晶(9)，以及检测装置，所述检测装置包括安装在所述杆体(11)端部的第一光电传感器(6)，所述第一光电传感器(6)在所述凹槽(14)中形成与所述凹槽(14)的所述底部(16)间隔的第一光路(8)，用于监测积聚在所述凹槽(14)的底部(16)上的冰晶(9)；以及至少一个控制器(3)，每一所述控制器(3)与所述第一光电传感器(6)相连接，且所述控制器(3)根据所述第一光电传感器(6)反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。2.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的开口(15)宽度大于所述凹槽(14)的底部(16)宽度，且所述凹槽(14)的横截面的面积从所述开口(15)到所述底部(16)逐渐减小。3.如权利要求2所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的横截面的外形为三角形、梯形或弧形。4.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的表面为粗糙表面。5.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述凹槽(14)的表面涂有憎水涂层。6.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光路(8)与所述凹槽(14)的底部(16)之间的距离在0.2mm－0.5mm的范围。7.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述冰晶收集探头(1)还包括设置在所述杆体(11)的两端的至少一端的第一整流元件(7)，所述第一整流元件(7)将其周围的气流引导到所述冰晶收集探头(1)的所述凹槽(14)中，所述第一光电传感器(6)安装在所述第一整流元件(7)中。8.如权利要求7所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光电传感器(6)为有源光电式传感器，其光通量恒定。9.如权利要求8所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光电传感器(6)为透射式光电传感器、或开关式光电传感器，其发射端和接收端分别设置在所述冰晶收集探测探头的杆体(11)的所述两端的所述第一整流元件(7)中。10.如权利要求8所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一光电传感器(6)为反射式光电传感器，其发射端和接收端设置在所述冰晶收集探头(1)的一端的第一整流元件(7)中，所述冰晶收集探头(1)的另一端的第一整流元件(7)朝向所述凹槽(14)的表面为光反射表面。11.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)的横截面外形为圆形，椭圆，翼型，或其他弧形。12.如权利要求7所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一整流元件(7)的横截面的形状应与所述冰晶收集探头(1)的横截面形状相一致。13.如权利要求7所述的冰晶探测器，其特征在于，还包括设置在所述第一整流元件(7)的第一温度传感器和第一电加热元件以及设置在所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)中的第二温度传感器和第二加热元件，所述第一电加热元件用于加热所述第一整流元件(7)，所述第二电加热元件用于加热所述冰晶收集探头(1)的所述杆体(11)。14.如权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，还包括设置在所述冰晶收集探头(1)与所述控制器(3)之间的支撑部件(2)，所述支撑部件(2)和所述杆体(11)纵向延伸。15.用如权利要求13所述的冰晶探测器进行冰晶探测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a.由所述第一温度传感器以预定的时间间隔检测温度；b.当所述第一温度传感器检测到的温度达到接近冰点温度的预设温度时，启动所述第一电加热元件持续加热第一预设时间，随后；c.启动所述第一光电传感器(6)，检测所述凹槽(14)底部(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：史献林，白穆，谭正文，杨胜华，武东文，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31