一种冰晶探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种冰晶探测器。冰晶探测器具有冰晶收集探头、设置在冰晶收集探头的内壁上的感测装置和控制装置。冰晶收集探头由进口直管段、出口直管段以及二者之间的渐缩段。冰晶收集探头结构简单且能够有效收集冰晶结冰和过冷水滴结冰。借助于压力传感器和/或光电传感器，冰晶收集探测器能够方便地获取结冰条件。

An ice crystal detector

The invention relates to an ice crystal detector. The ice crystal detector has an ice crystal collection probe, a sensing device and a control device arranged on the inner wall of the ice crystal collection probe. The ice crystal collection probe consists of the straight inlet pipe section, the straight outlet pipe section and the gradually shrinking section between them. The ice collection probe has simple structure and can effectively collect ice crystals and supercooled water drops. With the help of pressure sensor and / or photoelectric sensor, the ice collection detector can easily obtain the ice condition.

【技术实现步骤摘要】
一种冰晶探测器
本专利技术涉及飞机探测设备，其尤其涉及一种冰晶探测器，用于检测空中是否存在冰晶结冰条件。
技术介绍
飞机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。本专利技术将上述附录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。过冷水滴会导致飞机气动表面(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。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，但是冰晶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。飞行遭遇的结冰条件，约99％为常规过冷水滴结冰条件，飞机通常安装有结冰探测器。过冷大水滴，冰晶，及混合态结冰条件约1％，但过冷水大水滴和冰晶结冰条件近年来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。文献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，降低到阈值后发出结冰信号。该类型的结冰探测器，冰晶撞到柱体后会发生反弹，并不能有效探测冰晶结冰条件。文献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，电压变化到阈值发出结冰信号。对于该文献中的探测器，由于冰晶随高速气流穿过传感器，而不会在温度传感器上结冰，因此无法探测冰晶结冰条件。与US7,104,502类似，文献EP1533228同样具有磁致伸缩探头，其通过在支撑结构上增加一个凹槽，凹槽底部集成振动膜片。由于该文献中的浅凹槽位于气流上升表面，冰晶在凹槽反弹，该探头不能有效的探测冰晶结冰条件。文献US7,845,221公开了一种冰晶探测装置，其由两个并列的圆锥形管组成，一个圆锥管1恒定加热，一个圆锥管2不加热，两个压力传感器分别测量两者的压力计算压差，冰晶撞击到圆锥管2堵塞圆锥管，压差变化到阈值，发出告警。不足之处在于，一个圆锥管恒定加热，电功率消耗大。
技术实现思路
针对现有技术的冰晶探测器的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种至少能够替代上述各类探测器的冰晶探测器，此外，本专利技术的冰晶探测器结构形式简单，且可靠性高。该目的通过根据本专利技术的一种冰晶探测器来实现。该冰晶探测器包括冰晶收集探头、设置在所述冰晶收集探头的内壁上的感测装置和控制装置。其中，所述冰晶收集探头包括进口直管段、出口直管段以及连接所述进口直管段和所述出口直管段且横截面逐渐缩小的渐缩段。所述进口直管段的直径大于所述出口直管段的直径。其中，感测装置为压力感测装置，其能够检测冰晶收集探头的进口和/或出口的压力变化，并发送检测的压力信号。控制装置接收来自所述感测装置的检测信号，在压力变化率大于预定阈值时发出冰晶结冰信号。优选地，所述压力传感器至少设置于所述进口直管段以及所述出口直管段。在一种实施方式中，该压力变化率可以是冰晶收集探头的进口和出口之间的压差变化率，所述压差变化率大于第一预定阈值时，所述冰晶探测器发出冰晶结冰信号；在另一实施方式中，其可以是冰晶收集探头的进口处的压力变化率，所述冰晶收集探头的进口处的所述压力变化率大于第二预定阈值时，所述冰晶探测器发出冰晶结冰信号。根据本专利技术的冰晶探测器中，冰晶收集探头的进口直管段以及出口直管段可以对气流启动整流作用，设置在二者之间的渐缩管对气流有抽吸作用，大量冰晶能够顺畅地进入渐缩段。随着冰晶收集探头内部横截面的缩小，收集到的冰晶积聚会堵塞在渐缩段的底部。由此带来的影响是，进口段的压力P1会急速增大。此外，可以理解的是，在收集探头未被冰晶堵塞的情况下，冰晶收集探头的进出口之间的压力差与飞行速度、收集探头进出口之间的面积比成既定的函数关系，当探头被冰晶堵塞后，进口段的静压P1会急剧增大，由此，冰晶收集探头进、出口之间的压差(P1-P2)的变化率也会急剧变化。与仅通过冰晶收集探头的进口处的压力变化率来判断是否结冰相比，通过冰晶收集探头的进、出口之间的压差变化率能够显著降低由于如飞机加速、爬升或下降时外界参数变化而导致的误发冰晶结冰告警的概率。可替代地，冰晶结冰条件还可以通过感测冰晶收集探头内的光线变化给予确认。具体地，在一种实施方式中，所述感测装置替换为第一光电传感器，其设置于渐缩段的临近所述出口直管段的一端，所述第一光电传感器形成第一光路，当所述第一光路被切断时，所述控制装置发出冰晶结冰信号。基于上述的冰晶收集探头，在其收集到冰晶的情况下，冰晶会积聚并堵塞在渐缩段的底部，此时第一光路被切断，第一光电传感器由此向控制装置发出相应的检测信号，由控制装置发出冰晶结冰信号。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述冰晶探测器还包括第一结冰杆，所述第一结冰杆的轴线与所述冰晶收集探头的轴线大致平行，且所述第一结冰杆的第一端位于所述进口直管段，与所述第一端相对的第二端至少延伸至所述渐缩段。在以上方案中，设置的第一结冰杆尤其适用于设有第一光电传感器的实施方式中。在设置了第一结冰杆后，渐缩段末端的会部分被第一结冰杆所占据而使得自身的有效面积减小，由此增大了冰晶收集探头的进口和出口的面积比，这将更加利于冰晶的收集，堵塞渐缩段末端。为了避免因第一结冰杆遮挡了部分第一光路，使第一光路传感器的光通量减少，优选地，第一结冰杆设有供第一光路穿过的通孔。优选地，所述第一结冰杆大致为圆锥体或圆柱体。当所述第一结冰杆大致为圆锥体时，所述圆锥体的底面位于所述渐缩段；当所述第一结冰杆大致为圆柱体时，所述圆柱体位于所述进口直管段的前端部为球形端，且所述球形端的直径大于所述圆柱体的主体部分的直径。圆柱体、圆锥体形状的第一结冰杆为轴对称结构，如此设置的第一结冰杆能够使流场保持稳定且沿轴向均布。过冷水滴随气流进入探头，在直管段整流，撞击到第一结冰杆前端结冰，切断光路或显著减低光通量，则发出结冰信号。尤其对于圆锥体构造的第一结冰杆而言，沿着冰晶收集探头的轴线方向，第一结冰杆与冰晶收集探头内表面之间的空隙逐渐减小，这将更有利于冰晶聚集。将第一结冰杆的前段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰晶探测器，其布置于飞行器的气动表面，其特征在于，所述冰晶探测器包括：/n冰晶收集探头，所述冰晶收集探头包括进口直管段、出口直管段以及连接所述进口直管段和所述出口直管段且横截面逐渐缩小的渐缩段，所述进口直管段的直径大于所述出口直管段的直径；和/n设置在所述冰晶收集探头的内壁上的感测装置，所述感测装置为压力传感器，其能够检测冰晶收集探头的进口和/或出口的压力变化，并发送检测的压力信号；/n控制装置，接收来自所述感测装置的检测信号，在压力变化率大于预定阈值时发出冰晶结冰信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种冰晶探测器，其布置于飞行器的气动表面，其特征在于，所述冰晶探测器包括：
冰晶收集探头，所述冰晶收集探头包括进口直管段、出口直管段以及连接所述进口直管段和所述出口直管段且横截面逐渐缩小的渐缩段，所述进口直管段的直径大于所述出口直管段的直径；和
设置在所述冰晶收集探头的内壁上的感测装置，所述感测装置为压力传感器，其能够检测冰晶收集探头的进口和/或出口的压力变化，并发送检测的压力信号；
控制装置，接收来自所述感测装置的检测信号，在压力变化率大于预定阈值时发出冰晶结冰信号。


2.根据权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述感测装置为第一光电传感器，其设置于渐缩段的临近所述出口直管段的一端，所述第一光电传感器形成第一光路，当所述第一光路被切断时，所述控制装置发出冰晶结冰信号。


3.根据权利要求1所述的冰晶探测器，其特征在于，所述压力传感器至少设置于所述进口直管段以及所述出口直管段。


4.根据权利要求2或3所述的冰晶探测器，其特征在于，所述冰晶探测器还包括第一结冰杆，所述第一结冰杆的轴线与所述冰晶收集探头的轴线大致平行，且所述第一结冰杆的第一端位于所述进口直管段，与所述第一端相对的第二端至少延伸至所述渐缩段。


5.根据权利要求4所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一结冰杆大致为圆锥体或圆柱体，且
当所述第一结冰杆大致为圆锥体时，所述圆锥体的底面位于所述渐缩段；
当所述第一结冰杆大致为圆柱体时，所述圆柱体位于所述进口直管段的前端部为球形端，且所述球形端的直径大于所述圆柱体的主体部分的直径。


6.根据权利要求5所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一结冰杆还包括至少一组第二光电传感器，所述第二光电传感器形成的第二光路与所述第一结冰杆的所述第一端之间的距离D1为：0.3mm≤D1≤0.5mm，
其中，当所述第二光路的光通量减少或者被切断时，所述控制装置发出过冷水滴结冰信号。


7.根据权利要求5或6所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一结冰杆的第一端与所述进口直管段的进口端之间的距离D2为：2R≤D2≤4R，其中，R为所述圆锥体的底面直径或所述球形端的直径。


8.根据权利要求5或6所述的冰晶探测器，其特征在于，所述第一结冰杆位于所述进口直管段的一端设有大致垂直于所述轴线的第一通孔，所述冰晶探测器还包括至少一组第三光电传感器，且所述第三光电传感器形成的第三光路能够穿过所述第一通孔，
其中，当所述第三光路的光通量减少或者被切断时，所述控制装置发出过冷水滴结冰信号。


9.根据权利要求8所述的冰晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：史献林，张絮涵，胡祥龙，刘毓迪，闵智勇，曹祎，
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