【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气数据探测领域，尤其涉及一种基于总温测量技术的液态水含量探测器及探测方法。
技术介绍
1、飞机在云、雾、雨或雪气象条件下飞行时，由于过冷水滴冻结或水汽凝结导致飞机发生结冰现象，严重影响飞机的安全性。在影响飞机结冰的诸多因素中，液态水含量（lwc）是最重要的因素之一，通常在-4℃~-20℃时液态水含量越大，飞机结冰越严重，而低于-20℃时空气中的水汽会凝结成冰晶，导致液态水含量减少，降低飞机结冰的概率。
2、目前,国内应用于飞机上的实时测量液态水含量的检测装置还处于空白，液态水含量的检测装置和方法多用于结冰风洞中的校准测试。国内常见的液态水含量探测方法有冰刀法、热射线法、栅格法、散射分光仪等，但这些方法不适用于飞机飞行时的液态水含量检测。而应用于飞机上的常规结冰探测器如旋转圆柱测量仪、相位多普勒干涉仪等测量液态水含量存在数据滞后或体积、质量超标等风险。
3、大气温度作为影响云层中液态水含量的重要参数，其温度数据和液态水含量的耦合关系能直接反映飞机结冰的风险程度，而国内目前尚无对于基于总温测量液态水含量的测量装置和方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种基于总温测量技术的液态水含量探测器及探测方法，填补了国内目前尚无对于基于总温测量液态水含量的测量装置和方法的空白。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、提供了一种基于总温测量技术的液态水含量探测器，其包括探测器外壳，
4、探测器外壳内设置有与插座排针电性连接的湿温度传感器和干温度传感器组件；湿温度传感器的受感面位于头部风道内。
5、本专利技术中一种基于总温测量技术的液态水含量探测器的基本原理为：通过设置湿温度传感器和干温度传感器组件分别采集湿温度数据和干温度数据，并根据湿温度数据和干温度数据解算出液态水含量参数。
6、进一步地，探测器外壳和头部风道的外表面开槽镶嵌有加热电缆，加热电缆的出口使用气密导管密封，气密导管位于衬套内，加热电缆与插座排针电性连接。加热电缆的设置，实现液态水含量探测器的除冰能力，有效降低液态水含量探测器尾部的结冰概率。
7、进一步地，作为干温度传感器组件的具体设置方式，法兰盘上设置有外套管，外套管位于探测器外壳的内部，外套管的底部通过支座与法兰盘固定连接；干温度传感器组件包括设置于外套管内的内套管，内套管的底部通过支撑柱和引线筒与支座固定连接，内套管的内部设置有干温度受感器，干温度受感器与插座排针电性连接；干温度受感器和湿温度传感器与插座排针连接的电路上设置有补偿电路；法兰盘上均布有多个用于与飞机安装架固定连接的沉头孔。
8、进一步地，作为头部风道的具体设置，头部风道包括第一进风口、第二进风口和出风口；第一进风口和出风口分别位于头部风道的两侧，湿温度传感器的受感面位于第一进风口内；第二进风口位于头部风道中间下部位置并与外套管的顶部开口相接。头部风道三通道式气路结构有效阻滞气流的运动，同时不妨碍气流排除，使干温度传感器组件测量温度等效于大气总温。
9、进一步地，外套管的底部设置有多个排气孔；探测器外壳的背风面设置有与其内部连通的排风口。针对大气中的云雾场环境，带有液态水的气流从第一进风口进入头部风道，并与湿温度传感器的受感面接触后，气流的水滴或冰晶随气流惯性由第二进风口排出。同时气流经过第一进风口后减压降速，进入第二进风口的多余气体经内外套管的排气孔和探测器外壳的排风口排出至外部环境；位于外套管内的干温度受感器测量的是总温，即干温度，总温与湿温度传感器测量的湿温度可解算出所环境的液态水含量。
10、进一步地，湿温度传感器的底部与法兰盘固定，湿温度传感器的底部通过导线与插座排针电性连接，湿温度传感器的受感面设计为类椭圆形结构，该结构可以增加水滴撞击面的同时，还可以使水滴易于脱落。
11、进一步地，内套管和外套管之间设置有间隙。内套管和外套管之间可以采用螺钉定位，保证位于内套管中的干温度受感器与外套管不相贴，减少温度通过固体传导对干温度测量的干扰。
12、进一步地，外套管和内套管的轴线与法兰盘的轴线之间设置有夹角，夹角范围为5°~10°。上述技术方案可以减少探测器外壳内水滴凝结和冰晶沉积风险。
13、本专利技术还提供了一种基于总温测量技术的液态水含量探测器的探测方法，其包括：
14、步骤1、安装探测器：使用沉头螺钉将法兰盘与安装位置固定；
15、步骤2、调节头部风道：调整第一进风口的攻角位置，使得第一进风口的中轴线与来流方向平行；
16、步骤3、插座外连接电源；
17、步骤4、湿温度传感器和干温度传感器组件分别采集湿温度数据和干温度数据，并根据湿温度数据和干温度数据解算出液态水含量参数。
18、进一步地，在步骤4中，解算出液态水含量参数的计算公式为：
19、
20、
21、
22、其中，lwc为液态水含量；为水的质量；为湿温度传感器受感面处的局部水收集系数；为湿温度传感器的比热容；为湿温度传感器的质量； i表示在 i时刻对云层中液态水含量进行计算； f为湿温度传感器的采样周期；为热平衡前湿温度传感器的表面温度；为湿温度传感器的输出温度；为水的比热容； k为湿温度传感器的采样周期频率； k为空气可压缩系数； ma为马赫数；为干温度传感器组件的输出温度；为自由流场中由四条轨迹所围成的曲面，单位为 m2；为该四条轨迹与湿温度传感器的受感面交点所围成的曲面，单位为 m2。
23、本专利技术的有益效果为：
24、1、本专利技术通过设置湿温度传感器和干温度传感器组件，可解算出所环境的总温和液态水含量，液态水含量结合大气参数中的高度、空速等参数，为飞机结冰告警系统提供了更可靠的数据支撑。
25、2、本专利技术通过将内套管和外套管之间设置有间隙，实现内套管中的干温度受感器与外套管不相贴，有效降低了固体传热对干温度测量精度的影响。
26、3、本专利技术通过在探测器外壳和头部风道的外表面开槽镶嵌有加热电缆，实现液态水含量探测器具有除冰能力，有效降低液态水含量探测器尾部的结冰概率。
27、4、本专利技术中的液态水含量探测器，将传统的总温探测器和传统结冰探测器集成在一个探测器上，使得液态水含量探测器体积小重量轻，并同时具有测量总温、液态水含量的功能，避免了安装总温探测器和传统结冰探测器造成的成本浪费和重量增加的缺陷。
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1.一种基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，包括探测器外壳，所述探测器外壳的顶部设置有头部风道，探测器外壳的底部设置有法兰盘，所述法兰盘下方连接有衬套，所述衬套下方设置有插座，插座内设置有插座排针；
2.根据权利要求1所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述探测器外壳和头部风道的外表面开槽镶嵌有加热电缆，所述加热电缆的出口使用气密导管密封，所述气密导管位于所述衬套内，加热电缆与所述插座排针电性连接。
3.根据权利要求2所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述法兰盘上设置有外套管，所述外套管位于所述探测器外壳的内部，外套管的底部通过支座与法兰盘固定连接；所述干温度传感器组件包括设置于外套管内的内套管，所述内套管的底部通过支撑柱和引线筒与所述支座固定连接，内套管的内部设置有干温度受感器，所述干温度受感器与所述插座排针电性连接；所述干温度受感器和湿温度传感器与插座排针连接的电路上设置有补偿电路；法兰盘上均布有多个用于与飞机安装架固定连接的沉头孔。
4.根据权利要求3所述的基于总温测量技术的液态水含量探测
5.根据权利要求4所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述外套管的底部设置有多个排气孔；所述探测器外壳的背风面设置有与其内部连通的排风口。
6.根据权利要求5所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述湿温度传感器的底部与所述法兰盘固定，湿温度传感器的底部通过导线与所述插座排针电性连接，湿温度传感器的受感面设计为类椭圆形结构。
7.根据权利要求3所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述内套管和所述外套管之间设置有间隙。
8.根据权利要求7所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述外套管和内套管的轴线与所述法兰盘的轴线之间设置有夹角，所述夹角范围为5°~10°。
9.一种基于总温测量技术的液态水含量探测器的探测方法，其特征在于，使用权利要求8所述的液态水含量探测器，其中所述探测方法包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于总温测量技术的液态水含量探测器的探测方法，其特征在于，在步骤4中，解算出液态水含量参数的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，包括探测器外壳，所述探测器外壳的顶部设置有头部风道，探测器外壳的底部设置有法兰盘，所述法兰盘下方连接有衬套，所述衬套下方设置有插座，插座内设置有插座排针；
2.根据权利要求1所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述探测器外壳和头部风道的外表面开槽镶嵌有加热电缆，所述加热电缆的出口使用气密导管密封，所述气密导管位于所述衬套内，加热电缆与所述插座排针电性连接。
3.根据权利要求2所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述法兰盘上设置有外套管，所述外套管位于所述探测器外壳的内部，外套管的底部通过支座与法兰盘固定连接；所述干温度传感器组件包括设置于外套管内的内套管，所述内套管的底部通过支撑柱和引线筒与所述支座固定连接，内套管的内部设置有干温度受感器，所述干温度受感器与所述插座排针电性连接；所述干温度受感器和湿温度传感器与插座排针连接的电路上设置有补偿电路；法兰盘上均布有多个用于与飞机安装架固定连接的沉头孔。
4.根据权利要求3所述的基于总温测量技术的液态水含量探测器，其特征在于，所述头部风道包括第一进风口、第二进风口和出风口；所述第一进风口和出风口分别位于头部风道...
【专利技术属性】
技术研发人员：程光辉，龙彦志，禹杰，朱世民，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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