基于冰探測(cè)輸入的飛機(jī)防冰優(yōu)化的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于冰探測(cè)輸入的飛機(jī)防冰優(yōu)化。飛機(jī)防冰系統(tǒng)(10)包括防冰設(shè)備(21)、機(jī)載功率源(30)、從功率源(30)到設(shè)備(21)的供應(yīng)線(31)、控制供應(yīng)線(31)的控制器(41)和傳達(dá)優(yōu)化操作指令(51)至控制器(41)的優(yōu)化器(50)。冰探測(cè)器(60)提供輸入(70)至優(yōu)化器(50)，并且該輸入(70)用于產(chǎn)生優(yōu)化操作指令(51)。
【專利說明】 基于冰探測(cè)輸入的飛機(jī)防冰優(yōu)化
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]根據(jù)USCl 119(e)，本申請(qǐng)要求2012年4月27日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/639，366和2013年3月15日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/800，310的的優(yōu)先權(quán)。這些臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過引用在此被結(jié)合。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請(qǐng)涉及基于冰探測(cè)輸入的飛機(jī)防冰優(yōu)化。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)飛機(jī)飛行穿過含有過冷液滴的云層期間，所述過冷液滴含有非零液態(tài)水含量(例如，每立方米空氣含有多達(dá)2.5g的水)，所述飛機(jī)會(huì)遭遇結(jié)冰的情況。一般來說，對(duì)于熱力防冰系統(tǒng)，最嚴(yán)重的結(jié)冰狀況將發(fā)生在溫度處于其最冷時(shí)(例如，接近零下22華氏溫度)，相關(guān)的速度是最快的，并且液滴平均尺寸是比較大的(例如，接近50微米)。防冰系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成保護(hù)飛機(jī)免于最嚴(yán)重的狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供一種防冰系統(tǒng)，所述防冰系統(tǒng)使用冰探測(cè)輸入數(shù)據(jù)(例如，液態(tài)水含量，液滴平均尺寸等)連同其它輸入以最優(yōu)化操作，從而有效和高效地保護(hù)處于結(jié)冰狀況的飛機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1至12，每一個(gè)都示出了一種保護(hù)處于結(jié)冰狀況的飛機(jī)表面的防冰系統(tǒng)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0007]參考圖1，防冰系統(tǒng)10適于保護(hù)易結(jié)冰區(qū)域11。防冰系統(tǒng)10包括與區(qū)域11相關(guān)聯(lián)的防冰設(shè)備21，具有到防冰設(shè)備21的供應(yīng)線31的機(jī)載功率源30，以及控制通過供應(yīng)線31的功率供應(yīng)的控制器41。至少基于給其提供冰情輸入70的冰探測(cè)器60，優(yōu)化器50將切換指令51傳送至控制器41。優(yōu)化器50可以接收附加輸入，例如空速輸入80，環(huán)境溫度輸入90，和/或飛行輸入100。
[0008]在附圖中，盡管優(yōu)化器50示意性地被示出與控制器41分開的單獨(dú)實(shí)體，但情況不必是這樣。優(yōu)化器50、控制器41和其它系統(tǒng)部件(包括下面介紹的其它控制器42-46)可以結(jié)合到裝配中或共享裝配(installation)。例如，優(yōu)化器50可以是包含在與控制器一體化的微處理器中的算法。
[0009]參考圖2-12，它們每一個(gè)都示出了防冰系統(tǒng)10適于保護(hù)至少兩個(gè)區(qū)域11-12(每個(gè)都具有其自己的線路31-32、控制器41-42和指令51-52)，至少三個(gè)區(qū)域11-13 (每個(gè)都具有其自己的線路31-33、控制器41-43和指令51-53)，至少四個(gè)區(qū)域11_14(每個(gè)都具有其自己的線路31-34、控制器41-44和指令51-54)，和/或至少六個(gè)區(qū)域11-16 (每個(gè)都具有其自己的線路31-36、控制器41-46和指令51-56)。所述區(qū)域可以定位相互遠(yuǎn)離(參見例如圖2、5、8)，順翼展方向成行(參見例如圖3、6、8、9、10、11、12)，和/或在翼弦方向成列(參見例如圖4、7、10、12)。
[0010]防冰設(shè)備21-26每個(gè)均能包括將電能轉(zhuǎn)換為熱量的加熱元件。如果防冰設(shè)備21-26是電熱型的，源30則可包括機(jī)載交流或直流功率源，并且控制器41-46可包括電開關(guān)、電容器、脈沖電路或其它合適的組件。系統(tǒng)10可附加地或替代地使用其它類型的防冰設(shè)備(例如，氣動(dòng)熱力設(shè)備、電脈沖系統(tǒng)、氣動(dòng)保護(hù)罩等)以及因此附加的或其它的功率源。
[0011]控制器41-46可以構(gòu)造成簡(jiǎn)單地打開和關(guān)閉防冰設(shè)備21-26。這種情況下，當(dāng)其不需要時(shí)，可通過避免激活防冰系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作優(yōu)化。同樣的，特別關(guān)于除冰情形，設(shè)備激活可與最佳冰厚相協(xié)調(diào)，使得在冰厚適當(dāng)?shù)陀陲w機(jī)表面所能忍受的冰厚時(shí)不浪費(fèi)除冰循環(huán)。替代地，控制器41-46可調(diào)節(jié)對(duì)防冰設(shè)備的功率供應(yīng)等級(jí)。這可以通過調(diào)節(jié)實(shí)際功率供應(yīng)等級(jí)、通過調(diào)制和/或通過調(diào)節(jié)除冰循環(huán)增量來實(shí)現(xiàn)。通常地，可利用的功率等級(jí)越多，節(jié)能的潛力越大。
[0012]優(yōu)化器50可以包括以歷史數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型和/或開發(fā)的算法編程的處理器，以允許其優(yōu)化防冰的效率和有效性。除了在防冰系統(tǒng)10操作期間的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)輸入，優(yōu)化器50可以將相應(yīng)區(qū)域的非變化的設(shè)計(jì)特征考慮在內(nèi)(例如，機(jī)翼銳度、冰的采集效率、鄰近運(yùn)動(dòng)部件等)。同樣的，優(yōu)化器50可以將相關(guān)防冰設(shè)備的操作視為協(xié)調(diào)方案。
[0013]冰探測(cè)器60可包括任意適宜的能夠提供相關(guān)的輸入70的探測(cè)技術(shù)。例如，探測(cè)器60可包括云響應(yīng)加熱元件(參見例如US20110288776、US5140135和US4980673)、隨冰增長改變頻率的振動(dòng)探針(參見例如US7104502、US6759962、US6847903和US4611492)、光學(xué)機(jī)構(gòu)(參見例如US8144325、US6069565)、溫度保持電阻(參見例如US8037750)、冰阻塞管道(參見例如US798464、US7845221)、冰厚改變阻抗電極裝置(參見例如US6759962，US5955887)、聲道(參見例如US5922958)和/或壓電薄膜陣列(參見例如US5206806)。
[0014]冰探測(cè)器60的合適候選可以是分析從空氣中的云粒子散射的圓偏振光的光學(xué)冰探測(cè)器(OID)。這樣的探測(cè)器可包括構(gòu)造成用于引導(dǎo)光信號(hào)到云中的激光儀器、構(gòu)造成用于收集來自云層的由引導(dǎo)到云中的光信號(hào)引起的回波信號(hào)的透鏡組件、構(gòu)造成用于再引導(dǎo)接受到的并通過透鏡組件的信號(hào)進(jìn)入至少第一和第二通道的分束組件和接受被再引導(dǎo)的信號(hào)的液滴探測(cè)器。所述液滴探測(cè)器可以包括被構(gòu)造成對(duì)第一被再引導(dǎo)的信號(hào)執(zhí)行第一色度測(cè)量的第一信號(hào)探測(cè)組件和被構(gòu)造成對(duì)第二被再引導(dǎo)的信號(hào)執(zhí)行第二色度測(cè)量的第二信號(hào)探測(cè)組件。液滴探測(cè)器構(gòu)造成使用第一和第二色度測(cè)量來確定云中的液態(tài)水含水量和液滴直徑分布。(參見例如US8338785)。
[0015]冰探測(cè)器60探測(cè)非溫參數(shù)，例如液態(tài)水含量(LWC)、冰水含量(IWC)、總含水量(TWC)、液滴平均尺寸、中值體積液滴(MDV)，和/或冰厚(THICK)。重要的非溫度參數(shù)是探測(cè)得到的，而不是估算得出的、預(yù)測(cè)得出的或其它的僅僅依據(jù)溫度數(shù)據(jù)計(jì)算得出的。然而，溫度數(shù)據(jù)可以結(jié)合該參數(shù)來產(chǎn)生輸入70。
[0016]速度輸入80是與撞擊速度相關(guān)聯(lián)的非溫度輸入,所述撞擊速度是液滴在撞向飛機(jī)表面的途中遭遇的速度。然而，該輸入80不必要是空速的精確度量，而是可以是或者使用其它相關(guān)速度，比如飛機(jī)速度。
[0017]溫度輸入90是對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度狀況的輸入，而不是對(duì)應(yīng)防冰設(shè)備或者相關(guān)區(qū)域的溫度的輸入。事實(shí)上，防冰系統(tǒng)10的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以排除對(duì)表面溫度設(shè)備以及因此相應(yīng)的布線的需要。
[0018]因此，防冰系統(tǒng)可以因其沒有表面溫度和/或它們的輸入被優(yōu)化器50用來確定最佳防冰參數(shù)為特色。盡管如此，包含表面溫度傳感器的防冰系統(tǒng)是可能的和可預(yù)期的。
[0019]輸入100包括涉及總體飛行的非溫度輸入。例如，該輸入100可包括飛機(jī)高度(ALT)、飛機(jī)速度(SPEED)、攻角(AOA)、飛行階段(PHASE)、輪子的承重(WOW)、和/或運(yùn)動(dòng)部件的位置(PART)。
[0020]例如，在全蒸發(fā)防冰模式下，防冰設(shè)備被期望通過將區(qū)域11加熱到相當(dāng)高的溫度來完全蒸發(fā)所有的撞擊水。這種防冰模式極端耗能，并且傳統(tǒng)上，已經(jīng)保留僅僅用于危險(xiǎn)的飛機(jī)區(qū)域，在此區(qū)域潮氣回流(wet runback)和/或冰射入都是不可容忍的。明顯的，相關(guān)聯(lián)的防冰設(shè)備21必須設(shè)計(jì)成在能最惡劣的冰情中蒸發(fā)撞擊(液滴)。在防冰系統(tǒng)10中，當(dāng)結(jié)冰狀況不是處于它們最壞的情況下，蒸發(fā)防冰設(shè)備21的功率可被降低。由于在飛行中，惡劣的冰情通常只占所有冰情的5 %不到，這將導(dǎo)致相當(dāng)多的功率節(jié)省。
[0021]在另一個(gè)例子中，防結(jié)冰區(qū)域能夠是在全蒸發(fā)防冰模式下操作還是在更少耗能的“濕運(yùn)行”模式下操作取決于其相應(yīng)的除冰區(qū)域。如果區(qū)域11-13是按翼弦方向布置成列，則防結(jié)冰區(qū)域12可以夾在兩個(gè)除冰區(qū)域11和13之間。如果這些區(qū)域足夠冷從而導(dǎo)致再結(jié)冰，則全蒸發(fā)模式可能不必要了，并且防冰設(shè)備21可以在濕運(yùn)行模式下操作。
[0022]在另一個(gè)例子中，防冰系統(tǒng)10可以包括防冰設(shè)備21，所述防冰設(shè)備21被保留僅當(dāng)輸入70指示存在過冷大液滴(SLDs)時(shí)才使用。該防冰設(shè)備21可以設(shè)置于大部分常規(guī)設(shè)備的沿翼弦方向的尾部，在傳統(tǒng)的非冰凍區(qū)域，這個(gè)位置被認(rèn)為是被超大液滴所折磨。如果冰探測(cè)器60是光學(xué)探測(cè)器，其在結(jié)冰云中可以直接測(cè)量SLD的存在。
[0023]在另一個(gè)例子中，當(dāng)區(qū)域11-16沿翼展方向布置成行時(shí)，不同區(qū)域的“開”閾值沿著所述行可以不同，可能沿外側(cè)方向減少。
[0024]人們現(xiàn)在可以理解的是防冰系統(tǒng)10使用冰探測(cè)數(shù)據(jù)來優(yōu)化操作。盡管系統(tǒng)10、防冰設(shè)備21-26、功率源30、供應(yīng)線31-36、控制器41-46、優(yōu)化器50、指令51-52、冰探測(cè)器60、冰情輸入70、溫度輸入80、速度輸入90，和/或飛行信息輸入100關(guān)于某些實(shí)施例已經(jīng)被示出并被描述，通過閱讀和理解本說明書，對(duì)本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來講，可以做出明顯的或等效的替換和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種防冰系統(tǒng)(10)，適于保護(hù)飛機(jī)的至少一個(gè)易結(jié)冰區(qū)域(11-16)，所述防冰系統(tǒng)(10)包括: 與每個(gè)區(qū)域(11-16)相關(guān)聯(lián)的防冰設(shè)備(21-26)； 機(jī)載功率源(30)和到每個(gè)防冰設(shè)備(21)的供應(yīng)線(31-36)； 用于每個(gè)防冰設(shè)備(21-26)的控制器(41-46)，其控制通過每條供應(yīng)線(31-36)的功率供應(yīng)； 優(yōu)化器(50)，其傳達(dá)優(yōu)化操作指令(51-56)至每個(gè)控制器(41-46);以及 冰探測(cè)器(60)，其提供冰情輸入(70)，該冰情輸入(70)用于產(chǎn)生優(yōu)化操作指令(51)。
2.如權(quán)利要求1所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述優(yōu)化器(50)使用所述冰情輸入(70)以確定最佳功率等級(jí)并將所述指令(51)中的該功率等級(jí)傳達(dá)至防冰設(shè)備(21)，以及其中，該防冰設(shè)備(21)以全蒸發(fā)防結(jié)冰模式運(yùn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的防冰系統(tǒng)(10)，適于保護(hù)飛機(jī)的相鄰的易結(jié)冰區(qū)域(11-13)，其中，所述優(yōu)化器(50)在確定另一個(gè)防冰設(shè)備(22)的最佳功率等級(jí)時(shí)考慮相鄰的防冰設(shè)備(21，23)的狀態(tài)。
4.如前述權(quán)利要求所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，當(dāng)所述優(yōu)化器(50)確定回流將不會(huì)在相鄰區(qū)域(11，13)上再結(jié)冰時(shí)，所述防冰設(shè)備(21)以全蒸發(fā)防結(jié)冰模式運(yùn)行，以及當(dāng)所述優(yōu)化器(50)確定回流將在所述相鄰區(qū)域(11，13)上再結(jié)冰時(shí)，所述防冰設(shè)備(21)以濕運(yùn)行防結(jié)冰模式運(yùn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述冰探測(cè)器(60)探測(cè)超大液滴(SLD)并提供一個(gè)相應(yīng)的輸入(70);以及其中，所述優(yōu)化器(50)僅在所述輸入(70)指示有超大液滴(SLD)時(shí)打開防冰設(shè)備(21)。
6.如權(quán)利要求1所述的防冰系統(tǒng)(10)，適于保護(hù)飛機(jī)的多個(gè)易結(jié)冰區(qū)域(11-16)，其中，所述優(yōu)化器(50)使用冰情輸入(70)以確定結(jié)冰嚴(yán)重性并將此確定與閾值相比較以產(chǎn)生指令(51-56);以及其中，所述閾值在所述防冰設(shè)備(21-26)之中是不同的。
7.如前述權(quán)利要求所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述防冰設(shè)備(21-26)順翼展方向布置成行，以及其中，所述閾值沿外側(cè)方向降低。
8.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其特征在于，在易結(jié)冰區(qū)域(11)上無溫度傳感器。
9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述優(yōu)化器(50)不使用來自表面溫度傳感器的輸入來產(chǎn)生優(yōu)化操作指令(51)。
10.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述冰探測(cè)器(60)是光學(xué)冰探測(cè)器，分析從空氣中的云粒子散射的圓偏振光。
11.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述優(yōu)化器(50)包括容納在微處理器中的算法，所述微處理器安裝在所述控制器(41-46)中。
12.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，每個(gè)防冰設(shè)備(21-26)包括將電能轉(zhuǎn)化為熱量的加熱元件。
13.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述功率源(30)包括機(jī)載電功率源。
14.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述冰探測(cè)器(60)探測(cè)液態(tài)水含量(LWC)。
15.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的防冰系統(tǒng)(10)，其中，所述冰探測(cè)器(60)探測(cè)冰水含量(IWC)和/或總含水量 (TWC)。
【文檔編號(hào)】B64D15/20GK103448912SQ201310240230
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】G·C·博圖拉, D·B·斯維特, J·T·欣德爾, D·G·杰克遜 申請(qǐng)人:古德里奇公司