結(jié)冰探測系統(tǒng)及具有該結(jié)冰系統(tǒng)的飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)冰探測系統(tǒng)，該結(jié)冰探測系統(tǒng)特別地用于飛行器。本發(fā)明還涉及具有該結(jié)冰探測系統(tǒng)的飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)冰探測器是保障飛行器的飛行安全的一項(xiàng)重要措施。在飛行器飛行時，由于氣流的作用，在飛行器的一些部位處會發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，例如在飛行器的機(jī)翼、尾翼、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣罩等部位處。嚴(yán)重的結(jié)冰會危及飛行器的飛行安全。為此，在飛行器上需要安裝結(jié)冰探測器。當(dāng)探測器探測到飛行器發(fā)生或即將發(fā)生結(jié)冰情況時，探測器會發(fā)出結(jié)冰信號，提醒飛行員開啟飛行器上的防冰系統(tǒng)，以防止結(jié)冰，或者去除已經(jīng)形成的冰。
[0003]目前，隨著飛行器整體設(shè)計(jì)的發(fā)展，對結(jié)冰探測器的設(shè)計(jì)也提出了越來越高的要求。例如，飛行器的機(jī)翼設(shè)計(jì)不斷改進(jìn)，開發(fā)出了超臨界機(jī)翼、層流機(jī)翼等，這些導(dǎo)致機(jī)翼前緣越來越纖薄，造成氣流在機(jī)翼的上下表面上加速，形成負(fù)壓區(qū)，且機(jī)翼的局部溫度降低，從而更容易結(jié)冰。此外，隨著飛行器的發(fā)動機(jī)功率不斷提高，其進(jìn)氣道唇口處的氣流加速也越來越劇烈，其結(jié)果是，即使在環(huán)境溫度為10°C的條件下也存在結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]另一方面，對結(jié)冰探測器來說，為了提高飛行安全，需要將結(jié)冰探測器設(shè)計(jì)為先于飛機(jī)表面結(jié)冰。但是，與期望的相反，有時會發(fā)生結(jié)冰探測器還未結(jié)冰或結(jié)冰量還未達(dá)到觸發(fā)警報(bào)的閾值，而飛機(jī)表面已經(jīng)開發(fā)生結(jié)冰的情況，在環(huán)境溫度接近或略低于O °C的情況下尤其如此。
[0005]為此，在現(xiàn)有的結(jié)冰體探測器中，通常采用對探頭局部降溫的手段來使探頭結(jié)冰提前。講題探頭溫度的方法主要包括探頭外形設(shè)計(jì)以及設(shè)置主動制冷裝置。例如，在美國專利US7，104，502中披露了通過改進(jìn)結(jié)冰探測器的支撐部的幾何形狀，以使氣流加速并增加紊流的程度，從而降低探測器的表面溫度。不過，對探測器幾何形狀的設(shè)計(jì)受到飛行條件的制約。比如，在飛行速度較低的情況下，氣流加速和紊流程度的提高有限，從而對結(jié)冰探測器的局部降溫效果一般，而在高速飛行的情況下，降溫效果會過于顯著，反而會造成虛假報(bào)警的問題。
[0006]在美國專利US4，570，881中公開了在結(jié)冰探測器上加裝制冷元件的方案，從而實(shí)現(xiàn)對結(jié)冰探測器的主動制冷。不過，該美國專利中也沒有涉及對制冷幅度的控制，因而仍有可能降溫不足而起不到報(bào)警作用，或者降溫過甚而造成虛假報(bào)警。
[0007]因此，需要一種既能保證結(jié)冰探頭首先結(jié)冰，又能防止結(jié)冰探頭過度靈敏的結(jié)冰探測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為解決以上所提到的現(xiàn)有技術(shù)中問題而作出的。進(jìn)一步地，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的結(jié)冰探測系統(tǒng)，該結(jié)冰探測系統(tǒng)能夠?qū)Y(jié)冰探頭進(jìn)行受控的主動制冷，從而在確保結(jié)冰探頭首先結(jié)冰的同時，避免結(jié)冰探頭過于靈敏而發(fā)生虛假報(bào)警。
[0009]本發(fā)明的上述目的通過一種用于飛行器的結(jié)冰探測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括:至少一個機(jī)身溫度傳感器，該機(jī)身溫度傳感器安裝在飛行器的機(jī)身上，傳感飛行器的機(jī)身溫度;第一結(jié)冰探測器，該第一結(jié)冰探測器包括結(jié)冰探頭，在結(jié)冰探頭上安裝有探測器溫度傳感器和制冷元件；以及控制器，控制器與機(jī)身溫度傳感器和第一結(jié)冰探測器相聯(lián)通，接收由機(jī)身溫度傳感器測量到的機(jī)身溫度、由探測器溫度傳感器測量到的探測器溫度以及由第一結(jié)冰探測器發(fā)出的第一結(jié)冰信號;其中，控制器被構(gòu)造成，當(dāng)機(jī)身溫度傳感器和探測器溫度傳感器所測量到的溫度滿足以下關(guān)系時，該控制器啟動制冷元件:
[0010]τκο cCmxr1-T0;
[0011 ] 其中，T1是由機(jī)身溫度傳感器測量到的機(jī)身溫度，!^是由探測器溫度傳感器測量到的探測器溫度，而To是溫度差設(shè)定值且大于等于O，相反，若檢測到的溫度滿足T1X) V，或者滿足Τ2〈Τι-Το，則控制器將決定不啟動制冷元件或停止制冷元件的工作。
[0012]通過如上所述的結(jié)冰探測系統(tǒng)，通過機(jī)身溫度傳感器、探測器溫度傳感器以及與這些傳感器聯(lián)通的控制器，在具備結(jié)冰條件的情況下，例如當(dāng)飛行器機(jī)身的溫度下降到(TC以下時，可確保結(jié)冰探測器上先發(fā)生結(jié)冰，從而及時地提供結(jié)冰信號，同時又將結(jié)冰探測器上的溫度與機(jī)身溫度之間的差值控制在一個預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，從而防止結(jié)冰探測器過于靈敏而給出虛假的結(jié)冰信號，導(dǎo)致虛假報(bào)警。
[0013]較佳地，其中的溫度差設(shè)定值可預(yù)先存儲在控制器內(nèi)，且該溫度差設(shè)定值的一個例子是2°C。
[0014]在一個進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，結(jié)冰探測系統(tǒng)包括兩組機(jī)身溫度傳感器，分別為第一機(jī)身溫度傳感器組和第二機(jī)身傳感器組。
[0015]包括兩組機(jī)身溫度傳感器的結(jié)冰探測系統(tǒng)尤其有利地應(yīng)用于結(jié)冰探測系統(tǒng)包括兩種工作模式的情形中。這兩種工作模式分別為保守模式和經(jīng)濟(jì)模式。此時，將第一機(jī)身溫度傳感器組測量到的溫度設(shè)為T3，將第二機(jī)身溫度傳感器組測量到的溫度設(shè)為T4，則控制器被構(gòu)造成接收T3和Τ4，并且，當(dāng)結(jié)冰探測系統(tǒng)處于保守模式時，控制器將T3和Τ4中較大的那一個的值賦予T1，當(dāng)結(jié)冰探測系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)模式時，控制器將T3和Τ4中較小的那一個的值賦予Tu
[0016]進(jìn)一步地，第一機(jī)身溫度傳感器組可包括多個第一機(jī)身溫度傳感器，第二機(jī)身溫度傳感器組可包括多個第二機(jī)身溫度傳感器。此時，控制器被構(gòu)造成，取多個第一機(jī)身溫度傳感器所測量到的溫度中的最高溫度作為Τ3，并且取多個第二機(jī)身溫度傳感器所測量到的溫度中的最高溫度作為Τ4。
[0017]在結(jié)冰探測系統(tǒng)包括保守模式和經(jīng)濟(jì)模式的情形中，除了之前提到的第一結(jié)冰探測器之外，結(jié)冰探測系統(tǒng)還可包括第二結(jié)冰探測器，第二結(jié)冰探測器與控制器相聯(lián)通，從而控制器能夠接收來自第二結(jié)冰探測器的第二結(jié)冰信號。該第二結(jié)冰探測器不同于第一結(jié)冰探測系統(tǒng)，其上沒有安裝探測器溫度傳感器和制冷元件。
[0018]此時，當(dāng)結(jié)冰探測系統(tǒng)處于保守模式時，控制器使用來自第一結(jié)冰探測器的第一結(jié)冰信號，當(dāng)結(jié)冰探測系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)模式時，控制器使用來自第二結(jié)冰探測器的第二結(jié)冰信號。
[0019]較佳地，結(jié)冰探測系統(tǒng)還包括控制面板，控制面板與控制器相聯(lián)通，由此，飛行器的飛行員可通過控制面板來選擇結(jié)冰探測系統(tǒng)的保守模式和經(jīng)濟(jì)模式。
[0020]—般來說，機(jī)身溫度傳感器安裝在飛行器的機(jī)翼和/或發(fā)動機(jī)上，第一結(jié)冰探測器和第二結(jié)冰探測器安裝在飛行器的機(jī)頭上。
[0021 ]本發(fā)明還涉及一種包括了上述結(jié)冰探測系統(tǒng)的飛行器。
【附圖說明】
[0022]圖1示出了裝備有本發(fā)明的結(jié)冰探測系統(tǒng)的飛行器。
[0023]圖2示出了結(jié)冰探測系統(tǒng)的結(jié)冰探頭的示意性結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3以流程圖的形式示出了控制器對結(jié)冰探頭上的制冷元件的控制。
[0025]圖4以流程圖的形式示出了一種用來確定飛機(jī)機(jī)身表面上(例如機(jī)翼、發(fā)動機(jī)等)的溫度的方案。
[0026]圖5以流程圖的形式示出了一種用來確定結(jié)冰信號的方案。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解，圖中所示的只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以對其中的細(xì)節(jié)作各種等效變換，而這些等效變換同樣在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0028]〈飛行器及其結(jié)冰探測系統(tǒng)〉
[0029]圖1示出了裝備有本發(fā)明的結(jié)冰探測系統(tǒng)的飛行器I。該飛行器I包括機(jī)頭11、機(jī)翼12和設(shè)置在機(jī)翼上的發(fā)動機(jī)13。
[0030]本發(fā)明的結(jié)冰探測系統(tǒng)包括至少一個結(jié)冰探測器20。結(jié)冰探測器20較佳地設(shè)置在飛行器I的機(jī)頭11上。進(jìn)一步地，結(jié)冰探測系統(tǒng)還包括至少一個機(jī)身溫度傳感器，該機(jī)身溫度傳感器可選擇性地設(shè)置在機(jī)翼12上和發(fā)動機(jī)13中的至少一個上。例如，在圖1所示的飛行器I中，在機(jī)翼12上設(shè)置有第一機(jī)身溫度傳感器31，而在發(fā)動機(jī)13上設(shè)置有第二機(jī)身溫度傳感器32。
[0031]當(dāng)然，如已經(jīng)提到的，本發(fā)明的結(jié)冰探測系統(tǒng)也可只包括設(shè)置在機(jī)翼12上的第一機(jī)身溫度傳感器31，或者只包括設(shè)置在發(fā)動機(jī)13上的第二機(jī)身溫度傳感器32。
[0032]圖2示意性地示出了結(jié)冰探測器20的結(jié)冰探頭21的結(jié)構(gòu)。其中，結(jié)冰探頭21上設(shè)置有探測器溫度傳感器22。較佳地，探測器溫度傳感器22可設(shè)置在結(jié)冰探頭21的迎向氣流(如圖2中的箭頭A所示)的一側(cè)。此外，在結(jié)冰探頭21的至少一側(cè)(圖2中顯示的是兩側(cè))上設(shè)置制冷元件23 ο該制冷元件23的一個實(shí)例是帕爾帖效應(yīng)制冷元件。
[0033]回到圖1，結(jié)冰探測系統(tǒng)還包括控制器40，該控制器40與機(jī)身溫度傳感器31、32和結(jié)冰探測器的探測器溫度傳感器22相聯(lián)通，接收由這些溫度傳感器所感測到的溫度值，并基于這些溫度值來控制結(jié)冰探測器的制冷元件23的動作。
[0034]該控制器40還與控制面板50相連通，從而能夠?qū)⒈O(jiān)測到的飛行器溫度數(shù)據(jù)傳輸給控制面板50，并且可選擇地，可接收來自控制面板50的指令，以調(diào)整控制策略?？刂泼姘?0可設(shè)置在例如飛行器I的駕駛艙內(nèi)，從而飛行員至少可以監(jiān)控飛行器飛行過程中機(jī)身以及結(jié)冰探測器的溫度。并且較佳地，飛行員還可通過控制面板50向控制器40發(fā)出指令，從而允許手動干預(yù)飛行器的防冰操作。例如，可由飛行員選擇結(jié)冰探測器的工作模式。
[0035]〈結(jié)冰探測系統(tǒng)的動作方式〉
[0036]下面將參照圖3?5來詳細(xì)描述本發(fā)明的結(jié)冰探測系統(tǒng)的動作方式。
[0037]圖3中從總體上示出了本發(fā)明的結(jié)冰探測系統(tǒng)的動作方式。其中，在飛行器I的飛行過程中，由機(jī)身溫度傳感器31、32測量飛行器機(jī)身表面上的溫度(以下稱為第一溫度)，而由探測器溫度傳感器22測量結(jié)冰探測器20處的溫度(以下稱為第二溫度)?？刂破魉鶞y量到的第一溫度和第二溫度。
[0038]接著，控制器40進(jìn)行兩步判斷。首先，在第一步中判斷第一溫度是否