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飞行器过冷水监测-结冰探测器

日期:2019-04-11 01:24
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摘要:飞行器过冷水监测-结冰探测器,作为C919大型客机的设计研发单位,中国商飞上飞院也成功研制了一种过冷大水滴结冰探测器和图像式结冰探测器技术,利用大水滴质量和惯性较大的特征,把常规水滴和过冷大水滴区分开,并通过图像处理技术对结冰厚度进行定量探测。这项技术获得了4项中国砖利、1件美国砖利以及1件欧洲砖利,使上飞院在航空结冰探测器领域走在了技术发展的前列。

飞行器过冷水监测-结冰探测器


我是一颗固执的小水滴,零度也不结冰,其他的小水滴都很喜欢我,夸我有个性。但是飞机大哥似乎对我有意见,恨不得此生不要遇见我。这得从我的诞生说起。


雪妈妈降落经过大气暖层时,融化成水滴,如果继续降落又再次进入大气冷层,就很有可能变成我们过冷水滴大家庭。而我因为比较胖,被大家称为过冷大水滴


雪妈妈告诉我,我们过冷水滴大家庭不是很稳定,虽然在零下保持液态,但只要遇到能量波动、杂质、振动等小扰动,就容易凝固结冰。


1994年,在美国印第安纳州上空,一架ATR-72运输机发生事故,机毁人亡。经过美国国家运输安全委员会调查研究,发现在飞机除冰装置的后方存在一条冰脊,而飞机的结冰报警装置并未发出警报。这条冰脊导致飞机升力下降,阻力增加,俯仰力矩改变,*终使飞机失去控制而发生事故。


那次以后,全世界的民航业都开始关注我们过冷大水滴,飞行器过冷水监测-结冰探测器。






我们通常比较胖,*大水滴粒径大于100微米,正因为这样,我们在机翼的结冰范围远大于常规水滴。我们对飞机*大的危害是在机翼防冰区域后方形成“脊”状冰型,俗称“冰脊”,造成机翼上翼面大范围的气流分离,严重影响飞机的气动性能。因此,我们常常造成比常规结冰更加严重的后果。





所以,你们知道飞机大哥*不喜欢我待在什么位置吗?

机翼




飞行器过冷水监测-结冰探测器大家知道,飞机大哥能飞起来,多亏了机翼提供的升力,它们那优美流畅的外形一旦被改变,就很有可能导致升力的急剧下降。因此,机翼上都有除防冰装置,如果探测到结冰,就会开启加热设备,把冰融化掉。


发动机



发动机内部那么高温,当然不怕冰啦,不过进气道可不喜欢冰。在正常情况下,空气经进气道“整理”为均匀气流,进入发动机风扇。如果进气道结冰,会影响发动机的正常工作。进气道内侧积聚的冰层发生脱落后还有可能损伤发动机叶片。严重时甚至引起发动机喘振、熄火等不利情况。

风挡




这个很好理解,风挡结冰,飞机大哥就看不见路了呢。


当然,空速管、皮托静压管、静压探测器、攻角传感器等飞行设备外部探测器也不喜欢冰,一旦它们的探测头被冰封住了,就不能给飞机大哥提供飞行必须的压力、速度、攻角等数据了。


你是不是很想问我,飞机大哥是不喜欢冰,还是不喜欢我?


这么说吧,美国从上世纪四五十年代就开始研究飞机防除冰,现在的技术已经相对成熟。在探测到飞机结冰后,机翼、发动机通常采用发动机引气加热,风挡采用电加热膜加热的方式防除冰。并且,经过几十年的发展,飞机防除冰从设计到验证已经形成一套较为完善的适航验证方法。


但是我却有点与众不同,这主要是因为我结冰可能出现在防除冰装置外。拿机翼来说,一般防除冰装置安装在缝翼部位,由于我比较胖、质量比较大,会在防除冰区域后方出现结冰,这样防除冰装置就拿我没办法了。因此,飞机大哥特别不喜欢我,要知道他特别爱惜自己的“翅膀”。一般来说,机翼上表面的防除冰装置要做到干蒸发,不能有积冰存在。

    

冰风洞试验


由于飞机大哥不喜欢我,连带世界范围内研究飞机的叔叔阿姨都不喜欢我。


美国联邦航空局(FAA)从1994年以后就开始研究如何防范过冷大水滴结冰,原来规定结冰的FAR25部附录C中,只描述了腰(zhi)围(jing)小于50微米的小水滴的结冰特征。后来,经过二十年的探索,他们终于发布附录O,规定关于我的结冰条款。


关于我,FAA和EASA(欧洲航空安全局)有着不同的意见。FAA认为飞机的大小决定了它的飞行特性对结冰的敏感性,所以*大起飞重量大于60000磅,且飞机装备非可逆飞行操纵系统的飞机可以不用考虑过冷大水滴结冰。而EASA认为过冷大水滴条件的要求应对所有申请适航取证的飞机适用。


为了防范过冷大水滴结冰,许多研究人员把目光集中到结冰探测器,希望把过冷大水滴结冰和一般结冰区分开来。因为一旦探测到过冷大水滴结冰,飞机就可以立即采取飞离结冰区域等措施,以避免过冷大水滴结冰对飞行造成的危险,飞行器过冷水监测-结冰探测器。


全球结冰探测器杰出企业Rosemount公司提出了一种大水滴结冰探测器,气流通过探测器中的气流通道,在探头前端形成气流漩涡,只有大水滴才能突破气流漩涡打到结冰传感器探头上,以此识别水滴大小。


波音公司提出一种激光大水滴探测方法,该方法将飞机大致划分为可能发生大水滴结冰和常规结冰的两块区域,分别设置激光结冰传感器进行检测,以实现对大水滴结冰和常规结冰的探测,飞行器过冷水监测-结冰探测器。


作为C919大型客机的设计研发单位,中国商飞上飞院也成功研制了一种过冷大水滴结冰探测器和图像式结冰探测器技术,利用大水滴质量和惯性较大的特征,把常规水滴和过冷大水滴区分开,并通过图像处理技术对结冰厚度进行定量探测。这项技术获得了4项中国砖利、1件美国砖利以及1件欧洲砖利,使上飞院在航空结冰探测器领域走在了技术发展的前列。


来源 | 中国商飞上飞院

封面制图 | 余依凡

编辑 | 余依凡

校对 | 李琰

出品 | 中国商飞新闻中心


    

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