結冰探測系統(tǒng)及具有該結冰系統(tǒng)的飛行器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結冰探測系統(tǒng)，該結冰探測系統(tǒng)特別地用于飛行器。本發(fā)明還涉及具有該結冰探測系統(tǒng)的飛行器。
【背景技術】
[0002]結冰探測器是保障飛行器的飛行安全的一項重要措施。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)生結冰現(xiàn)象，例如在飛行器的機翼、尾翼、發(fā)動機進氣罩等部位處。嚴重的結冰會危及飛行器的飛行安全。為此，在飛行器上需要安裝結冰探測器。當探測器探測到飛行器發(fā)生或即將發(fā)生結冰情況時，探測器會發(fā)出結冰信號，提醒飛行員開啟飛行器上的防冰系統(tǒng)，以防止結冰，或者去除已經(jīng)形成的冰。
[0003]目前，隨著飛行器整體設計的發(fā)展，對結冰探測器的設計也提出了越來越高的要求。例如，飛行器的機翼設計不斷改進，開發(fā)出了超臨界機翼、層流機翼等，這些導致機翼前緣越來越纖薄，造成氣流在機翼的上下表面上加速，形成負壓區(qū)，且機翼的局部溫度降低，從而更容易結冰。此外，隨著飛行器的發(fā)動機功率不斷提高，其進氣道唇口處的氣流加速也越來越劇烈，其結果是，即使在環(huán)境溫度為10°C的條件下也存在結冰的風險。
[0004]另一方面，對結冰探測器來說，為了提高飛行安全，需要將結冰探測器設計為先于飛機表面結冰。但是，與期望的相反，有時會發(fā)生結冰探測器還未結冰或結冰量還未達到觸發(fā)警報的閾值，而飛機表面已經(jīng)開發(fā)生結冰的情況，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冰提前。講題探頭溫度的方法主要包括探頭外形設計以及設置主動制冷裝置。例如，在美國專利US7，104，502中披露了通過改進結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計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，反而會造成虛假報警的問題。
[0006]在美國專利US4，570，881中公開了在結冰探測器上加裝制冷元件的方案，從而實現(xiàn)對結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警作用，或者降溫過甚而造成虛假報警。
[0007]因此，需要一種既能保證結冰探頭首先結冰，又能防止結冰探頭過度靈敏的結冰探測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為解決以上所提到的現(xiàn)有技術中問題而作出的。進一步地，本發(fā)明的目的是提供一種改進的結冰探測系統(tǒng)，該結冰探測系統(tǒng)能夠對結冰探頭進行受控的主動制冷，從而在確保結冰探頭首先結冰的同時，避免結冰探頭過于靈敏而發(fā)生虛假報警。
[0009]本發(fā)明的上述目的通過一種用于飛行器的結冰探測系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括:至少一個機身溫度傳感器，該機身溫度傳感器安裝在飛行器的機身上，傳感飛行器的機身溫度;第一結冰探測器，該第一結冰探測器包括結冰探頭，在結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，控制器與機身溫度傳感器和第一結冰探測器相聯(lián)通，接收由機身溫度傳感器測量到的機身溫度、由探測器溫度傳感器測量到的探測器溫度以及由第一結冰探測器發(fā)出的第一結冰信號;其中，控制器被構造成，當機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系時，該控制器啟動制冷元件:
[0010]τκο cCmxr1-T0;
[0011 ] 其中，T1是由機身溫度傳感器測量到的機身溫度，!^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]通過如上所述的結冰探測系統(tǒng)，通過機身溫度傳感器、探測器溫度傳感器以及與這些傳感器聯(lián)通的控制器，在具備結冰條件的情況下，例如當飛行器機身的溫度下降到(TC以下時，可確保結冰探測器上先發(fā)生結冰，從而及時地提供結冰信號，同時又將結冰探測器上的溫度與機身溫度之間的差值控制在一個預設的范圍內(nèi)，從而防止結冰探測器過于靈敏而給出虛假的結冰信號，導致虛假報警。
[0013]較佳地，其中的溫度差設定值可預先存儲在控制器內(nèi)，且該溫度差設定值的一個例子是2°C。
[0014]在一個進一步優(yōu)選的實施例中，結冰探測系統(tǒng)包括兩組機身溫度傳感器，分別為第一機身溫度傳感器組和第二機身傳感器組。
[0015]包括兩組機身溫度傳感器的結冰探測系統(tǒng)尤其有利地應用于結冰探測系統(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)濟模式。此時，將第一機身溫度傳感器組測量到的溫度設為T3，將第二機身溫度傳感器組測量到的溫度設為T4，則控制器被構造成接收T3和Τ4，并且，當結冰探測系統(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，當結冰探測系統(tǒng)處于經(jīng)濟模式時，控制器將T3和Τ4中較小的那一個的值賦予Tu
[0016]進一步地，第一機身溫度傳感器組可包括多個第一機身溫度傳感器，第二機身溫度傳感器組可包括多個第二機身溫度傳感器。此時，控制器被構造成，取多個第一機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]在結冰探測系統(tǒng)包括保守模式和經(jīng)濟模式的情形中，除了之前提到的第一結冰探測器之外，結冰探測系統(tǒng)還可包括第二結冰探測器，第二結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冰探測器的第二結冰信號。該第二結冰探測器不同于第一結冰探測系統(tǒng)，其上沒有安裝探測器溫度傳感器和制冷元件。
[0018]此時，當結冰探測系統(tǒng)處于保守模式時，控制器使用來自第一結冰探測器的第一結冰信號，當結冰探測系統(tǒng)處于經(jīng)濟模式時，控制器使用來自第二結冰探測器的第二結冰信號。
[0019]較佳地，結冰探測系統(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冰探測系統(tǒng)的保守模式和經(jīng)濟模式。
[0020]—般來說，機身溫度傳感器安裝在飛行器的機翼和/或發(fā)動機上，第一結冰探測器和第二結冰探測器安裝在飛行器的機頭上。
[0021 ]本發(fā)明還涉及一種包括了上述結冰探測系統(tǒng)的飛行器。
【附圖說明】
[0022]圖1示出了裝備有本發(fā)明的結冰探測系統(tǒng)的飛行器。
[0023]圖2示出了結冰探測系統(tǒng)的結冰探頭的示意性結構圖。
[0024]圖3以流程圖的形式示出了控制器對結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機身表面上(例如機翼、發(fā)動機等)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冰信號的方案。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述。應當理解，圖中所示的只是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，相關領域中的技術人員可以對其中的細節(jié)作各種等效變換，而這些等效變換同樣在本發(fā)明所要求的保護范圍之內(nèi)。
[0028]〈飛行器及其結冰探測系統(tǒng)〉
[0029]圖1示出了裝備有本發(fā)明的結冰探測系統(tǒng)的飛行器I。該飛行器I包括機頭11、機翼12和設置在機翼上的發(fā)動機13。
[0030]本發(fā)明的結冰探測系統(tǒng)包括至少一個結冰探測器20。結冰探測器20較佳地設置在飛行器I的機頭11上。進一步地，結冰探測系統(tǒng)還包括至少一個機身溫度傳感器，該機身溫度傳感器可選擇性地設置在機翼12上和發(fā)動機13中的至少一個上。例如，在圖1所示的飛行器I中，在機翼12上設置有第一機身溫度傳感器31，而在發(fā)動機13上設置有第二機身溫度傳感器32。
[0031]當然，如已經(jīng)提到的，本發(fā)明的結冰探測系統(tǒng)也可只包括設置在機翼12上的第一機身溫度傳感器31，或者只包括設置在發(fā)動機13上的第二機身溫度傳感器32。
[0032]圖2示意性地示出了結冰探測器20的結冰探頭21的結構。其中，結冰探頭21上設置有探測器溫度傳感器22。較佳地，探測器溫度傳感器22可設置在結冰探頭21的迎向氣流(如圖2中的箭頭A所示)的一側。此外，在結冰探頭21的至少一側(圖2中顯示的是兩側)上設置制冷元件23 ο該制冷元件23的一個實例是帕爾帖效應制冷元件。
[0033]回到圖1，結冰探測系統(tǒng)還包括控制器40，該控制器40與機身溫度傳感器31、32和結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，從而能夠將監(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，以調整控制策略?？刂泼姘?0可設置在例如飛行器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身以及結冰探測器的溫度。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，從而允許手動干預飛行器的防冰操作。例如，可由飛行員選擇結冰探測器的工作模式。
[0035]〈結冰探測系統(tǒng)的動作方式〉
[0036]下面將參照圖3?5來詳細描述本發(fā)明的結冰探測系統(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，由機身溫度傳感器31、32測量飛行器機身表面上的溫度(以下稱為第一溫度)，而由探測器溫度傳感器22測量結冰探測器20處的溫度(以下稱為第二溫度)。控制器所測量到的第一溫度和第二溫度。
[0038]接著，控制器40進行兩步判斷。首先，在第一步中判斷第一溫度是否