[發明專利]一種過冷大水滴結冰探頭及探測器

有效

• 申請號: 202011562289.8
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112550723B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 桂康;葛俊鋒;葉林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B64D15/20
• 分類號: B64D15/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種過冷大水滴結冰探頭及探測器，屬于航空探測技術領域，包括探頭本體和過冷水相態感知膜，探頭沿來流方向設有前端迎風錐面、中段錐面、后端迎風錐面和尾端錐面；過冷水相態感知膜安裝于探頭本體的外表面；過冷大水滴撞擊前端迎風錐面后，一部分從前端迎風錐面溢流并受氣流影響在中段錐面區域停駐、結冰，另一部分直接撞擊到后端迎風錐面并結冰；過冷水相態感知膜分別探測過冷水探頭本體表面溢流和凍結的動態過程，通過獲取過冷水相態感知膜探測得到的過冷水和冰層的瞬態分布信息，實現對過冷大水滴結冰探測。本發明旨在高效、可靠地實現飛行器飛行過程中的過冷大水滴結冰探測功能，為飛行器結冰防護系統提供準確的結冰狀況數據。

技術領域

本發明屬于航空探測技術領域，更具體地，涉及一種過冷大水滴結冰探測器及探測方法。

背景技術

飛機的誕生為人們出行提供了便利，但由于過冷水滴的存在，結冰現象已經導致了大量的航空事故。在這些事故中，過冷大水滴(Super cooled Large Droplets，簡稱SLD)結冰尤為危險。飛機的常規結冰包線包含了中位體積直徑(MVD)處于15μm至50μm范圍內的水滴，而SLD的MVD達到了50μm甚至數百微米，其撞擊、飛濺特性更加復雜，且因水滴溫度較高、體積較大而具備流過飛機結冰防護區形成溢流冰的能力，導致以常規結冰包線為設計和驗證規范的結冰探測器無法做出正確響應。

專利申請CN110606209A公開了一種結冰探測器，通過圍繞前緣縫翼陣列型排布的多個探測單元，實現在任何迎角條件下的SLD探測功能。該專利原理清晰、實現便捷，但探測器依賴大量獨立的結冰探測單元，且由前緣向防除冰區域末端延伸，因此安裝面積較大，針對不同翼型具有一定的特異性，需要單獨設計排布模式及識別算法。

專利申請CN107132278A公開了一種過冷水滴結冰探測裝置，通過多個不同直徑的圓柱體結冰傳感器組成探測陣列，分別針對不同MVD的水滴進行探測，以確定SLD結冰情況。該專利實用性強，但對探頭的直徑設計有一定要求，一般其直徑較小，以提高水滴收集率。直徑較小的探頭凍結系數不高，可能導致嚴重的溢流問題，降低了探測器的準確率。

專利申請CN110077601A公開了一種過冷水滴結冰探測器和混合態結冰探測器，通過將不同直徑的圓柱形探頭堆疊放置，形成針對多種MVD水滴的緊湊型探測器，同時，引入了內流道及冰晶收集槽，一方面提升了探頭的凍結系數，一方面豐富了探測器的功能。該專利設計巧妙，但在探頭底部安裝的光纖式結冰傳感器視場易受到局部冰層遮擋，難以全面地反映探頭表面的結冰情況，存在虛警及漏警隱患。

專利申請CN102336272A公開了一種SLD結冰探測器探頭，探頭具有三段結構，第一段的外表面形狀設置為適于收集氣流中的水滴；第二段的外表面形狀設置為使得大水滴在運動過程中能夠充分減速并且釋放潛能；第三段的外表面用于大水滴在其上結冰?？梢酝ㄟ^探頭上的結冰位置和區域，對大水滴結冰進行區分和識別。但是，該專利并沒有給出如何測量探頭表面結冰狀態的方法。

專利申請CN106018199A公開了一種基于過冷水滴運動與撞擊的數值計算方法設計過冷大水滴(SLD)結冰探測器外形的方法，其曲率變化的探測器構型，使得常規水滴條件下，水滴將全部撞擊到構型的前部，整個探測器上只有一個連續的撞擊區域；在SLD條件下，水滴將同時撞擊到構型的前部和后部，探測器上出現多個不連續的結冰區域。但是，該專利也未給出如何測量探頭表面結冰狀態的具體方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種過冷大水滴結冰探頭及探測器，旨在高效、可靠地實現飛行器飛行過程中的過冷大水滴結冰探測功能，為飛行器結冰防護系統提供準確的結冰狀況數據。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種過冷大水滴結冰探頭，包括：探頭本體和過冷水相態感知膜；