Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам измерения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхности летательного аппарата. Устройство содержит датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики. Первый термостабилизатор первым входом подключен к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом - к нагревателю рабочего чувствительного элемента. Второй термостабилизатор первым входом подключен к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента. Устройство выделения разности мощностей подключено первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом - к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом - к входу первого нелинейного элемента, выход которого подключен к первому индикатору и к интегратору, выход которого соединен со вторым индикатором. Кроме этого, устройство содержит измеритель температуры наружного воздуха и второй нелинейный элемент, причем выход измерителя температуры наружного воздуха подключен к входу второго нелинейного элемента, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго термостабилизаторов. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения интенсивности обледенения поверхностей, находящихся в воздушном потоке, а также повышение надежности устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам измерения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхностях летательного аппарата (ЛА).

Известно устройство для определения наличия и интенсивности обледенения (Тенишев Р.Х., Строганов Б.А. и др. "Противообледенительные системы летательных аппаратов". М.: Машиностроение, 1967, с.219-221), содержащее рабочий и компенсирующий чувствительные элементы (ЧЭ), имеющие нагреватели и термодатчики, расположенные в лобовой и тыльной стороне цилиндра соответственно, ось которого сориентирована по потоку воздуха. При отрицательной температуре воздуха на нагреватели обоих ЧЭ подается одинаковый электрический ток, а термодатчики включены в мостовую схему таким образом, что при увеличении теплосъема на рабочем ЧЭ относительно компенсирующего ЧЭ, например, при попадании капельной влаги на рабочий ЧЭ и ее испарении, на ее выходе появляется сигнал U_ΔТ, пропорциональный разности температур, который подается на индикатор.

Однако постоянство мощности разогрева обоих ЧЭ приводит к значительным изменениям температур Т_i чувствительного элемента в "сухом" воздушном потоке в зависимости от изменения режима полета, что видно из выражения для Т_i

T_i=N_i/αs+T_в,

где: N_i - мощность нагревателей ЧЭ, Вт;

α - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м²·град

s - площадь ЧЭ, м²;

Т_в - температура воздуха, град;

и влиянию изменения режима полета на показание интенсиметра обледенения, определяемое в виде:

U_ΔT=k_п·(Т_к-Т_р)=k_п·N_исп/αs,

где:

k_п - коэффициент преобразования, В/град;

Т_к и Т_р - температуры компенсирующего и рабочего ЧЭ соответственно, град;

N_исп - мощность нагревателя рабочего ЧЭ, расходуемая на испарение капельной влаги, Вт.

Реальные изменения зависимых от режима полета значений температуры равны для Т_в от нуля до минус 60°С и коэффициента конвективной теплоотдачи α - более чем в 2 раза.

Значительные изменения температуры ЧЭ приводят к снижению надежности, а влияние изменения режима полета на показания известного устройства - к увеличению погрешности определения интенсивности обледенения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда (заявка РФ 2003132178/28, В64D 15/20, 2003 г.).

Устройство содержит датчик обледенения, который включает рабочий и компенсирующий ЧЭ, содержащие нагреватель рабочего ЧЭ и нагреватель компенсирующего ЧЭ, а также термодатчик рабочего ЧЭ и термодатчик компенсирующего ЧЭ. Термодатчик рабочего ЧЭ подключен к входу первого термостабилизатора, выход которого подключен к нагревателю рабочего ЧЭ. Термодатчик компенсирующего ЧЭ подключен к входу второго термостабилизатора, выход которого подключен к нагревателю компенсирующего ЧЭ. Выходы первого и второго термостабилизаторов подключены соответственно к первому и второму входам устройства выделения разности мощностей, выход которого подключен к входу первого нелинейного элемента, выход которого подключен к первому индикатору и входу интегратора, выход которого подключен ко второму индикатору.

При отрицательной температуре наружного воздуха происходит включение термостабилизаторов, в результате чего температура поверхностей ЧЭ стабилизируется на заданных одинаковых значениях в диапазоне от 80 до 100°С. В "сухом" воздушном потоке разность мощностей нагревателей, определяемая блоком выделения разности мощностей, во всем диапазоне изменения режима полета ЛА остается менее величины ΔN_п, называемой порогом срабатывания сигнализатора обледенения. Зона нечувствительности нелинейного элемента равна пороговому значению ΔN_п, и поэтому на его выходе сигнал отсутствует.

При попадании датчика обледенения в воздушный поток, содержащий капельную влагу, только рабочий ЧЭ ее улавливает и испаряет. Для поддержания заданной температуры ЧЭ первый термостабилизатор вырабатывает дополнительную мощность нагревателя, в результате чего разность мощностей на входе блока выделения разности мощностей превышает зону нечувствительности нелинейного элемента. Выходной сигнал нелинейного элемента пропорционален мощности нагревателя рабочего ЧЭ, затрачиваемой на испарение улавливаемой рабочим ЧЭ капельной влаги, далее поступает на вход индикатора интенсивности обледенения и вход интегратора, а с него - на второй индикатор, на котором отображается информация о накопленной толщине льда.

Так как в этом устройстве температура смачиваемой поверхности ЧЭ поддерживается на постоянном уровне (80-100)°С, то при снижении температуры наружного воздуха (Т_нв) возрастает теплосъем, который приводит к увеличению потребляемой нагревателями ЧЭ мощности, что влечет за собой необходимость выбора более широкой зоны нечувствительности нелинейного элемента, т.е. увеличения порога срабатывания сигнализатора. Учитывая, что вероятность появления обледенения и его интенсивность падают со снижением температуры Т_нв, возрастает вероятность несрабатывания сигнализатора при малых интенсивностях обледенения, характерных при низких значениях температур воздуха в диапазоне минус (30-60)°С.

Таким образом, влияние изменения температуры наружного воздуха на порог срабатывания и показания известного устройства приводит к увеличению погрешности определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда во всем диапазоне отрицательных температур, имеющих место при эксплуатации ЛА.

Задачей изобретения является уменьшение влияния изменения температуры наружного воздуха на порог срабатывания и показания устройства.

Технический результат - повышение точности определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхностях ЛА, находящихся в воздушном потоке, а также повышение надежности устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда, содержащее датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий ЧЭ, имеющие нагреватели и термодатчики, первый термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику рабочего ЧЭ, а выходом - к нагревателю рабочего ЧЭ, второй термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику компенсирующего ЧЭ, а выходом - к нагревателю компенсирующего ЧЭ, устройство выделения разности мощностей, подключенное первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом - к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом - к входу первого нелинейного элемента, выход которого подключен к первому индикатору и интегратору, выход которого соединен со вторым индикатором. Отличительными признаками устройства является то, что в него введены измеритель температуры наружного воздуха и второй нелинейный элемент, причем выход измерителя температуры наружного воздуха подключен к входу второго нелинейного элемента, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго термостабилизаторов.

Изобретательский уровень решения состоит в том, что за счет предложенной совокупности признаков одновременно достигнуто как повышение точности устройства, так и облегчение теплового режима работы датчика обледенения, что является новым качеством.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 обледенения, который включает рабочий ЧЭ 2 и компенсирующий ЧЭ 3, нагреватель 4 рабочего ЧЭ 2 и нагреватель 5 компенсирующего ЧЭ 3, а также термодатчик 6 рабочего ЧЭ 2 и термодатчик 7 компенсирующего ЧЭ 3. Термодатчик 6 подключен к первому входу первого термостабилизатора 8, выход которого подключен к нагревателю 4. Термодатчик 7 подключен к первому входу второго термостабилизатора 9, выход которого подключен к нагревателю 5. Выходы первого 8 и второго 9 термостабилизаторов подключены соответственно к первому и второму входам устройства 10 выделения разности мощностей, выход которого подключен к входу первого нелинейного элемента 11. Выход первого нелинейного элемента 11 подключен к первому индикатору 12 и входу интегратора 13, выход которого подключен ко второму индикатору 14.

Измеритель 15 температуры наружного воздуха своим выходом подключен к входу второго нелинейного элемента 16, выход которого подключен ко вторым входам термостабилизаторов 8 и 9.

Устройство работает следующим образом. При переходе температуры воздушного потока в область отрицательных значений происходит включение термостабилизаторов 8 и 9, в результате чего температура поверхностей чувствительных элементов 2 и 3 стабилизируется на уровне, определяемом выходным сигналом второго нелинейного элемента 16, с выхода которого сигнал управления подается на вторые входы термостабилизаторов 8 и 9. При этом температура торцевых поверхностей ЧЭ 2 и 3 поддерживается на постоянном уровне в диапазоне (80-100)°С при изменении температуры воздушного потока от 0°С до минус (20-30)°С. При дальнейшем снижении температуры воздушного потока от минус (20-30)°С до минус 60°С выходной сигнал второго нелинейного элемента 16 линейно снижается, что приводит к линейному снижению температуры поверхностей ЧЭ 2 и 3 от (80-100)°С до (20-30)°С. В "сухом" воздушном потоке разность мощностей нагревателей 4 и 5, определяемая блоком 10, во всем диапазоне изменения режима полета летательного аппарата остается менее величины ΔN_п, называемой порогом срабатывания сигнализатора обледенения. Зона нечувствительности первого нелинейного элемента 11 равна пороговому значению ΔN_п, и поэтому на его выходе сигнал отсутствует.

При попадании датчика 1 обледенения в воздушный поток, содержащий капельную влагу при отрицательной температуре, только рабочий ЧЭ 2 ее улавливает и испаряет. Для поддержания заданной температуры рабочего ЧЭ 2 термостабилизатор 8 вырабатывает дополнительную мощность нагревателя 4, в результате чего разность мощностей на входе блока 10 превышает зону нечувствительности первого нелинейного элемента 11. Выходной сигнал первого нелинейного элемента 11, пропорциональный мощности нагревателя 4, затрачиваемой на испарение улавливаемой чувствительным элементом 2 капельной влаги, поступает на входы первого индикатора 12 и интегратора 13. Сигнал с интегратора 13 поступает на второй индикатор 14, на котором отображается информация о накопленной толщине льда.

Снижение температуры ЧЭ 2 и 3, определяемое вторым нелинейным элементом 17, при изменении температуры воздуха от минус (20-30)°С до минус 60°С сужает диапазон изменения мощностей нагревателей 4 и 5 со стороны более высоких значений при полете в "сухом" воздухе, что дает возможность снижения порогового значения ΔN_п. Это, в свою очередь, снижает вероятность несрабатывания устройства при обледенении малой интенсивности, характерной при низкой температуре окружающего воздуха.

Таким образом, введение в известное устройство измерителя температуры воздушного потока 15 и второго нелинейного элемента 16 позволило снизить порог срабатывания сигнализатора, повысить точность определения интенсивности и толщины льдообразования, а также повысить надежность устройства за счет облегчения теплового режима работы датчика 1 обледенения.

Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда, содержащее датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, первый термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом - к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом - к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей, подключенное первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом - к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом - к входу первого нелинейного элемента, выход которого подключен к первому индикатору и к интегратору, выход которого соединен со вторым индикатором, отличающееся тем, что в него введены измеритель температуры наружного воздуха и второй нелинейный элемент, причем выход измерителя температуры наружного воздуха подключен к входу второго нелинейного элемента, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго термостабилизаторов.