Устройство для защиты от обледенения воздушных судов и способ защиты от обледенения
Изобретение предназначено для защиты двигателей воздушных судов от обледенения. Устройство содержит, по меньшей мере, один датчик, чувствительный по отношению к количеству накопленного льда и расположенный внутри воздухозаборника двигателя воздушного судна, систему измерения этого количества льда, систему сравнения количества льда с заданным пороговым значением (S) и систему включения, предназначенную для инициации ответной реакции на выявление превышения заданного порогового значения, причем упомянутая ответная реакция может представлять собой выдачу предупреждающей сигнализации, увеличение режима работы двигателя с некоторой выдержкой по времени, осуществляемой системой контроля двигателя или подачу горячего воздуха в переднюю по потоку часть двигателя.2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству и к способу защиты от обледенения двигателей воздушных судов.
Уровень техники
Воздушные суда, и в частности, гражданские воздушные суда, вследствие определенных эксплуатационных требований, в частности необходимого в некоторых случаях ожидания перед взлетом, подвергаются вынужденному пребыванию в условиях, способствующих существенному обледенению, причем двигатели в этом случае работают на режиме малого газа.
Несмотря на то что двигатели работают, такие условия приводят к опасности накопления значительного количества льда в передних по потоку статических или движущихся частях двигателей, в частности на лопастях компрессора низкого давления, обычно называемого вентилятором, который вращается с относительно небольшой скоростью при работе двигателя на режиме малого газа, или на неподвижных частях, располагающихся по потоку позади вентилятора, или на внутренней стенке передней части гондолы двигателя, в частности, в зоне, охватывающей упомянутый вентилятор.
Чтобы ограничить обледенение двигателей, существуют специальные выполняемые на земле процедуры, предназначенные для периодического освобождения двигателей от льда.
Эти процедуры состоят в периодическом увеличении режима работы двигателя, чтобы под действием центробежных сил обеспечить освобождение от льда, накопившегося на вращающихся частях, и увеличить температуру воздуха, протекающего через двигатель по потоку позади вентилятора, и обеспечить освобождение от льда, который может накапливаться на неподвижных частях двигателя.
Выполнение этих процедур требуют со стороны экипажа осуществления контроля за промежутком времени, на протяжении которого самолет находится в условиях возможного обледенения в процессе выполнения фаз руления как после посадки, так и перед взлетом, а также за температурой наружного воздуха.
Кроме того, эти процедуры, реализуемые систематическим образом начиная с того момента, когда предполагается наступление условий, способствующих обледенению, не учитывают реального количества накопившегося льда или снеговой шубы и приводят к увеличению расхода топлива и бесполезному загрязнению окружающей среды в аэропортах.
Существуют устройства обнаружения наличия инея, которые используются для выявления условий обледенения в полете. Эти системы основаны на использовании датчика, снабженного элементом, чувствительным к наличию инея, который выдает соответствующую информацию в том случае, когда воздушное судно проходит через облачность, способную вызвать обледенение.
В патенте US 4782331 раскрыто оптическое детекторное устройство для определения нарастания льда на поверхности объекта и оценочное устройство для сравнения выходного сигнала детекторного устройства с заданным пороговым значением и формирования сигнала тревоги в зависимости от результата сравнения
Основная задача таких устройств состоит в том, чтобы предупредить экипаж об опасности обледенения, но они также могут быть использованы для автоматического включения противообледенительных систем самолета, имеют в своем составе датчик, требующий наличия движущегося потока воздуха для выдачи достоверной информации (см., например, DE 3333437).
Такой датчик может, кроме того, быть установлен внутри воздухозаборника двигателя и может подвергаться воздействию потока воздуха, засасываемого двигателем, что также позволяет выдавать соответствующую информацию в том случае, когда самолет осуществляет маневры на земле.
Кроме того, датчик используется для выдачи предупреждающего сигнала, указывающего на наличие обледенения, но он не позволяет определить реальное количество накопленного льда.
Краткое изложение существа изобретения
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства защиты частей двигателей воздушных судов от обледенения, имеющего в своем составе систему определения количества или толщины накопленного льда, чтобы применять процедуры освобождения от льда только в ответ на информацию о наличии реального обледенения определенной степени.
Поставленная техническая задача решена согласно изобретению путем создания устройства защиты двигателей воздушных судов от обледенения, характеризующегося тем, что устройство содержит датчик, чувствительный к количеству накопленного льда и расположенный внутри воздухозаборника двигателя воздушного судна, систему измерения количества накопленного льда и сравнения этого количества с заданным пороговым значением и систему включения, предназначенную для инициирования той или иной ответной реакции на выявленное превышение предварительно определенного порогового значения.
Эта ответная реакция может представлять собой, в частности, включение предупреждающего сигнала и/или индикации на приборной доске пилотов предписания на увеличение режима работы двигателя.
В соответствии с предпочтительным способом реализации предложено устройство защиты двигателей воздушных судов от обледенения, позволяющее освободить пилотов от необходимости контроля за условиями обледенения двигателя. Указанное устройство связано с системой контроля двигателя, содержащей средства регулирования режимов работы двигателя, причем ответная реакция представляет собой некоторое увеличение режима работы двигателя.
Предпочтительно система включения и/или система контроля двигателя связаны со средствами измерения температуры и содержат средства управления продолжительностью периода увеличенного режима работы двигателя в функции температуры и измеренного количества льда.
Кроме того, поставленная задача согласно изобретению решена путем создания способа удаления льда из двигателя воздушного судна, включающего, в основном, этап измерения количества льда по меньшей мере на одной стенке какого-либо элемента двигателя, этап сравнения измеренного количества льда с заданным пороговым значением и этап включения ответной реакции в случае превышения заданного порогового значения.
Предпочтительно предлагаемый способ дополнительно включает этап увеличения режима работы двигателя и/или этап подачи горячего воздуха в переднюю по потоку часть двигателя в качестве ответной реакции на превышение заданного порогового значения.
Предпочтительно предлагаемый способ включает этап задержки увеличения режима работы двигателя при помощи системы контроля двигателя в функции запоминания параметров, являющихся репрезентативными для продолжительности существования условий, способствующих обледенению, и адаптации этой задержки в функции упомянутых параметров.
Краткое описание чертежей
Другие аспекты, характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания, не являющегося ограничительным для примера реализации изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид в разрезе двигателя воздушного судна, снабженного датчиком, согласно изобретению;
Фиг.2 - схему устройства для защиты от обледенения, согласно изобретению;
Фиг.3 - блок-схему этапов способа освобождения от льда, согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Устройство защиты от обледенения в соответствии с предлагаемым изобретением основано на определении количества накопленного льда на уровне того или иного элемента воздухозаборника 20 двигателя воздушного судна (фиг.1). Для этого устройство содержит по меньшей мере один датчик 1, чувствительный к количеству накопленного льда и расположенный внутри воздухозаборника 2 двигателя в каком-либо месте, являющемся репрезентативным с точки зрения оценки обледенения двигателя.
Это место, являющееся репрезентативным для контроля обледенения, определяется путем испытаний и измерений в условиях, способствующих обледенению, причем это место может располагаться перед вентилятором 21 (фиг.1) или позади этого вентилятора в соответствии с конфигурацией двигателя
Предлагаемое устройство более подробно схематически представлено на фиг.2 и содержит систему 3 измерения количества льда, выявленного датчиком 1. Система измерения может быть интегрирована в блок датчика или может располагаться в непосредственной близости от системы 7 контроля двигателя, например, вычислителя управления функционированием двигателя.
Кроме того, предлагаемое устройство содержит систему 4 сравнения измеренного количества льда с заданным пороговым значением S и систему 5 включения. Система сравнения может быть интегрирована в систему 3 измерения или в систему 5 включения, причем система включения в свою очередь предназначена для инициации ответной реакции на выявление превышения заданного порогового значения.
Заданное пороговое значение представляет собой информацию, содержащуюся в бортовом вычислителе воздушного судна. Эта информация может представлять собой значение, рассчитываемое на основе внешних данных, таких как суммарное время руления или функционирования двигателя на режиме малого газа, и внешних метеоусловий, в частности, таких как температура наружного воздуха, но эта информация также может представлять собой некоторое фиксированное значение, соответствующее максимальному предельному количеству льда, приемлемому для данного двигателя.
Под ответной реакцией здесь следует понимать включение того или иного процесса для удаления льда с двигателя и, в соответствии с предлагаемым изобретением, эта ответная реакция осуществляется при выявлении того или иного количества льда. Наиболее распространенным процессом, используемым для удаления льда из двигателя, является увеличение режима работы этого двигателя.
В соответствии с упрощенным способом реализации система 5 включения связана с устройством 6 предупреждающей сигнализации на приборной доске кабины экипажа воздушного судна. В этом случае ответная реакция представляет собой включение устройства предупреждающей сигнализации и/или индикации на приборной доске пилотов предписания о необходимости увеличения режима работы двигателя, причем при появлении такой сигнализации пилоты должны самостоятельно увеличить режим работы двигателя для удаления льда.
В этом случае предлагаемое устройство может просто содержать средства обнаружения разгона двигателя, выполненного пилотами, и может быть конфигурировано таким образом, чтобы сохранять предупреждающий сигнал в течение некоторого времени, сопоставимого с периодом, необходимым для гарантированного удалением льда из двигателя, в функции этого разгона.
Этот способ реализации уже обладает определенными преимуществами по сравнению с существующими на сегодняшний день, поскольку он освобождает пилотов от необходимости самостоятельно следить за условиями обледенения и контролировать время, в речение которого двигатель работал на режиме малого газа, а также инициировать фазы разгона двигателя систематическим и периодическим образом, но позволяет им инициировать эти фазы разгона для освобождения от льда только в нужный момент времени.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации система 5 включения (фиг.2) дополнительно связана с системой 7 контроля двигателя, имеющей в своем составе средства регулирования режима работы двигателя, причем ответная реакция содержит автоматическое увеличение режима работы двигателя с некоторой выдержкой по времени, определяемой системой 7 контроля двигателя.
В этом варианте реализации предпочтительно действует устройство предупреждающей сигнализации, поскольку в том случае, когда увеличение режима работы двигателя, необходимое для удаления льда, доходит до уровня, составляющего 70% от режима N1 вентилятора 21, желательно, чтобы пилоты были заранее предупреждены о приведении в действие этого устройства.
В соответствии с этим вариантом реализации режим работы двигателя автоматически увеличивается для инициации фазы освобождения от льда, и в этом случае предупреждающая сигнализация уведомляет пилотов о том, что фаза освобождения от льда началась или скоро будет начата, чтобы дать пилотам возможность, например, затормозить самолет.
В соответствии с первым вариантом реализации предлагаемого изобретения система 5 включения и/или система 7 контроля двигателя связаны со средствами измерения температуры воздухозаборника двигателя и содержат средства управления продолжительностью повышенного режима работы двигателя в функции температуры и измеренного количества льда.
Действительно, в соответствии с изобретением предусматривается оптимизация способа освобождения от льда, причем оптимизация состоит в ограничении фаз разгона двигателя временем, реально необходимым и достаточным для освобождения. Причем время представляет собой функцию не только количества льда, накопленного на уровне контролируемой части двигателя, но также и внешних условий, жесткость которых может быть такой, что другие зоны могут оказаться сильно загруженными льдом.
В соответствии с альтернативным или дополнительным вариантом реализации устройство связано с системой 22 отбора горячего воздуха и подачи горячего воздуха в переднюю по потоку часть двигателя. Таким образом, предлагаемое устройство имеет возможность в первый момент времени открыть клапан 23 отбора горячего воздуха и произвести отбор горячего воздуха из горячей части двигателя, обычно от той или иной ступени компрессора низкого или среднего давления, из которой горячий воздух может быть отобран без нарушения нормального функционирования двигателя, оптимизируя процесс освобождения от льда критических частей двигателя, подверженных накоплению льда, путем подачи горячего воздуха на критические наиболее подверженные обледенению элементы или в зону, расположенную по потоку перед этими элементами.
Использование системы отбора горячего воздуха, управляемой при помощи устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, позволяет ограничить или даже полностью исключить фазы разгона двигателя и дает возможность, сократить расход топлива и увеличить ресурс двигателя, а также уменьшить неблагоприятные звуковые воздействия. Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением дополнительно может содержать средства запоминания и вычислительные средства, конфигурированные таким образом, чтобы реализовать суммирование времен, соответствующих условиям, способствующим обледенению, и адаптировать время увеличенного режима работы двигателя к упомянутой сумме. Эти средства могут быть включены в систему 3 измерения и в систему 7 контроля двигателя.
Датчик 1 может представлять собой поверхностный датчик, встроенный в ту или иную поверхность двигателя, подвергающуюся оледенению, и измеряющий протяженность льда, но предпочтительно представляет собой датчик с вибрирующим пальцем, подвергающийся воздействию потока воздуха, входящего в двигатель. Несколько таких датчиков могут быть расположены в различных местах воздухозаборника двигателя. 7
Датчик с вибрирующим пальцем представляет собой датчик с магнитострикционным зондом, содержащий цилиндрический стержень, вибрирующий под действием контура электронного генератора с частотой порядка 40 Гц, и контур определения частоты вибраций датчика. Частота вибраций стержня уменьшается в функции нарастания льда на датчике, что обеспечивает возможность измерения количества льда в контролируемой зоне и позволяет включать устройство освобождения от льда при достижении выбранной пороговой степени обледенения, либо определенной предварительно и фиксированной, либо определяемой динамическим образом в функции условий эксплуатации данного воздушного судна.
Таким образом, принцип функционирования противообледенительного устройства позволяет использовать способ удаления льда из двигателя воздушного судна в соответствии с предлагаемым изобретением.
Этапы способа, представленные в виде блок-схемы на фиг.3, включают этап 10 измерения количества льда на по меньшей мере одной стенке того или иного элемента двигателя, этап 11 сравнения измеренного количества льда с заданным пороговым количеством и этап 12 включения той или иной ответной реакции на превышение предварительно определенного порогового значения. Ответная реакция, как указано выше, может представлять собой включение предупреждающего сигнала 16, но в соответствии с предпочтительным способом реализации ответная реакция представляет собой этап 13 увеличения режима работы двигателя в случае превышения заданного порогового значения. Этот этап имеет продолжительность, зависящую от предварительно запомненных условий, причем предлагаемый способ включает этап 14 выдержки по времени увеличенного режима работы двигателя при помощи системы контроля двигателя в функции информации из запоминающего устройства 15 о параметрах, являющихся репрезентативными для продолжительности существования условий, способствующих обледенению, и адаптации этой выдержки в функции упомянутых параметров.
В случае когда выдержка завершается или в случае когда измеренное количество льда становится меньше некоторого нижнего предела (этап 17), режим работы двигателя снова переводится на малый газ, и система снова переходит в режим контроля.
Предлагаемое изобретение не ограничивается описанным выше примером его реализации, и система контроля двигателя может содержать, в частности, средства выявления внешних событий, которые позволяют отменить предписания на увеличение режима работы двигателя в случае возникновения тех или иных внешних обстоятельств, например, таких как определенные воздействия со стороны экипажа на органы управления или увеличение режима работы двигателя членами экипажа вручную самостоятельно.
1. Устройство защиты двигателей воздушных судов от обледенения, содержащее, по меньшей мере, один датчик, чувствительный по отношению к количеству накопленного льда и расположенный внутри воздухозаборника двигателя воздушного судна, систему измерения количества льда и систему сравнения упомянутого количества льда с заданным пороговым значением (S), и систему включения, предназначенную для инициации ответной реакции на выявление превышения заданного порогового значения, отличающееся тем, что система включения связана с системой контроля двигателя, содержащей средства регулирования режима работы двигателя, причем ответная реакция содержит увеличение режима работы двигателя с некоторой выдержкой по времени, осуществляемой системой контроля двигателя.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система включения связана с устройством предупреждающей сигнализации и/или индикации предписания об увеличении режима работы двигателя на приборной доске в кабине экипажа воздушного судна, причем ответная реакция содержит включение устройства предупреждающей сигнализации и/или индикации предписания о необходимых действиях.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что система включения и/или система контроля двигателя связаны со средствами измерения температуры воздухозаборника двигателя и содержат средства управления продолжительностью увеличенного режима работы двигателя в функции упомянутой температуры и измеренного количества льда.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из системы измерения и системы контроля двигателя содержит средства запоминания и вычислительные средства для реализации суммирования времени, соответствующего наличию условий, способствующих обледенению, и адаптирования выдержки увеличенного режима работы двигателя к упомянутой сумме.
5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что датчик содержит поверхностный зонд, встроенный в поверхность двигателя, подвергающуюся обледенению, и измеряющий протяженность слоя льда.
6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что датчик содержит зонд с вибрирующим пальцем, подвергающимся воздействию потока воздуха, входящего в двигатель.
7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что система включения связана с системой отбора горячего воздуха и подачи этого горячего воздуха в переднюю по потоку часть двигателя.
8. Способ освобождения от льда двигателя воздушного судна, заключающийся в том, что содержит этап измерения количества льда по меньшей мере на одной стенке какого-либо элемента двигателя, этап сравнения измеренного количества льда с заданным количеством, этап включения ответной реакции в случае превышения заданного порогового значения, этап увеличения режима работы двигателя в качестве ответной реакции на превышение заданного порогового значения, этап выдержки увеличенного режима работы двигателя при помощи системы контроля двигателя в функции запомненной информации о параметрах, являющихся репрезентативными для продолжительности существования условий, способствующих обледенению, и адаптации упомянутой выдержки в функции упомянутых параметров.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что он содержит этап подачи горячего воздуха в переднюю по потоку часть двигателя в качестве ответной реакции на превышение заданного порогового значения.
