Устройство для определения наличия и интенсивности обледенения

Авторы патента:

B64D15/20 - средства для обнаружения обледенения или средства включения антиобледенительных устройств

Владельцы патента RU 2393976:

Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие геофизической аппаратуры "ЛУЧ" (RU)

Изобретение относится к средствам для определения наличия обледенения и интенсивности обледенения летательных аппаратов. Устройство содержит индикатор, датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры воздуха, а также первый и второй чувствительные элементы (ЧЭ), каждый из которых включает нагреватель и термодатчик. Нагреватели первого и второго ЧЭ подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно. Дополнительно введены блок управления первого регулятора мощности, первый и второй сумматоры, а также усилитель. Выход блока управления подключен к входу первого регулятора мощности и первому входу второго сумматора, а выход первого сумматора - к входу усилителя, выход которого подключен к индикатору и ко второму входу второго сумматора, подключенного своим выходом к входу второго регулятора мощности. Коэффициенты передачи по первому, второму и третьему входам первого сумматора равны соответственно значениям ε, (1-ε), и -1, а по первому и второму входам второго сумматора равны соответственно значениям ε и 1, причем значение 8 меньше единицы. Достигается упрощение устройства при сохранении точности определения интенсивности обледенения известного устройства, уменьшение габаритов и веса, а также повышение надежности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройствам для определения наличия обледенения и интенсивности обледенения летательных аппаратов.

Известно устройство для определения наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата, которое реализует способ по патенту RU №2005666 С1, 5 B64D 15/20. Устройство содержит датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры торможения воздушного потока, а также первый и второй чувствительные элементы (ЧЭ), каждый из которых содержит нагреватель и термодатчик. Нагреватели первого и второго ЧЭ подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно, поддерживающим температуру поверхностей первого и второго ЧЭ на заданных уровнях, например T_1п=(100-120)°С и Т_2п=(2-5)°С. В вычислитель поступает информация о мощности нагрева N₁ и N₂ и температурах поверхностей ЧЭ T_1п и Т_2п, а также температуре торможения воздушного потока Т_ад. Оба участка поверхности с термочувствительными элементами размещены на датчике обледенения в равнозначных условиях обдува воздушным потоком и улавливания облачных капель воды.

Коэффициенты конвективной теплоотдачи на обоих участках поверхности равны. Поскольку в этом случае на обе поверхности попадает одинаковое количество воды, то интенсивное и полное испарение обеспечивают только на первой поверхности за счет подвода к ней достаточного количества тепла. К поверхности, где расположен второй чувствительный элемент, подводят лишь такое количество тепла, чтобы нагреть ее до положительной температуры, но близкой к точке замерзания воды 0°С, например до (2-5)°С.

В этом случае поверхность не покрывается льдом, а пленка воды с нее интенсивно сдувается набегающим потоком из-за малой скорости испарения воды и недостаточного количества подведенного тепла для полного испарения улавливаемой воды.

При этом в известном устройстве значением тепловых потерь на испарение капельной влаги ЧЭ, имеющим температуру (2-5)°С, пренебрегается. При малой интенсивности обледенения, характерной для низких давлений и температуры окружающего воздуха минус (30-60)°С, это приводит к снижению точности определения интенсивности обледенения.

Таким образом, устройство, реализующее известный способ, не позволяет принципиально исключить наличие зоны нечувствительности при определении наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата, что ограничивает достоверность измерения и снижает точностные характеристики устройств при его реализации, требующей при этом использование цифрового вычислителя, которое усложняет устройство.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, приведенное в качестве примера реализации способа определения наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата по заявке на изобретение №2007121115, приоритет от 2007.06.05, сущность которого заключается в следующем.

Известное устройство содержит датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры торможения воздушного потока, а также первый и второй чувствительные элементы (ЧЭ), каждый из которых содержит нагреватель и термодатчик. Нагреватели первого и второго ЧЭ подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно. Регуляторы мощности нагрева поддерживают температуру поверхностей первого и второго ЧЭ на заданных уровнях, например T_1п=120°С и Т_2п=100°С. В вычислитель поступает информация о мощности нагрева N₁ и N₂ и температурах поверхностей ЧЭ Т_1п и Т_2п, а также температуре торможения воздушного потока Т_ад. Вычислитель известного устройства, используя уравнение

Sα=(N₁-N₂)/(Т_1п-Т_2п),

определяет значение комплексной величины Sα.

Далее, последовательно решая уравнения

N_1к=Sα·(Т_1п-Т_ад),

N_2к=Sα·(T_2п-T_ад),

определяются тепловые потоки N_1к и N_2к, необходимые для компенсации тепловых потерь на конвективную составляющую теплоотдачи, соответственно, первой и второй поверхности ЧЭ датчика обледенения, а по уравнениям

N_1ни=N₁-N_1к,

N_2ни=N₂-N_2к,

N_ни=(N_1ни+N_2ни)/2,

- тепловые потоки N_1ни и N_2ни, необходимые для компенсации тепловых потерь на нагрев и испарение улавливаемой капельной влаги, соответственно, первой и второй поверхности ЧЭ датчика обледенения, Вт.

Значения величин N_1ни и N_2ни однозначно для известного устройства определяют количество воды, испаряемое в единицу времени на каждой из поверхностей ЧЭ датчика обледенения, а значение N_ни при отрицательной температуре воздуха - условную интенсивность обледенения.

Известное устройство кроме задач измерения параметров N₁, N₂, Т_1п, Т_2п и Т_ад производит вычисления, требующие применения сложного вычислительного устройства.

Задачей изобретения является упрощение устройства, реализующего известный способ измерения интенсивности обледенения, а также повышение его надежности.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения наличия и интенсивности обледенения, содержащее индикатор, датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры воздушного потока, а также первый и второй чувствительные элементы, каждый из которых включает нагреватель и термодатчик, причем нагреватели первого и второго чувствительных элементов подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно, дополнительно введены блок управления первого регулятора мощности, первый и второй сумматоры, коэффициенты передачи по входам которых определены заданным соотношением, а также усилитель, при этом термодатчик первого чувствительного элемента подключен к входу блока управления и первому входу первого сумматора, второй и третий входы которого подключены к датчику температуры воздуха и термодатчику второго чувствительного элемента соответственно, выход блока управления подключен к входу первого регулятора мощности и первому входу второго сумматора, а выход первого сумматора - к входу усилителя, выход которого подключен к входу индикатора и ко второму входу второго сумматора, подключенного своим выходом к входу второго регулятора мощности.

Значения коэффициентов передач К по входам сумматоров выбираются для первого сумматора - на первом входе

K=ε,

на втором входе

K=(1-ε),

на третьем входе

K=-1,

а для второго сумматора - на первом входе

K=ε,

на втором входе К=1,

где ε - значение коэффициента, установленное меньше единицы. Для выбранного режима работы устройства оптимальным будет значение ε в интервале от 0,5 до 0,8.

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

Устройство содержит датчик 1 обледенения, который включает первый ЧЭ 2 и второй ЧЭ 3, нагреватель 4 и нагреватель 5, термодатчик 6, термодатчик 7, а также датчик 8 температуры торможения воздушного потока. Термодатчик 6 подключен к входу блока 9 управления, соединенного своим выходом с входом регулятора 10 мощности, подключенного к нагревателю 4. Термодатчики 6 и 7, а также датчик 8 температуры торможения подключены соответственно к первому, третьему и второму входам первого сумматора 11, выход которого подключен к входу усилителя 12. Второй сумматор 13 подключен своим первым входом к выходу блока 9 управления, а вторым - к выходу усилителя 12. Выход второго сумматора 13 соединен с входом второго регулятора 14 мощности, подключенного к нагревателю 5. Вход индикатора 15 подключен к выходу усилителя 12.

Устройство работает следующим образом.

При отрицательной температуре воздушного потока блок 9 управления вырабатывает сигнал, пропорциональный мощности, который при помощи регулятора 10 и нагревателя 4 обеспечивают термостабилизацию поверхности ЧЭ 2 на заданном уровне (100-120)°С. В "сухом" воздушном потоке на регулятор 14 мощности с выхода второго сумматора 13 поступает сигнал, пропорциональный величине εN₁, где N₁ - мощность нагревателя 4.

ЧЭ 2 и ЧЭ 3 находятся в одинаковых условиях обдува воздушным потоком и имеют равные площади поверхностей, поэтому перегрев ЧЭ 3 относительно температуры воздуха составляет долю, равную ε от перегрева ЧЭ 2.

При этом имеют место равенства

Т_2п-Т_ад=ε(T_1п-Т_ад),

εТ_1п+(1-ε)Т_ад-Т_2п=ΔТ=0,

где

T_1п, Т_2п и Т_ад - показания датчиков 6, 7, 8 соответственно,

ΔT - сигнал на выходе первого сумматора 11.

Таким образом, в "сухом" воздушном потоке сигнал на выходе первого сумматора 11 равен нулю, а значит и сигнал на выходе усилителя 12 отсутствует.

При попадании датчика 1 обледенения в воздушный поток, содержащий переохлажденную капельную влагу, блок 9 управления вырабатывает дополнительный сигнал, пропорциональный мощности нагревателя 4, необходимой для компенсации тепловых потерь на испарение влаги, улавливаемой поверхностью ЧЭ 2.

Так как ЧЭ 2 и ЧЭ 3 улавливают одинаковое количество влаги, и тепловые потери при полном ее испарении одинаковы, а также с учетом того, что на регулятор 14 мощности от блока 9 управления поступает только часть дополнительного сигнала, пропорционального мощности, затрачиваемой на испарение воды, то происходит снижение температуры Т_2п и появление сигналов на выходах первого сумматора 11 и усилителя 12.

При этом на входе второго регулятора 14 мощности сигнал, пропорциональный мощности нагревателя 5, становится равным

N₂=εN₁+N_вых,

где

N₂ - мощность нагревателя 5, Вт,

N_вых - сигнал на выходе усилителя 12, (N_вых=kΔT),

k - коэффициент передачи усилителя 12, Вт/град (k>10).

Появление выходного сигнала усилителя 12 является сигналом о наличии условий обледенения, а его величина прямо пропорциональна условной (без учета формы льдообразования) интенсивности обледенения.

Действительно, при наличии капельной влаги и ее полном испарении на обоих ЧЭ справедливы равенства

N₁=αS(T_1п-T_ад)+N_ни,

N₂=αS(T_2п-Т_ад)+N_ни=εN₁+N_вых,

где

α - коэффициент конвективной теплоотдачи каждого ЧЭ, Вт/м² град;

S - площадь поверхности каждого ЧЭ, м;

N_ни - мощность, затраченная на нагрев и испарение капельной влаги каждым ЧЭ, Вт.

Значение N_вых равно

N_вых=N_ни(1-ε)/(1+αS/k).

Влияние режима полета летательного аппарата при использовании предлагаемого устройства, определяемое вариациями коэффициента α могут быть снижены выбором значения коэффициента k.

Так при изменении коэффициента α от 600 до 1600 Вт/м²град, площади ЧЭ 2, и ЧЭ 3 S·=10^-4 м² и k=10 Вт/град значения N_вых изменяются всего от 0,994 до 0,984 величины N_ни(1-ε).

Таким образом, точностные характеристики предлагаемого устройства равны известному устройству при значительном упрощении вычислителя, что позволяет его существенно упростить, снизить габариты и вес, а также повысить надежность. Одновременно при снижении температуры воздушного потока устройство снижает температуру ЧЭ 3.

Изобретательский уровень решения также состоит в том, что за счет предложенной совокупности признаков одновременно достигнуто облегчение теплового режима работы датчика 1 обледенения, что является новым качеством.

Устройство для определения наличия и интенсивности обледенения, содержащее индикатор, датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры воздуха, а также первый и второй чувствительные элементы, каждый из которых включает нагреватель и термодатчик, причем нагреватели первого и второго чувствительных элементов подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно, отличающееся тем, что в него введены блок управления первого регулятора мощности, первый и второй сумматоры, а также усилитель, при этом термодатчик первого чувствительного элемента подключен к входу блока управления и первому входу первого сумматора, второй и третий входы которого подключены к датчику температуры воздуха и термодатчику второго чувствительного элемента соответственно, выход блока управления подключен к входу первого регулятора мощности и первому входу второго сумматора, а выход первого сумматора - к входу усилителя, выход которого подключен к входу индикатора и ко второму входу второго сумматора, подключенного своим выходом к входу второго регулятора мощности, при этом коэффициенты передачи по первому, второму и третьему входам первого сумматора равны соответственно значениям ε, (1-ε) и -1, а по первому и второму входам второго сумматора равны соответственно значениям ε и 1, причем значение ε меньше единицы.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к технике обнаружения обледенения на поверхности летательного аппарата. .

Способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, и устройство для его осуществления // 2345345

Способ обнаружения обледенения несущего винта вертолета // 2341414

Изобретение относится к области средств регистрации обледенения и предназначено для использования на винтокрылых летательных аппаратах. .

Способ определения наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата // 2341413

Изобретение относится к авиационной технике. .

Способ контроля обледенения и устройство для его осуществления // 2323131

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к технике обнаружения обледенения и измерения толщины льда на поверхности летательного аппарата. .

Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда // 2307050

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

Способ и устройство для обнаружения ухудшения характеристик летательного аппарата // 2302359

Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда // 2243923

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к технике измерения интенсивности обледенения и толщины льда на поверхности летательного аппарата. .

Устройство для определения интенсивности обледенения // 2169105

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов. .

Вибрационный датчик обледенения // 2095290

Способ и средство для управления подачей энергии оборудованию для предотвращения образования льда или удаления снега/льда с элемента конструкции // 2433938

Сигнализатор обледенения лопастей винта вертолета // 2446080

Изобретение относится к средствам регистрации обледенения и предназначено для использования на винтокрылых летательных аппаратах

Устройство обнаружения наличия ледяного слоя или жидкости и их удаления // 2453475

Изобретение относится к устройству, позволяющему обнаруживать и удалять слой льда, образуемый на внешней поверхности авиационной конструкции, или наличие жидкости внутри конструкции и/или проникшей в материал конструкции, при этом предлагаемое изобретение, в частности, применимо к авиационным конструкциям сложных форм и во время полета самолета

Сигнализатор обледенения лопастей несущего винта вертолета // 2507125

Изобретение относится к средствам регистрации обледенения. Сигнализатор содержит синхронизатор, приемную оптическую систему, фотоприемник, выполненный в виде N линейно расположенных фоточувствительных элементов, где N - целое число больше единицы, блок обработки сигналов, блок пороговых напряжений, блок аварийной сигнализации, модулятор, импульсный генератор, оптический излучатель, передающую оптическую систему, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель фотоприемника, анализатор, индикатор наличия обледенения, устройство управления противообледенительной системой, блок памяти и регистр сдвига. N первых входов блока памяти подключены соответственно к N первым выходам блока обработки сигналов. М вторых входов блока памяти подключены соответственно к М выходам регистра сдвига, где М - целое число больше единицы. Первый и второй входы регистра сдвига соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора. Второй вход регистра сдвига подключен к (М+1)-му входу блока памяти. (М+2)-й вход блока памяти подключен к третьему выходу синхронизатора, N×M выходов блока памяти подключены соответственно к N×M входам индикатора наличия обледенения, содержащего N×M элементов индикации, расположенных в виде двумерной матрицы, состоящей из N строк и М столбцов. Повышается информативность сигнализации и рационализация управления энергетическими затратами противообледенительной системы вертолета. 4 ил.

Система и способ применения датчика обледенения // 2534493

Группа изобретений относится к системе и способам для обнаружения льда на самолете. Способ определения близости условий окружающей среды к условиям для образования льда содержит следующие этапы: обеспечение датчика, имеющего воспринимающую поверхность для воздействия на нее окружающей среды, и средства в виде теплового насоса для охлаждения и/или нагревания поверхности, функционирование теплового насоса для охлаждения или нагревания поверхности, отслеживание температуры поверхности, определение температуры, показывающей образование льда, определение температуры окружающей среды, представляющей температуру окружающей среды, воздействию которой подвергается поверхность датчика. По полученным значениям определяют значение разницы между температурой окружающей среды и температурой, показывающей образование льда, при этом вышеуказанное значение представляет близость условий окружающей среды, воздействию которой подвергается поверхность, к условиям для образования льда. Во втором варианте способа дополнительно определяют значение мощности, требуемой для нагревания или охлаждения поверхности, в соответствии с температурой, показывающей образование льда. Система включает в себя датчик, средства (16) в виде электрического теплового насоса для охлаждения и/или нагревания поверхности (12) и термочувствительный элемент (14) для обеспечения сигнала, представляющего температуру поверхности (12), средства для определения окружающей среды и процессор. Достигается повышение эффективности обнаружения образования льда на поверхностях самолета. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ контроля обледенения и устройство для его осуществления // 2543447

Способ и устройство для контроля обледенения относится к технике обнаружения обледенения на поверхности летательного аппарата и на воздухозаборниках его двигателей. Устройство для контроля обледенения содержит датчик температуры и сигнальный процессор. Сигнальный процессор соединен шиной интерфейса с приёмопередатчиком. Выход приёмопередатчика является цифровым выходом устройства. Сигнальный процессор через ключ соединен с входом нагревателя. Нагреватель встроен в корпус резонатора. К основанию резонатора механически присоединен возбуждающий преобразователь, который возбуждает гармонические колебания. Возбуждающий преобразователь подключен к преобразователю импеданса. Преобразователь импеданса шиной интерфейса соединен с сигнальным процессором. К сигнальному процессору подключены входы блока интеллектуальных ключей и датчик температуры. При работе устройства производят измерение и нормирование действительной части комплексного сопротивления возбуждающего преобразователя и поиск частоты резонанса, сравнение с эталонной частотой, вычисление приращения частоты резонанса и допусковый контроль этого приращения. После этого выдают информацию по кодовой линии связи для включения обогрева резонатора датчика, благодаря чему происходит сброс льда. Дополнительно измеряют температуру окружающей среды. Производят компенсацию температурной погрешности частоты резонанса. При обледенении формируют дискретные сигналы на включение воздушно-тепловой противообледенительной системы и сигналы на включение секций электротепловой противообледенительной системы, длительность включения которых пропорциональна измеренной температуре. Повышается помехоустойчивость и точность. Расширяется область действия устройства за счет увеличения работоспособности при естественных загрязнениях и за счет минимизации массы сбрасываемого льда. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Летательный аппарат // 2553605

Летательный аппарат (1) содержит фюзеляж (2) и устройство обнаружения (10) наличия льда, вызванного отвердеванием переохлажденных жидких капель (20), имеющих размер выше порогового значения. Устройство обнаружения (10) имеет первый участок (15) для накопления капель (20), который расположен так, чтобы быть видимым изнутри фюзеляжа (2). Изобретение направлено на упрощение летательного аппарата. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Электротермический способ определения водности воздушного потока // 2562476

Изобретение относится к способам определения водности воздушного потока. При данном способе используют три термочувствительных элемента, один из которых рабочий, два остальных - компенсирующие. Их помещают в равнозначные условия обдува воздушным потоком при температуре, которую поддерживают на уровнях, обеспечивающих полное испарение улавливаемых ими капель воды. При этом два компенсирующих элемента расположены симметрично относительно друг друга и имеют одинаковую температуру, но отличную от рабочего элемента. Определяют коэффициент конвективной теплоотдачи для рабочего термочувствительного элемента как среднее значение вычисленных коэффициентов конвективной теплоотдачи обоих компенсирующих термочувствительных элементов. Обеспечивается точность измерения водности. 1 ил.

Способ определения неисправности средств устранения обледенения зонда для измерения физического параметра // 2565341

Изобретение касается способа определения неисправности средств устранения обледенения зонда для измерения физического параметра авиационного двигателя, включающего последовательные этапы, на которых: измеряют первое значение (Т1) физического параметра с помощью зонда, перед запуском двигателя; активируют средства устранения обледенения зонда; по истечении заданного промежутка времени (t2-t1) с начала устранения обледенения, измеряют второе значение (Т2) параметра с помощью зонда; сравнивают два значения и генерируют сигнал о неисправности, если разность между этими двумя значениями ниже заданного порога. Измеренным с помощью зонда параметром является температура или давление. Целью изобретения является простое, эффективное и экономичное решение. 3 з.п ф-лы, 1 ил.

Дистанционный способ определения пространственных зон вероятного обледенения воздушных судов в режиме реального времени // 2580375

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон возможного обледенения воздушных судов в режиме реального времени. Согласно заявленному способу проводится регистрация фактических значений вертикального профиля температуры приземного слоя атмосферы n раз при помощи наземного температурного профилемера, который устанавливают в заданном районе наблюдения, а по данным наземных наблюдений определяют приземное значение относительной влажности воздуха, приземное значение температуры точки росы и значение высоты нижней кромки облачности. Затем осуществляют математическую обработку метеорологических данных, используя для расчетов формулу Годске или метод, который предложен в NCEP. Способ может быть использован в первую очередь на аэродромах, где отсутствует регистрация фактических значений вертикальных профилей температуры и влажности воздуха. Технический результат - повышение достоверности определения обледенения воздушных судов. 3 ил.