[发明专利]飞行器管道监控系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器管道监控系统和方法，具体涉及飞行器机翼除冰系统和飞行器空调系统。

背景技术

飞行器包括除冰系统，其在飞行期间将来自推进单元的热泄放空气传导到机翼，尤其是机翼前缘。因此，在飞行期间，机翼被维持在保证不会在机翼上形成冰的温度。众所周知，机翼上的冰会导致飞行器坠毁。这种除冰系统的使用很重要，尤其是在飞行器降落期间。如果飞行器在例如10000米的高海拔飞行，则空气具有相对较低的湿度，但是极冷。因此，飞行器的机翼被冷却到低温。在降落期间，飞行器会进入较潮湿的空气层。由于飞行器的机翼仍然处于显著低于0℃的温度，因此当降低到低于大约7300米(大约22000英尺)的高度时，会在机翼上形成冰，这会导致坠毁。如前面所提到的，传导到机翼前缘的热空气的目的在于，对飞行器的机翼进行加热，使得即使在降落期间也不会在机翼上产生冰。

机翼中泄漏的热空气管道会导致机翼不能被充分除冰。此外，热空气进入机翼内部，这会损坏机翼中的部件，并且会损害机翼的结构整体性。

处于大约200℃和更高温度的热空气会降低在现有技术中由金属制成的机翼的强度。为了减轻机翼的重量，计划下一代飞行器的机翼由复合材料制成。所使用的一种复合材料是玻璃钢(GRP)，其结构整体性在大约85℃已经被降低。因此，必须防止温度为大约200℃的来自推进单元的排气进入由复合材料制成的机翼。在由复合材料制成的机翼中，热空气进入机翼会对机翼的结构整体性产生较大的影响。

为了使机翼被可靠地除冰，在管道中提供感测(sensing)管道中的静压的压力传感器和感测体积空气流速(volumetric air flow rate)的流量传感器。可选的，可以提供温度传感器，用于感测流过管道的空气的温度。如果温度和体积空气流速已知，则可以根据温度和体积空气流速确定空气质量流速。

图1示出在没有出现泄漏的情况下管道中空气质量流速(air mass flow rate)与静压的第一特性曲线101。特性曲线102示出在出现泄漏的情况下的静压与空气质量流速。由于泄漏，产生了空气质量流速与静压的新特性。在保持空气质量流速相同时，静压较低，或者在保持静压相同时，空气质量流速较高。然而，也可能是两个变量都改变。体积空气流速可以借助于空气质量流速的空气温度来测量和计算。

空气质量流速与静压之间的特性曲线由于管道系统的制造容限而承受大约±5％和更高水平的波动。例如，在管道中有弯管和分支的情况下的安装容限会影响空气质量流速与静压的特性曲线。如果假设没有容限，则系统具有图2所示的特性曲线103。如果假设第一方向上的最大误差，则系统具有特性曲线104，并且如果假设相反的第二方向上的最大误差，则系统具有特性曲线105。如果点或特性曲线移到特性曲线104和105所限定的范围内，则无法识别出泄漏。

图3示出特性曲线103，其中假设没有容限。特性曲线104示出假设第一方向上的最大容限的情况，且特性曲线105示出假设相反的第二方向上的最大容限的情况。如果特性曲线103的点移到特性曲线104和105所限定的范围之间，则无法感测到泄漏。在图3的示例中，特性曲线102示出具有泄漏的管道。由于特性曲线102位于特性曲线104和105所限定的范围之外，因此可以感测到该泄漏。因此，泄漏必须是相对较大的量以便被感测到。在图3所示的示例中，由于系统的所有部件都具有第一方向上的最大容限，因此系统的工作点106位于特性曲线104上。在有泄漏的情况下，空气质量速率与静压的比转移到点107。被认识到的是，为了使泄漏能够被感测到，静压必须改变较大的值。这会导致无法感测到小的泄漏，然而这也会导致前面提到的结构问题，不仅是在由复合材料制成的机翼中，在现有技术的由金属制成的机翼中也会导致这一问题。

图4中示出系统的所有部件在相反的第二方向上具有最大容限的情况。因此，系统在正常工作模式下的工作点108位于特性曲线105上。在有泄漏的情况下，工作点107位于特性曲线102上。系统即使在静压从值DP1到值DP2的微小改变的情况下也感测到泄漏。因此，压力的小的改变可以解释为泄漏。