[发明专利]一种冰晶探测器探头及包括该探头的复杂结冰条件探测器

说明书

技术领域

本发明属于飞行器领域，更具体地，涉及一种冰晶探测器探头及包括该探头的复杂结冰条件探测器。

背景技术

在飞行器结冰安全防护领域，冰晶指水结冰形成的中值质量尺寸(median mass dimension，MMD)范围为50-200微米(等效球尺寸)的颗粒。冰晶颗粒对飞行的威胁比雨水要严重的多，当飞机遇上冰晶云时易产生干结冰，在飞行中一旦发生积冰，飞机的空气动力性能就会变差，流线型也受到破坏，表面粗糙度大大增加，使正面阻力增大，升力和推力减小，影响飞机的稳定性，使操纵困难，严重时会造成飞机失事。结冰严重的高度通常是外界温度在-5℃至-15℃附近，此时冰晶粘度大，容易附着在机体表面。

在冰晶探测研究方面，国际上的主要方法是通过飞机健康参数或粒子探测器进行探测，美国Droplet Measurement Technologies公司提出了一种基于光纤的粒子探测器，可以测量水滴粒径及冰晶、尘霾等，但存在仪器过于昂贵、精密且笨重等问题。美国Freer等人提出了一种基于后向散射原理的云层探针技术，通过粒子散射的特性区分水滴、尘霾及冰晶，该方法具有很好的发展前景，但目前探测稳定性较差、且实现应用难度较大。NASA拟通过飞机发动机的健康参数反演出发动机表面的冰晶附着情况，该反演算法在某些固定工作状态下可以很好地判断冰晶附着情况，但在实际飞行中却很难区分冰晶对发动机的影响及节流阀动作对参数的影响。

申请公开号为CN103323849 A的发明专利申请利用机载雷达完成对云层的冰晶测量，其基本技术方案是：识别具有小于雷达回波灵敏度阈值水平的回波水平信号强度的雷达回波，当天气条件和飞行条件中的至少一个与具有小于雷达回波灵敏度阈值水平的回波水平信号强度的识别的雷达回波同时存在是，可识别具有冰晶的空域区域。授权公开号为CN102830107 B的发明专利利用水的固、液态拉曼散射频移的不同，使用激光器作为发射源，通过光学接收部分的4个探测通道归一化水的拉曼散射信号,实现对云中水的相态进行探测，最后通过水的固、液态拉曼散射原理反演出云中水的固、液态含量。这样的装置虽然能够实现对冰晶的识别和探测，但是其缺陷在于：探测器结构复杂、体积较大并且加工较为困难。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种冰晶探测器探头及包括该探头的复杂结冰条件探测器,冰晶探测器探头的外形使气流中液态水不对探头迎风面产生明显冲击，并且冰晶对冰晶探测器探头的迎风面产生脉冲撞击，从而实现对冰晶与液态水滴的区分,这样，能够实现对冰晶结冰的准确探测。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种冰晶探测器探头，其特征在于，包括从上至下的依次设置的第一段和第二段，所述第一段与所述第二段平滑连接，其中，

所述第一段的外表面设置为适于分离气流中液态水滴与冰晶并接受冰晶撞击的形状，此外，所述第一段的外表面包括靠近气流的迎风面和背离气流的、与所述迎风面相连的背风面，所述迎风面的面积能满足冰晶撞击，并且该迎风面能使流经第一段的气流在迎风面处产生漩涡，从而带走气流中的液态水，所述背风面用于使附近气流产生边界层分离；

所述第一段内安装有加热装置和多个微粒冲击传感器，所述加热装置用于使冰晶探测器探头上无积水积冰，所述微粒冲击传感器用于检测冰晶撞击迎风面产生的压力变化；

所述第二段为隔热层，以避免第一段与外部的探头安装设备产生热交换。

优选地，所述第一段的迎风面为垂直于气流方向的梯形的平面；

所述第一段的背风面为上小下大的类锥面的形状；

所述第一段的顶面为类弓形的平面。

优选地，所述第一段的迎风面为两个，每个所述迎风面均为与气流方向的夹角为锐角的梯形平面，并且这两个迎风面的夹角也为锐角；

所述第一段的背风面为类锥面，并且其与所述迎风面平滑连接；

所述第一段的顶面呈现为类水滴形的平面。

优选地，所述加热装置以气加热或电加热的方式进行加热，或其采用具有加热功能的复合材料制成。

优选地，所述第二段隔热层采用气冷或水冷的方式进行隔热，或者其采用具有隔热功能的复合材料制成。

优选地，所述冰晶探测器为上小下大的形状，以保持飞行过程中的稳定。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种复杂结冰条件探测器，其特征在于，包括冰晶探测器探头，所述冰晶探测器探头安装在结冰探测器探头上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：