[发明专利]冰缓解系统、用于监测和缓解飞机附近的冰形成的方法

说明书

本发明涉及使用即时湿度感测检测结冰状况。具体而言，本发明涉及一种用于监测适合在飞机和推进系统上形成冰的结冰状况的系统和方法。系统包括即时地检测周围湿度、周围温度和周围压力的仪器。感测的信息被传送到控制器，控制器评估该信息来确定某些压力、温度和湿度标准是否有利于结冰，并且宣布结冰状况。系统还包括安装在飞机发动机上的冰缓解系统。当关于冰形成的状况是有利的时候，控制器通知飞行员冰形成的状况是有利的，或者自动地启用冰缓解系统，或者两者。飞行员可选地可禁用冰缓解系统。当感测的状况指示冰形成的状况是不利的时候，控制器确定冰缓解系统是否启用，并且如果启用了则禁用系统。

技术领域

本发明涉及通过持续地监测周围压力、温度和湿度来识别有利于飞机冰形成的状况，并且开始步骤以避免在检测的有利状况下形成冰。

背景技术

商业和军用飞机在温度、高度、压力和湿度的某些组合下遇到大气结冰状况。结冰状况可使冰在飞机表面、发动机入口和发动机流径表面上积聚。飞机冰积聚可导致提升损失、空气动力失速和飞机控制损失。在最低限度上，冰积聚导致飞机重量增加，从而影响飞机性能和效率。发动机冰积聚还可引起空气流损失、空气动力失速和发动机推力损失。发动机和/或发动机入口中的大型冰块脱落可严重地损害发动机构件，从而导致推力损失或者使得发动机无法工作。检测结冰状况和冰积聚以及在遇到更严重的影响之前采用有效冰缓解是至关重要的。

商业和军用飞机从气象学家和气候学家那里收集关于大气状况的信息，包括在高的高度处的周围空气中的湿度。这种数据对于计划飞行是有用的，但这种信息可能是或可能不是飞机实际遇到的，因为自然大气有变化。目前的飞机具有从飞机传感器确定周围温度和压力的能力。目前的飞机不具有测量周围湿度的能力。

冰形成是飞机发动机设计的特征，而且不同的发动机模型具有不同的冰形成特征。上面论述的大气特征包括周围温度、压力和湿度。某个高度处的周围温度和压力目前由所有飞机基本即时地测量。直到最近，还无法获得湿度的即时测量。传统湿度传感器依赖于冷镜(露点或霜点)或电阻传感器，它们无法在周围冷温度和低密度的高的高度大气下满意地工作。这些系统通常响应慢、不稳定、需要频繁地校准，而且在周围温度下遇到的典型状况下、在出现大多数冰的状况下常常不准确。

图1是关于过冷的大落差混合相的飞机和发动机认证要求和从2010年6月29日联邦公报获得的冰晶结冰状况的可用绘图。这个图是高度与总的水含量(TWC)的图表。这个图表描绘了飞机的标准结冰包迹。横轴表示飞机高度(几千英尺)。竖轴表示TWC或绝对湿度。在图表上描绘结冰包迹；在0℃-60℃的温度处显示等温线。上面的实线建立结冰包迹的上边界，且下面的虚线建立结冰包迹的下边界。通过压力仪器感测飞机高度，压力仪器是飞机上的标准装备。TWC已经基于气象学家和气候学家提供的关于大气状况的预报信息。已经基于这些预报来制定冰缓解。冰缓解一般会造成发动机和飞机性能损失。在预测不准确方面来说，当冰缓解在非必要时启用时，会不必要地施加这些性能损失。

飞机发动机中的一些模式目前通过使用发动机控制系统来应付冰积聚，发动机控制系统通过测量发动机性能参数偏离正常性能操作计划来感测冰积聚。当由计划偏离检测到结冰时，一个或多个发动机几何构造周期地改变，以便以发动机燃料效率和构件寿命为代价使冰脱落或熔化。当冰已经熔化或已经脱落时，发动机性能回到正常操作计划。无法在周期性发动机几何构造变化进行的同时确定飞机是否已经离开结冰状况。也无法在周期性发动机几何构造变化进行的同时确定积聚冰已经熔化或者已经脱落。

当前FAA规定要求周期性发动机几何构造变化继续一段时间以使飞机离开结冰状况。然后周期性发动机几何构造变化停止，监测性能，如果没有检测到性能计划偏离，则命令周期性发动机几何构造变化的另一个周期绝对确保飞机已经脱离结冰状况。如果感测到性能偏离，则缓解程序再次开始。如果没有检测到性能偏离，则缓解过程无限期地暂停，直到发动机控制系统感测到另一个性能偏离为止。