[发明专利]结冰控制系统

说明书

本文公开了一种确定飞行器的表面上是否发生了结冰的方法，该方法包括：对飞行器的表面进行加热；在加热停止之后，随表面冷却测量表面的温度；以及根据所测量的温度确定表面上是否发生了结冰。有利地，实施方式提供了用于结冰检测以及当形成结冰时结冰预防或减轻的改进的技术。实施方式当实现在自主和高能效操作特别重要的民用应用中的小型UAV上时特别有利。

技术领域

本发明的领域包括检测飞行器表面上的结冰形成以及当检测到结冰时控制表面的加热。更具体地，提供了一种新的结冰控制系统，其允许以高能效的方式执行准确的结冰检测。还控制表面的加热以使得高效地执行任何结冰形成的去除。该结冰控制系统的特别有利的应用是在小型无人驾驶航空载具中。

背景技术

结冰是影响许多行业的天气危害，特别是航空业。对于所有飞行器，机翼表面上形成结冰会扰乱空气流动，是严重的问题。结冰可导致失去升力，阻力增加，并使得飞行器在更高的空速下失速。结冰还增加了飞行器的重量。结冰通常会降低机动性并增加飞行器的功耗。

无人驾驶航空载具(UAV)是没有人类飞行员的飞行器。UAV在商业、科学、娱乐和许多其它民用应用中的使用正在增加。例如，UAV的民用应用包括环境监测(例如，污染和天气)、森林火灾监测、交通监测、精准农业、救灾、临时通信网络、农村搜救、冰流监测和冰流跟踪。与人类驾驶飞行器相比UAV的优点是UAV的制造和运营成本低得多并且由于不存在对人类飞行员的任何风险，所以UAV固有地更安全。

由于其小尺寸和动力限制，对于UAV而言结冰是特别严重的问题。UAV还往往以相对低的空速和低空飞行，特别是在寒冷和多云天气条件下，这增加了形成冰的可能性。

人类驾驶飞行器中的结冰检测常常由飞行员视觉上进行，但是利用光学结冰检测器来自动检测结冰也是已知的。尽管可向UAV提供光学结冰检测器，但是这将增加UAV的成本和重量。

有众多在大型喷气式飞行器上实现的防结冰技术。例如，已知将来自喷气发动机的压缩机的热空气流提供到飞行器的外表面上方。然而，这种技术明显无法应用于由马达提供动力的典型小型UAV上。

因此一般需要提供用于解决UAV上的结冰形成的问题的技术。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定飞行器的表面上是否发生了结冰的方法，该方法包括：对飞行器的表面进行加热；在加热停止之后，随表面冷却测量表面的温度；以及根据所测量的温度确定表面上是否发生了结冰；其中，确定表面上是否发生了结冰的步骤包括：根据所测量的温度和参考温度计算残差；以及如果残差基本上不为零，则确定发生了结冰。

优选地，使用考虑对流传热系数的模型来定义残差。

优选地，通过表面中的加热元件来执行加热。

优选地，加热元件是电热源。

优选地，电热源布置成层。

优选地，电热源包括导电碳材料，其优选为碳纳米管和/或炭黑和石墨烯的混合物。

优选地，加热元件被集成在优选为层压结构的复合结构内。

优选地，表面是翼型、螺旋桨、旋翼或飞行器的任何其它部分的表面。

优选地，表面是机翼的表面；并且加热元件仅设置在机翼的前缘中。

优选地，通过对加热元件施加功率达预定时间长度来执行对表面的加热。

优选地，所述预定时间长度在1至15秒的范围内。

优选地，对于被加热元件覆盖的表面的每1m²，所施加的功率在1000W至10000W的范围内。

优选地，通过表面中和/或上的多个传感器来测量表面的温度。