[发明专利]冰晶探测器和探测方法

说明书

本发明提供一种冰晶探测器，包括轴向延伸的冰晶收集探头和控制器。每一冰晶收集探头包括在一侧的迎风面和与迎风面相对的背风面，并包括：沿轴向延伸的杆体，位于迎风面沿杆体的轴向延伸的凹槽，和安装在杆体两端或一端的光电传感器。凹槽包括开口和底部，底部用于积聚冰晶，凹槽的开口宽度大于凹槽的底部宽度。光电传感器在凹槽中形成与底部间隔的光路，用于监测积聚在凹槽的底部上的冰晶。控制器与光电传感器相连接，且控制器根据光电传感器反馈的电信号变化，判断是否存在冰晶结冰条件。凹槽的横截面的面积沿轴向是变化的。该冰晶探测器结构简单，可靠性高，易于实现，电功耗小的冰晶探测器，能够探测到空中是否存在冰晶结冰条件。

技术领域

本发明涉及一种冰晶探测器领域，尤其是一种探测飞机在空中是否存在冰晶结冰条件的冰晶探测器和进行这种探测的方法。本发明还涉及一种探测飞机在空中是否存在冰晶结冰条件和过冷水滴结冰条件的混合态结冰探测器。

背景技术

飞机飞行在空中遭遇到的结冰条件包括了适航条款14CFR 25部附录C常规过冷水滴结冰条件(水滴直径≤50um)，14CFR 25部附录O过冷大水滴结冰条件(50μm＜水滴直径＜500μm，称为冻毛毛雨；水滴直径≥500μm，称为冻雨)，和14CFR 33部附录D冰晶结冰条件。本发明将附录C常规过冷水滴和附录O过冷大水滴统称为过冷水滴。当结冰条件中，同时含有过冷水滴和冰晶结冰条件，称为混合态结冰条件。

结冰探测可以在早期探测到飞机进入结冰条件，发出结冰告警信息，提示飞行员及时采取相应动作，是保障飞行安全的一项改进措施。

过冷水滴导致飞机气动表面(机翼前缘、短舱前缘等)结冰，造成飞机操稳品质降级、飞行性能损失和飞行安全裕度下降。探测过冷水滴结冰条件的探测器一般称为结冰探测器或及结冰条件探测器。

冰晶结冰条件存在于高空对流风暴的外围区域，且不能被飞机的气象雷达探测到，当飞机进入冰晶结冰条件，冰晶在低温的飞机机体和发动机表面被反弹不会造成机体结冰，但是能够进入发动机内部，随着温度的上升，在压缩机叶片上融化产生结冰，导致叶片的叶尖翘曲和撕裂，进而导致发动机推力损失，发生喘振、失速、熄火等事故；并且冰晶可能堵塞皮托管和总温传感器探头，造成高度和温度数据异常，危及飞行安全。探测冰晶结冰条件的探测器一般称为冰晶探测器或冰粒探测器。

近年来，过冷大水滴和冰晶结冰条件导致了数起坠机事故，逐渐引起适航当局关注，陆续发布了14 CFR 25部附录O过冷大水滴和14 CFR 33部附录D冰晶结冰条件法律规章，用于提高飞行安全措施。但目前，还未有过冷水滴、冰晶结冰条件或混合态结冰条件探测装置实际应用在飞机的案例。

US7,104,502公开了一种具有圆柱型磁致伸缩探头的结冰探测器，当过冷水滴撞击到探头上，随着结冰质量增加探头振动频率下降，降低到阀值后发出结冰信号，无法探测冰晶结冰条件。

专利US 7,014,357公开了一种结冰条件探测器，探头内由两个干湿铂电阻温度传感器构成一个电桥，过冷水滴浓度不同电压差不同，电压变化到阀值发出结冰信号。冰晶随高速气流穿过传感器，不会在温度传感器上结冰，无法探测冰晶结冰条件。

专利US7,845,221公开了一种冰晶探测装置，由两个并列的圆锥形管组成，一个圆锥管恒定加热，一个圆锥管不加热，两个压力传感器分别测量两者的压力计算压差，冰晶撞击到后者圆锥管而堵塞该圆锥管，压差变化到阈值，发出告警。不足之处，两个圆锥管的构造，结构复杂，电功率消耗大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种冰晶探测器，包括至少一个轴向延伸的冰晶收集探头和至少一个控制器。每一冰晶收集探头包括在一侧的迎风面和与迎风面相对的背风面，并包括：

沿轴向延伸的杆体，

设置在杆体中、位于迎风面沿杆体的轴向延伸的凹槽，凹槽包括开口和底部，底部用于积聚冰晶，凹槽的开口宽度大于凹槽的底部宽度；