[发明专利]一种过冷大水滴结冰探头及探测器

说明书

本发明公开了一种过冷大水滴结冰探头及探测器，属于航空探测技术领域，包括探头本体和过冷水相态感知膜，探头沿来流方向设有前端迎风锥面、中段锥面、后端迎风锥面和尾端锥面；过冷水相态感知膜安装于探头本体的外表面；过冷大水滴撞击前端迎风锥面后，一部分从前端迎风锥面溢流并受气流影响在中段锥面区域停驻、结冰，另一部分直接撞击到后端迎风锥面并结冰；过冷水相态感知膜分别探测过冷水探头本体表面溢流和冻结的动态过程，通过获取过冷水相态感知膜探测得到的过冷水和冰层的瞬态分布信息，实现对过冷大水滴结冰探测。本发明旨在高效、可靠地实现飞行器飞行过程中的过冷大水滴结冰探测功能，为飞行器结冰防护系统提供准确的结冰状况数据。

技术领域

本发明属于航空探测技术领域，更具体地，涉及一种过冷大水滴结冰探测器及探测方法。

背景技术

飞机的诞生为人们出行提供了便利，但由于过冷水滴的存在，结冰现象已经导致了大量的航空事故。在这些事故中，过冷大水滴(Super cooled Large Droplets，简称SLD)结冰尤为危险。飞机的常规结冰包线包含了中位体积直径(MVD)处于15μm至50μm范围内的水滴，而SLD的MVD达到了50μm甚至数百微米，其撞击、飞溅特性更加复杂，且因水滴温度较高、体积较大而具备流过飞机结冰防护区形成溢流冰的能力，导致以常规结冰包线为设计和验证规范的结冰探测器无法做出正确响应。

专利申请CN110606209A公开了一种结冰探测器，通过围绕前缘缝翼阵列型排布的多个探测单元，实现在任何迎角条件下的SLD探测功能。该专利原理清晰、实现便捷，但探测器依赖大量独立的结冰探测单元，且由前缘向防除冰区域末端延伸，因此安装面积较大，针对不同翼型具有一定的特异性，需要单独设计排布模式及识别算法。

专利申请CN107132278A公开了一种过冷水滴结冰探测装置，通过多个不同直径的圆柱体结冰传感器组成探测阵列，分别针对不同MVD的水滴进行探测，以确定SLD结冰情况。该专利实用性强，但对探头的直径设计有一定要求，一般其直径较小，以提高水滴收集率。直径较小的探头冻结系数不高，可能导致严重的溢流问题，降低了探测器的准确率。

专利申请CN110077601A公开了一种过冷水滴结冰探测器和混合态结冰探测器，通过将不同直径的圆柱形探头堆叠放置，形成针对多种MVD水滴的紧凑型探测器，同时，引入了内流道及冰晶收集槽，一方面提升了探头的冻结系数，一方面丰富了探测器的功能。该专利设计巧妙，但在探头底部安装的光纤式结冰传感器视场易受到局部冰层遮挡，难以全面地反映探头表面的结冰情况，存在虚警及漏警隐患。

专利申请CN102336272A公开了一种SLD结冰探测器探头，探头具有三段结构，第一段的外表面形状设置为适于收集气流中的水滴；第二段的外表面形状设置为使得大水滴在运动过程中能够充分减速并且释放潜能；第三段的外表面用于大水滴在其上结冰。可以通过探头上的结冰位置和区域，对大水滴结冰进行区分和识别。但是，该专利并没有给出如何测量探头表面结冰状态的方法。

专利申请CN106018199A公开了一种基于过冷水滴运动与撞击的数值计算方法设计过冷大水滴(SLD)结冰探测器外形的方法，其曲率变化的探测器构型，使得常规水滴条件下，水滴将全部撞击到构型的前部，整个探测器上只有一个连续的撞击区域；在SLD条件下，水滴将同时撞击到构型的前部和后部，探测器上出现多个不连续的结冰区域。但是，该专利也未给出如何测量探头表面结冰状态的具体方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种过冷大水滴结冰探头及探测器，旨在高效、可靠地实现飞行器飞行过程中的过冷大水滴结冰探测功能，为飞行器结冰防护系统提供准确的结冰状况数据。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种过冷大水滴结冰探头，包括：探头本体和过冷水相态感知膜；