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加拿大新型传感器解决飞机高空结冰探测难题
2016-07-20   中国航空报 审核人:   (点击: )

加拿大的特殊气候和对航空的依赖促使这个国家成为结冰研究的中心,其最新的成果是研发了两种冰粒探测技术,并被加拿大国家研究理事会(NRC)认可准备转入工业应用。

一种是超声波积冰传感器,能够应对经常出现的高空冰粒高度积聚使发动机内冰层迅速累积,可能会导致推力损失甚至熄火等威胁。这种传感器不需要安置在被监测环境中,避免了损坏的风险。另一种冰粒探针可以在飞机或发动机表面齐平安装,在飞机飞过高空冰晶环境时通过测量周围大气的电特性变化探知冰粒。据NRC称这两种传感器都达到了技术成熟度6级水平,可以转入工业应用。

由云层中的液态水引起的飞机结冰已经困扰了航空界数十年,最近的研究则集中在云层中航空气象雷达无法发现的冰晶带来的危险,高度集聚的冰晶会影响发动机工作并阻塞皮托管(空速管)。NRC表示目前还没有可靠的传感器能够提供对积冰的早期警示,而超声波装置可以弥补这一缺失。超声波积冰传感器采用无损贴片形式安装,具有体积小、轻薄和低功耗的特点。采用超声波形式可以同时作为扬声器和收音器,通过结构表面或壁面发送声波,可被积冰反射回来,从而反映另一面的积冰数据。

NRC表示这种超声波装置与其他类型传感器不同,不需要安装在被监测环境中。它可以用在发动机或飞机部件的任一非暴露表面,消除了传感器因为冰、拆卸或穿透发动机而损伤的风险。结冰组项目经理Dan Fuleki认为:“知道发动机上的位置容易结冰就可以缩小监测范围,这样当把传感器安装在气流通道另一侧壁面的合适位置,就可以探测是否发生积冰。”

201511月,在NRCNASA达成的结冰研究合作协议下,超声波传感器在霍尼韦尔和冰晶企业联盟等协助下进行了测试,将一台试验发动机降到具备结冰条件的慢车状态。传感器在模拟真实结冰环境的10000米高度进行了测试,在发动机多个受关注的位置共安装了12个传感器,试验在NASA格林研究中心的推进系统试验室进行。Fuleki表示:“大家能够在真实的发动机结冰环境下探测到冰粒积聚,并且传感器还具有足够的敏感度区分积聚的轻重程度,能有效测量积聚强度。”单个超声波传感器对于探测是否结冰就已经足够,但由于尺寸、重量和功耗都很小,NRC认为可以像高空模拟实验中的发动机一样安装多个探测器组成的阵列,这样就可以提供冰层覆盖范围的详细数据。

另一种冰粒探测器-冰粒探针也同时在由空客领导的欧盟高空冰晶项目中完成了研发和测试。这种探针是从6种候选冰层探测技术中经过评估选出可以进行飞行测试的2种探测器之一,可以齐平表面安装,具有尺寸小、重量轻的特点,单位功耗和阻力都很低。这种探针已经经受了超过750小时的模拟冰晶高度风洞测试,并在NRC和空客飞机上完成四轮超过140小时的飞行试验。NRC表示这种探针的性能已经在含有自然冰晶和液态水的条件下得到了证实,地理范围包括渥太华所处的中纬度地区以及赤道附近地区,高度超过12000米。

这种探针通过测量空气中颗粒、冰和液态水在不同高度下所带的电荷实现探测功能。Fuleki表示:“在风洞和飞行试验中得到的数据在数量和质量上都属上乘,空客企业要求在A340飞机上保留这种探针,以在下一轮飞行试验中对过冷液态水含量进行探测和测量。”

 

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