RU2005666C1 - Method of determination of availability and intensity of icing of flying vehicle - Google Patents
Method of determination of availability and intensity of icing of flying vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2005666C1 RU2005666C1 SU5034803A RU2005666C1 RU 2005666 C1 RU2005666 C1 RU 2005666C1 SU 5034803 A SU5034803 A SU 5034803A RU 2005666 C1 RU2005666 C1 RU 2005666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- icing
- intensity
- temperature
- heat
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам определения наличия обледенения и интенсивности обледенения летательных аппаратов. The invention relates to aircraft, in particular to methods for determining the presence of icing and icing intensity of aircraft.
Известен термический способ определения наличия обледенения, основанный на измерении разности температур нагреваемых смоченной (при обледенении) передней и несмоченной задней поверхностей датчика при отрицательной температуре наружного воздуха. A known thermal method for determining the presence of icing, based on measuring the temperature difference of the heated wetted (when icing) front and non-wetted rear surfaces of the sensor at a negative outside temperature.
Реализация данного метода производится таким образом, чтобы измерительный чувствительный элемент находился на передней нагретой поверхности, на которую попадают облачные капли, а компенсирующий чувствительный элемент - на задней или боковой нагретой поверхности датчика, на которую не попадают облачные капли. Кроме того, к передней и задней (боковой) поверхностям подводят обычно одинаковое количество тепла, но на таком уровне, чтобы на передней поверхности испарялась вся попадающая вода. The implementation of this method is carried out in such a way that the measuring sensor is located on the front heated surface, on which cloud drops fall, and the compensating sensor is on the rear or side heated surface of the sensor, on which cloud drops do not fall. In addition, the same amount of heat is usually supplied to the front and rear (side) surfaces, but at a level such that all the ingress of water evaporates on the front surface.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения интенсивности и наличия обледенения летательного аппарата, основанный на использовании разности температур между двумя обогреваемыми термочувствительными элементами, располагаемыми на мерном теле, выполненном в виде профиля крыла, один - на лобовой, а другой - на хвостовой частях профиля. Closest to the invention in technical essence is a method for determining the intensity and presence of icing of an aircraft, based on the use of the temperature difference between two heated thermosensitive elements located on a measuring body made in the form of a wing profile, one on the frontal and the other on the tail profile.
Известный способ определения интенсивности и наличия обледенения имеет существенный недостаток, поскольку он предопределяет большой порог чувствительности сигнализатора обледенения и относительно большую погрешность при изменении интенсивности обледенения. Это связано с тем, что условия обдува воздушным потоком термочувствительных элементов всегда неравнозначны, так как один элемент защищается от попадания капель воды, что вызывает изменение условий его обдува по сравнению с другим чувствительным элементом. Этим предопределено наличие достаточно высокой разности температур между чувствительными элементами при всех условиях полета независимо от наличия или отсутствия обледенения. The known method for determining the intensity and presence of icing has a significant drawback, since it predetermines a large threshold for the sensitivity of the icing detector and a relatively large error when the intensity of icing changes. This is due to the fact that the conditions for blowing the air flow of thermosensitive elements are always unequal, since one element is protected from water droplets, which causes a change in the conditions of its blowing compared to another sensitive element. This predetermines the presence of a sufficiently high temperature difference between the sensitive elements under all flight conditions, regardless of the presence or absence of icing.
При полете вне облака ("в сухом" воздухе) между измерительным и компенсирующим чувствительными элементами возникает некоторая разность температур ( ±Δ tc), которая определяется разностью конвективного теплосъема с передней и задней (боковой) поверхностей датчика. Чем ближе по значению коэффициенты теплоотдачи на передней и задней (боковой) поверхностях, тем меньше будет модуль величины Δ tc при постоянной и одинаковой мощностях нагрева поверхностей.When flying outside the cloud ("in dry" air), a certain temperature difference (± Δ t c ) arises between the measuring and compensating sensitive elements, which is determined by the difference in convective heat removal from the front and rear (side) surfaces of the sensor. The closer the value of the heat transfer coefficients on the front and rear (side) surfaces, the smaller will be the modulus of Δ t c at a constant and the same heating power of the surfaces.
При попадании в облако на переднюю поверхность попадают облачные капли воды и охлаждают ее за счет съема тепла на нагрев и испарение воды. Если мощность нагрева такова, что обеспечивается полное испарение удавливаемой воды, то между чувствительными элементами будет возникать дополнительная разность температур (±Δ t вл), которая функционально связана с количеством воды, попадающей на переднюю поверхность датчика, т. е. с интенсивностью обледенения или водностью.When it gets into the cloud, cloudy drops of water fall on the front surface and cool it by removing heat for heating and evaporation of water. If the heating power is such that complete evaporation of the water being pressed is ensured, then an additional temperature difference (± Δ t ow ) will arise between the sensing elements, which is functionally related to the amount of water falling on the front surface of the sensor, i.e., the icing intensity or water content .
При реализации известного способа сигнал об обледенении должен выдаваться тогда, когда при отрицательной температуре наружного воздуха величина Δ tвл будет выше некоторого порогового значения, которое определяется максимальным значением Δ tс, в противном случае сигнализатор выдает ложные сигналы об обледенении при полете в "сухом" воздухе. При измерении интенсивности обледенения выходной сигнал зависит от суммы Δ tc + Δtвл.When implementing the known method, an icing signal should be issued when, at a negative outside temperature, Δ t vl will be above a certain threshold value, which is determined by the maximum value of Δ t s , otherwise the signaling device will give false icing signals when flying in a "dry" in the air. When measuring the icing intensity, the output signal depends on the sum Δ t c + Δt ow .
Таким образом, величина Δ tc для измерителей интенсивности обледенения (водности) в основном определяет погрешность измерения, а для сигнализатора обледенения - порог чувствительности.Thus, the value of Δ t c for measuring the intensity of icing (water content) mainly determines the measurement error, and for the signaling device icing - the sensitivity threshold.
Максимальная величина Δ tс определяется на всех возможных режимах и конфигурациях полета летательного аппарата в "сухом" воздухе. Модуль величины Δ tс тем меньше, чем лучше осуществляется компенсация конвективной составляющей с помощью компенсирующего чувствительного элемента, т. е. чем ближе по величине коэффициенты теплоотдачи передней ( αп) и задней ( αз) поверхностей датчика.The maximum value Δ t s is determined at all possible modes and configurations of the flight of the aircraft in "dry" air. The modulus of Δ t , the less, the better the compensation of the convective component with the help of a compensating sensitive element, i.e., the closer the heat transfer coefficients of the front (α p ) and rear (α s ) surfaces of the sensor.
Условия, чтобы αп равнялось αз и на переднюю поверхность попадали капли воды, а на заднюю не попадали, как следует из известного способа, являются противоречивыми, так как при защите задней (боковой) поверхности от попадания капель воды обязательно нарушается режим ее обтекания воздушным потоком по сравнению с передней поверхностью, так как летательный аппарат имеет широкий диапазон изменения режимов полета.The conditions so that α p is equal to α s and that water drops fall on the front surface and do not fall on the back surface, as follows from the known method, are contradictory, since when protecting the back (side) surface from water drops, the regime of its flow around the air is necessarily violated flow compared to the front surface, since the aircraft has a wide range of changes in flight modes.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности определения наличия обледенения и точности измерения интенсивности обледенения. An object of the invention is to increase the reliability of determining the presence of icing and the accuracy of measuring the intensity of icing.
Это достигается тем, что в способе, основанном на использовании разности теплосъемов с двух обогреваемых участков поверхности мерного тела, на один из которых попадают капли воды, а другой затенен от их попадания, оба участка поверхности с термочувствительными элементами помещают в равнозначные условия обдува воздушным потоком и улавливания облачных капель воды. При этом коэффициенты теплоотдачи на обоих участках поверхности будут равны. Поскольку в этом случае на обе поверхности попадает одинаковое количество воды, то интенсивное и полное испарение обеспечивают только на одной поверхности за счет подвода к ней достаточного количества тепла (qп). К другой же поверхности, где расположен компенсирующий чувствительный элемент, подводят лишь такое количество тепла (qк), чтобы нагреть ее до положительной температуры, но близкой к точке замерзания воды 0оС, например до (-2 ±5)оС. В этом случае поверхность не покрывается льдом, а пленка воды с нее интенсивно сдувается набегающим потоком из-за малой скорости испарения воды и недостаточного количества подведенного тепла для полного испарения улавливаемой воды.This is achieved by the fact that in a method based on the difference in heat removal from two heated sections of the surface of the measuring body, one of which contains drops of water and the other is obscured by their ingress, both sections of the surface with heat-sensitive elements are placed under the equivalent conditions of airflow blowing and trapping cloudy water drops. In this case, the heat transfer coefficients in both parts of the surface will be equal. Since in this case the same amount of water falls on both surfaces, intensive and complete evaporation is provided only on one surface due to the supply of a sufficient amount of heat (q p ) to it. To the other surface, where the compensating sensing element, is supplied only an amount of heat (q k) to heat it to a positive temperature, but close to the freezing point of water 0 ° C, for example up to (-2 ± 5) ° C. In in this case, the surface is not covered with ice, and the film of water is intensively blown away from it by the free stream due to the low rate of evaporation of water and insufficient amount of heat supplied to completely evaporate the trapped water.
Плотность теплового потока, которую необходимо подвести к поверхности, для компенсации теплоты испарения воды прямо пропорциональна разности упругостей водяного пара, взятых при температуре поверхности (ltn) и при температуре наружного воздуха (lt∞).The heat flux density that must be brought to the surface to compensate for the heat of evaporation of water is directly proportional to the difference in the elasticities of water vapor taken at the surface temperature (l tn ) and at the temperature of the outside air (l t∞ ).
Так как измерительный чувствительный элемент имеет температуру, например, 120оС, то при температуре ltn будет больше 5·104 . Для компенсирующего чувствительного элемента при температуре, равной 5оС, величина ltn составляет 873 . Следовательно, при температуре поверхности 120оС воды испарится в 50 раз больше, чем при 5оС.Since the measuring sensor has a temperature, e.g., about 120 C, at a temperature of l tn is greater than 5 × 10 4 . For compensating the sensor element at a temperature of 5 ° C, the amount is 873 l tn . Therefore, at a surface temperature of 120 ° C to evaporate water to 50 times greater than at 5 ° C.
На изменение теплосъема с компенсирующего элемента преимущественно влияет изменение лишь конвективной составляющей. Зная величину количества тепла (qк), которое подводится к компенсирующему чувствительному элементу, и температуру его поверхности tпк, которая поддерживается на постоянном уровне, можно легко определить коэффициент теплоотдачи обоих поверхностей.The change in heat removal from the compensating element is mainly affected by a change in only the convective component. Knowing the amount of heat (q k ) that is supplied to the compensating sensitive element, and its surface temperature t pc , which is maintained at a constant level, it is easy to determine the heat transfer coefficient of both surfaces.
α= , где tад - температура торможения потока.α = , where t hell is the braking temperature of the flow.
Используя величину α , можно подсчитать количество воды, которое испаряется на поверхности с измерительным чувствительным элементом. Using the value of α, you can calculate the amount of water that evaporates on the surface with a measuring sensor.
Так как
qп= α (tпи-tад)+ mb Lп,
то количество испаряющейся (уловленной) воды
mв= , где tпи - температура поверхности с измерительным чувствительным элементом (известная величина);
Lи - теплота испарения (известная величина).As
q p = α (t pi -t hell ) + mb L p ,
the amount of evaporated (trapped) water
m in = where t pi is the surface temperature with a measuring sensor (known value);
L and - heat of evaporation (known value).
Таким образом, при реализации предлагаемого способа для измерения интенсивности обледенения можно достаточно точно автоматически вычислять величину mb, которая характеризует интенсивность обледенения. При реализации предлагаемого способа для сигнализации об обледенении ЛА можно использовать появление сигнала, соответствующего наличию mb, как факт наличия процесса попадания воды на поверхность ЛА. При этом порог чувствительности при реализации предложенного способа будет значительно ниже, чем при реализации известного способа. На изменение порога чувствительности и точности измерения интенсивности обледенения не влияет изменение режимов полета, изменение угла атаки или скольжения ЛА и место установки датчика, так как обе поверхности находятся в одинаковых условиях обдува воздушным потоком. Небольшой порог чувствительности m в пор будет определяться погрешностями измерения и поддержания заданного уровня tпи и tпк.Thus, when implementing the proposed method for measuring the intensity of icing, it is possible to accurately enough accurately calculate the value of mb, which characterizes the intensity of icing. When implementing the proposed method for signaling about icing of an aircraft, you can use the appearance of a signal corresponding to the presence of mb, as the fact of the presence of the process of water entering the surface of the aircraft. In this case, the sensitivity threshold during the implementation of the proposed method will be significantly lower than when implementing the known method. A change in the sensitivity threshold and accuracy of measuring the icing intensity is not affected by a change in flight modes, a change in the angle of attack or glide of the aircraft and the installation location of the sensor, since both surfaces are in the same airflow conditions. A small threshold of sensitivity m in the pores will be determined by the errors in measuring and maintaining a given level of t pi and t pc .
На фиг. 1 показано устройство конкретной реализации по изобретению; на фиг. 2 - структурная схема реализации способа. In FIG. 1 shows a device of a specific implementation according to the invention; in FIG. 2 is a structural diagram of a method implementation.
Устройство содержит поверхности 1 и 2, отделенные друг от друга и от частей 3 и 4 корпуса датчика водности теплоизоляционными прокладками 5. Поверхности 1 и 2 имеют раздельные и встроенные внутрь нагреватели 6 и 7. На верхней части корпуса расположен датчик 8 температуры торможения воздушного потока. Датчики 9 и 10 температуры поверхностей 1 и 2 смещены по оси ОY и имеют одинаковое положение относительно оси ОХ. Регуляторы 11 и 12 мощности нагрева по информации от датчиков 9 и 10 температуры за счет изменения мощности нагрева поддерживают температуры на постоянном уровне, например tпк равно 2оС и tпи равно 120оС. В вычислитель 13 поступает информация о мощности нагрева qк и qп и температуре торможения. При mb больше mbпор и tад ниже 0оС на индикатор 14 поступает сигнал о наличии обледенения и интенсивности обледенения.The device contains surfaces 1 and 2, separated from each other and from
Для предотвращения образования льда на поверхностях 3 и 4 они имеют встроенный нагреватель, питающийся от источника 15. (57) Тенишев Р. Х. , Строганов Б. А. и др. Противообледенительные системы летательных аппаратов, М. : Машиностроение, 1967, с. 219-221. To prevent the formation of ice on
Авторское свидетельство СССР N 154064, кл. G 01 W 1/00, 1965. USSR copyright certificate N 154064, cl. G 01 W 1/00, 1965.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5034803 RU2005666C1 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Method of determination of availability and intensity of icing of flying vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5034803 RU2005666C1 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Method of determination of availability and intensity of icing of flying vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005666C1 true RU2005666C1 (en) | 1994-01-15 |
Family
ID=21600580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5034803 RU2005666C1 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Method of determination of availability and intensity of icing of flying vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2005666C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562476C2 (en) * | 2012-09-26 | 2015-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ "ЛУЧ" | Electrothermal method of water content of air flow determination |
RU2565341C2 (en) * | 2010-06-25 | 2015-10-20 | Снекма | Method of troubleshooting of de-icing devices of physical parameter measuring probe |
-
1992
- 1992-03-31 RU SU5034803 patent/RU2005666C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565341C2 (en) * | 2010-06-25 | 2015-10-20 | Снекма | Method of troubleshooting of de-icing devices of physical parameter measuring probe |
RU2562476C2 (en) * | 2012-09-26 | 2015-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ "ЛУЧ" | Electrothermal method of water content of air flow determination |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2766619A (en) | Ice detecting apparatus | |
King et al. | A hot-wire liquid water device having fully calculable response characteristics | |
US8348501B2 (en) | Thermal icing conditions detector | |
Korolev et al. | The Nevzorov airborne hot-wire LWC–TWC probe: Principle of operation and performance characteristics | |
US6847903B2 (en) | Liquid water content measurement apparatus and method | |
RU2137140C1 (en) | Ram temperature transducer | |
RU2019125441A (en) | AIRCRAFT ICE DETECTION SYSTEMS AND RELATED METHODS | |
ES2219917T3 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR THE DETECTION OF ICE ACCUMULATION. | |
US6452542B1 (en) | Integrated flight management system | |
RU2419772C2 (en) | Method of determining aircraft ambient airflow temperature | |
WO2006110167A1 (en) | Temperature sensor system for mobile platforms | |
US20040024538A1 (en) | Liquid water content measurement apparatus and method using rate of change of ice accretion | |
RU2005666C1 (en) | Method of determination of availability and intensity of icing of flying vehicle | |
US8998485B2 (en) | Laser anemometry probe system and method employing continuous coherent detection, with single-particle mode, capable of detecting ice-forming conditions and of determining the severity of icing | |
RU2341414C1 (en) | Method of helicopter rotor icing detection | |
RU2341413C1 (en) | Method of detection of presence and intensity of aircraft icing | |
Kunkel et al. | Intermittent turbulence in measurements of the temperature structure parameter under very stable conditions | |
JP3809519B2 (en) | Road surface condition estimation method | |
Neuberger | Notes on measurement of rain-drop sizes | |
SU711517A1 (en) | Jet-type meter of water content of clouds and fogs | |
Fitzgerald | The relative contribution of fluctuations in relative humidity and particulate concentrations to the variability of the scattering coefficient over the North Atlantic | |
EP3885265A1 (en) | Heater power modulation based on outside air temperature and aircraft velocity | |
McKeown et al. | Mapping heat flux | |
SU154064A1 (en) | ||
RU2562476C2 (en) | Electrothermal method of water content of air flow determination |