устройство для определения наличия и интенсивности обледенения

Формула изобретения

Устройство для определения наличия и интенсивности обледенения, содержащее индикатор, датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры воздуха, а также первый и второй чувствительные элементы, каждый из которых включает нагреватель и термодатчик, причем нагреватели первого и второго чувствительных элементов подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно, отличающееся тем, что в него введены блок управления первого регулятора мощности, первый и второй сумматоры, а также усилитель, при этом термодатчик первого чувствительного элемента подключен к входу блока управления и первому входу первого сумматора, второй и третий входы которого подключены к датчику температуры воздуха и термодатчику второго чувствительного элемента соответственно, выход блока управления подключен к входу первого регулятора мощности и первому входу второго сумматора, а выход первого сумматора - к входу усилителя, выход которого подключен к входу индикатора и ко второму входу второго сумматора, подключенного своим выходом к входу второго регулятора мощности, при этом коэффициенты передачи по первому, второму и третьему входам первого сумматора равны соответственно значениям , (1- ) и -1, а по первому и второму входам второго сумматора равны соответственно значениям и 1, причем значение меньше единицы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройствам для определения наличия обледенения и интенсивности обледенения летательных аппаратов.

Известно устройство для определения наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата, которое реализует способ по патенту RU № 2005666 С1, 5 B64D 15/20. Устройство содержит датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры торможения воздушного потока, а также первый и второй чувствительные элементы (ЧЭ), каждый из которых содержит нагреватель и термодатчик. Нагреватели первого и второго ЧЭ подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно, поддерживающим температуру поверхностей первого и второго ЧЭ на заданных уровнях, например T_1п =(100-120)°С и Т_2п=(2-5)°С. В вычислитель поступает информация о мощности нагрева N₁ и N ₂ и температурах поверхностей ЧЭ T_1п и Т _2п, а также температуре торможения воздушного потока Т _ад. Оба участка поверхности с термочувствительными элементами размещены на датчике обледенения в равнозначных условиях обдува воздушным потоком и улавливания облачных капель воды.

Коэффициенты конвективной теплоотдачи на обоих участках поверхности равны. Поскольку в этом случае на обе поверхности попадает одинаковое количество воды, то интенсивное и полное испарение обеспечивают только на первой поверхности за счет подвода к ней достаточного количества тепла. К поверхности, где расположен второй чувствительный элемент, подводят лишь такое количество тепла, чтобы нагреть ее до положительной температуры, но близкой к точке замерзания воды 0°С, например до (2-5)°С.

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.

При этом в известном устройстве значением тепловых потерь на испарение капельной влаги ЧЭ, имеющим температуру (2-5)°С, пренебрегается. При малой интенсивности обледенения, характерной для низких давлений и температуры окружающего воздуха минус (30-60)°С, это приводит к снижению точности определения интенсивности обледенения.

Таким образом, устройство, реализующее известный способ, не позволяет принципиально исключить наличие зоны нечувствительности при определении наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата, что ограничивает достоверность измерения и снижает точностные характеристики устройств при его реализации, требующей при этом использование цифрового вычислителя, которое усложняет устройство.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, приведенное в качестве примера реализации способа определения наличия и интенсивности обледенения летательного аппарата по заявке на изобретение № 2007121115, приоритет от 2007.06.05, сущность которого заключается в следующем.

Известное устройство содержит датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры торможения воздушного потока, а также первый и второй чувствительные элементы (ЧЭ), каждый из которых содержит нагреватель и термодатчик. Нагреватели первого и второго ЧЭ подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно. Регуляторы мощности нагрева поддерживают температуру поверхностей первого и второго ЧЭ на заданных уровнях, например T_1п=120°С и Т_2п=100°С. В вычислитель поступает информация о мощности нагрева N₁ и N₂ и температурах поверхностей ЧЭ Т_1п и Т_2п, а также температуре торможения воздушного потока Т_ад. Вычислитель известного устройства, используя уравнение

S =(N₁-N₂)/(Т_1п-Т_2п ),

определяет значение комплексной величины S .

Далее, последовательно решая уравнения

N_1к=S ·(Т_1п-Т_ад),

N _2к=S ·(T_2п-T_ад),

определяются тепловые потоки N_1к и N_2к, необходимые для компенсации тепловых потерь на конвективную составляющую теплоотдачи, соответственно, первой и второй поверхности ЧЭ датчика обледенения, а по уравнениям

N_1ни=N ₁-N_1к,

N_2ни=N ₂-N_2к,

N_ни=(N _1ни+N_2ни)/2,

- тепловые потоки N_1ни и N_2ни, необходимые для компенсации тепловых потерь на нагрев и испарение улавливаемой капельной влаги, соответственно, первой и второй поверхности ЧЭ датчика обледенения, Вт.

Значения величин N_1ни и N_2ни однозначно для известного устройства определяют количество воды, испаряемое в единицу времени на каждой из поверхностей ЧЭ датчика обледенения, а значение N_ни при отрицательной температуре воздуха - условную интенсивность обледенения.

Известное устройство кроме задач измерения параметров N₁, N₂, Т_1п, Т_2п и Т_ад производит вычисления, требующие применения сложного вычислительного устройства.

Задачей изобретения является упрощение устройства, реализующего известный способ измерения интенсивности обледенения, а также повышение его надежности.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения наличия и интенсивности обледенения, содержащее индикатор, датчик обледенения, который включает в себя датчик температуры воздушного потока, а также первый и второй чувствительные элементы, каждый из которых включает нагреватель и термодатчик, причем нагреватели первого и второго чувствительных элементов подключены к выходам первого и второго регуляторов мощности соответственно, дополнительно введены блок управления первого регулятора мощности, первый и второй сумматоры, коэффициенты передачи по входам которых определены заданным соотношением, а также усилитель, при этом термодатчик первого чувствительного элемента подключен к входу блока управления и первому входу первого сумматора, второй и третий входы которого подключены к датчику температуры воздуха и термодатчику второго чувствительного элемента соответственно, выход блока управления подключен к входу первого регулятора мощности и первому входу второго сумматора, а выход первого сумматора - к входу усилителя, выход которого подключен к входу индикатора и ко второму входу второго сумматора, подключенного своим выходом к входу второго регулятора мощности.

Значения коэффициентов передач К по входам сумматоров выбираются для первого сумматора - на первом входе

K= ,

на втором входе

K=(1- ),

на третьем входе

K=-1,

а для второго сумматора - на первом входе

K= ,

на втором входе К=1,

где - значение коэффициента, установленное меньше единицы. Для выбранного режима работы устройства оптимальным будет значение в интервале от 0,5 до 0,8.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, на котором представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 обледенения, который включает первый ЧЭ 2 и второй ЧЭ 3, нагреватель 4 и нагреватель 5, термодатчик 6, термодатчик 7, а также датчик 8 температуры торможения воздушного потока. Термодатчик 6 подключен к входу блока 9 управления, соединенного своим выходом с входом регулятора 10 мощности, подключенного к нагревателю 4. Термодатчики 6 и 7, а также датчик 8 температуры торможения подключены соответственно к первому, третьему и второму входам первого сумматора 11, выход которого подключен к входу усилителя 12. Второй сумматор 13 подключен своим первым входом к выходу блока 9 управления, а вторым - к выходу усилителя 12. Выход второго сумматора 13 соединен с входом второго регулятора 14 мощности, подключенного к нагревателю 5. Вход индикатора 15 подключен к выходу усилителя 12.

Устройство работает следующим образом.

При отрицательной температуре воздушного потока блок 9 управления вырабатывает сигнал, пропорциональный мощности, который при помощи регулятора 10 и нагревателя 4 обеспечивают термостабилизацию поверхности ЧЭ 2 на заданном уровне (100-120)°С. В "сухом" воздушном потоке на регулятор 14 мощности с выхода второго сумматора 13 поступает сигнал, пропорциональный величине N₁, где N₁ - мощность нагревателя 4.

ЧЭ 2 и ЧЭ 3 находятся в одинаковых условиях обдува воздушным потоком и имеют равные площади поверхностей, поэтому перегрев ЧЭ 3 относительно температуры воздуха составляет долю, равную от перегрева ЧЭ 2.

При этом имеют место равенства

Т_2п-Т_ад= (T_1п-Т_ад),

Т_1п+(1- )Т_ад-Т_2п= Т=0,

где

T_1п, Т_2п и Т_ад - показания датчиков 6, 7, 8 соответственно,

T - сигнал на выходе первого сумматора 11.

Таким образом, в "сухом" воздушном потоке сигнал на выходе первого сумматора 11 равен нулю, а значит и сигнал на выходе усилителя 12 отсутствует.

При попадании датчика 1 обледенения в воздушный поток, содержащий переохлажденную капельную влагу, блок 9 управления вырабатывает дополнительный сигнал, пропорциональный мощности нагревателя 4, необходимой для компенсации тепловых потерь на испарение влаги, улавливаемой поверхностью ЧЭ 2.

Так как ЧЭ 2 и ЧЭ 3 улавливают одинаковое количество влаги, и тепловые потери при полном ее испарении одинаковы, а также с учетом того, что на регулятор 14 мощности от блока 9 управления поступает только часть дополнительного сигнала, пропорционального мощности, затрачиваемой на испарение воды, то происходит снижение температуры Т_2п и появление сигналов на выходах первого сумматора 11 и усилителя 12.

При этом на входе второго регулятора 14 мощности сигнал, пропорциональный мощности нагревателя 5, становится равным

N ₂= N₁+N_вых,

где

N₂ - мощность нагревателя 5, Вт,

N _вых - сигнал на выходе усилителя 12, (N_вых=k T),

k - коэффициент передачи усилителя 12, Вт/град (k>10).

Появление выходного сигнала усилителя 12 является сигналом о наличии условий обледенения, а его величина прямо пропорциональна условной (без учета формы льдообразования) интенсивности обледенения.

Действительно, при наличии капельной влаги и ее полном испарении на обоих ЧЭ справедливы равенства

N₁= S(T_1п-T_ад)+N_ни,

N₂= S(T_2п-Т_ад)+N_ни= N₁+N_вых,

где

- коэффициент конвективной теплоотдачи каждого ЧЭ, Вт/м ² град;

S - площадь поверхности каждого ЧЭ, м;

N_ни - мощность, затраченная на нагрев и испарение капельной влаги каждым ЧЭ, Вт.

Значение N_вых равно

N_вых =N_ни(1- )/(1+ S/k).

Влияние режима полета летательного аппарата при использовании предлагаемого устройства, определяемое вариациями коэффициента могут быть снижены выбором значения коэффициента k.

Так при изменении коэффициента от 600 до 1600 Вт/м²град, площади ЧЭ 2, и ЧЭ 3 S·=10^-4 м² и k=10 Вт/град значения N_вых изменяются всего от 0,994 до 0,984 величины N _ни(1- ).

Таким образом, точностные характеристики предлагаемого устройства равны известному устройству при значительном упрощении вычислителя, что позволяет его существенно упростить, снизить габариты и вес, а также повысить надежность. Одновременно при снижении температуры воздушного потока устройство снижает температуру ЧЭ 3.

Изобретательский уровень решения также состоит в том, что за счет предложенной совокупности признаков одновременно достигнуто облегчение теплового режима работы датчика 1 обледенения, что является новым качеством.