Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к средствам измерения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхности летательного аппарата. Технический результат - повышение точности определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда. Устройство содержит датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, первый термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей, подключенное первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом к входу первого нелинейного элемента, а также первый индикатор и интегратор, подключенный ко второму индикатору. Отличием является введение в устройство измерителя температуры наружного воздуха, второго нелинейного элемента и блока умножения. Причем выход измерителя температуры наружного воздуха подключен к входу второго нелинейного элемента, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выход первого нелинейного элемента соединен с первым входом блока умножения, выход которого соединен с интегратором и первым индикатором.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам измерения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхностях летательного аппарата (ЛА).

Известно устройство для определения наличия и интенсивности обледенения, (Тенишев Р.Х., Строганов Б.А. и др. Противообледенительные системы летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967, с.219-221), содержащее рабочий и компенсирующий чувствительные элементы (ЧЭ), имеющие нагреватели и термодатчики, расположенные в лобовой и тыльной стороне цилиндра соответственно, ось которого сориентирована по потоку воздуха. При отрицательной температуре воздуха на нагреватели обоих ЧЭ подается одинаковый электрический ток, а термодатчики включены в мостовую схему таким образом, что при увеличении теплосъема на рабочем ЧЭ относительно компенсирующего ЧЭ, например, при попадании капельной влаги на рабочий ЧЭ и ее испарении, на ее выходе появляется сигнал U_T, пропорциональный разности температур, который подается на индикатор.

Однако, постоянство мощности разогрева обоих ЧЭ приводит к значительным изменениям температур Т _i чувствительных элементов в "сухом" воздушном потоке в зависимости от изменения режима полета, что видно из выражения для Т_i

Т _i=N_i/s+Т_в,

где: N _i - мощность нагревателей ЧЭ, Вт;

- коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м ²·град

s - площадь ЧЭ, м² ;

Т_в - температура воздуха, град;

и влиянию изменения режима полета на показание интенсиметра обледенения, определяемое в виде:

U_T=k_п·(Т _к-T_p)=k_п·N _исп/s,

где:

k_п - коэффициент преобразования, В/град;

Т_к и T _p температуры компенсирующего и рабочего ЧЭ соответственно, град;

N_исп - мощность нагревателя рабочего ЧЭ, расходуемая на испарение капельной влаги, Вт.

Реальные изменения зависимых от режима полета значений температуры равны для Т_в от нуля до минус 60°С и коэффициента конвективной теплоотдачи - более, чем в 2 раза.

Значительные изменения температуры ЧЭ приводит к снижению надежности, а влияние изменения режима полета на показания известного устройства - к увеличению погрешности определения интенсивности обледенения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда (заявка РФ 2003132178/28, 2003 г., В 64 D 15/20). Устройство содержит датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, первый термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей, подключенное первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом к входу первого нелинейного элемента, а также первый индикатор и интегратор, подключенный ко второму индикатору.

При отрицательной температуре наружного воздуха происходит включение термостабилизаторов, в результате чего температура поверхностей ЧЭ стабилизируется на заданных одинаковых значениях в диапазоне от 80 до 100°С. В "сухом" воздушном потоке разность мощностей нагревателей, определяемая блоком выделения разности мощностей, во всем диапазоне изменения режима полета ЛА остается менее величины N_п, называемой порогом срабатывания сигнализатора обледенения. Зона нечувствительности нелинейного элемента равна пороговому значению N_п, и поэтому на его выходе сигнал отсутствует.

При попадании датчика обледенения в воздушный поток, содержащий капельную влагу, только рабочий ЧЭ ее улавливает и испаряет. Для поддержания заданной температуры ЧЭ первый термостабилизатор вырабатывает дополнительную мощность нагревателя, в результате чего разность мощностей на входе блока выделения разности мощностей превышает зону нечувствительности нелинейного элемента. Выходной сигнал нелинейного элемента пропорционален мощности нагревателя рабочего ЧЭ, затрачиваемой на испарение улавливаемой рабочим ЧЭ капельной влаги, далее поступает на вход индикатора интенсивности обледенения и вход интегратора, а с него - на второй индикатор, на котором отображается информация о накопленной толщине льда.

Показания известного устройства однозначно связаны с количеством улавливаемой и испаряемой капельной влаги, при этом определяется некоторая условная интенсивность обледенения. Однако, реальная зависимость интенсивности отложения льда (например, на носовой поверхности крыла) при одних и тех же значениях водности воздуха и скорости полета от температуры наружного воздуха из-за различных форм образования льда и его плотности приводит в этом устройстве к наличию систематической составляющей погрешности ее определения.

Таким образом, влияние изменения температуры наружного воздуха на порог срабатывания и показания известного устройства приводит к увеличению

погрешности определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда во всем диапазоне отрицательных температур, имеющих место при эксплуатации ЛА.

Задачей полезной модели является уменьшение влияния изменения температуры наружного воздуха на показания устройства.

Технический результат - повышение точности определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхностях ЛА, находящихся в воздушном потоке во всем эксплуатационном диапазоне изменения температуры наружного воздуха.

Сущность полезной модели заключается в том, что в устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда содержащее датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, первый термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей, подключенное первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом к входу первого нелинейного элемента, а также первый индикатор и интегратор, подключенный ко второму индикатору, введены измеритель температуры наружного воздуха, второй нелинейный элемент и блок умножения, причем выход измерителя температуры наружного воздуха подключен к входу второго нелинейного элемента, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выход первого нелинейного элемента соединен с первым входом блока умножения, выход которого соединен с интегратором и первым индикатором.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 обледенения, который включает рабочий чувствительный элемент 2 и компенсирующий чувствительный элемент 3, нагреватель 4 рабочего чувствительного элемента 2 и нагреватель 5 компенсирующего чувствительного элемента 3, а также термодатчик 6 рабочего чувствительного элемента 2 и термодатчик 7 компенсирующего чувствительного элемента 3. Термодатчик 6 подключен к первому входу первого термостабилизатора 8, выход которого подключен к нагревателю 4. Термодатчик 7 подключен к первому входу второго термостабилизатора 9, выход которого подключен к нагревателю 5. Выходы первого 8 и второго 9 термостабилизаторов подключены соответственно к первому и второму входам устройства 10 выделения разности мощностей, выход которого подключен к входу первого нелинейного элемента 11. Выход первого нелинейного элемента 11 подключен к первому входу блока 12 умножения, выход которого подключен к первому индикатору 13 и входу интегратора 14, выход которого подключен к второму индикатору 15. Измеритель 16 температуры наружного воздуха своим выходом подключен к входу второго нелинейного элемента 17, выход которого подключен ко второму входу блока умножения 12.

Устройство работает следующим образом. При переходе температуры воздушного потока в область отрицательных значений температура торцевых поверхностей чувствительных элементов 2 и 3 поддерживается на постоянном уровне в диапазоне (80-100)°С. В "сухом" воздушном потоке разность мощностей нагревателей 4 и 5, определяемая блоком 10, во всем диапазоне изменения режима полета летательного аппарата остается менее величины N_п, называемой порогом срабатывания сигнализатора обледенения. Зона нечувствительности первого нелинейного элемента 11 равна пороговому значению N_п, и поэтому на его выходе сигнал отсутствует.

При попадании датчика 1 обледенения в воздушный поток, содержащий капельную влагу при отрицательной температуре, только рабочий чувствительный элемент 2 ее улавливает и испаряет. Для поддержания заданной температуры рабочего чувствительного элемента 2 термостабилизатор 8 вырабатывает

дополнительную мощность нагревателя 4, в результате чего разность мощностей на входе блока 10 превышает зону нечувствительности первого нелинейного элемента 11. Выходной сигнал первого нелинейного элемента 11, пропорциональный мощности нагревателя 4, затрачиваемой на испарение улавливаемой чувствительным элементом 2 капельной влаги, поступает на первый вход блока 12 умножения, с выхода которого сигнал поступает на входы первого индикатора 13 и интегратора 14. Сигнал с интегратора 14 поступает на второй индикатор 15, на котором отображается информация о накопленной толщине льда.

Коэффициент передачи блока умножения 12 по первому входу определяется уровнем выходного сигнала второго нелинейного элемента 17, поступающего на его второй вход. При этом значение коэффициента передачи блока умножения 12 равно K_бу=1 в диапазоне температур воздуха от минус 10 до минус 60°С. В диапазоне температур от минус 10 до 0°С коэффициент K_бу линейно убывает до значения равного 0,7-0,8.

Введение в предлагаемое устройство блока умножения 12, второго нелинейного элемента 17 и измерителя 16 температуры воздушного потока позволяет скорректировать крутизну преобразования выходного сигнала о разности мощностей нагревателей чувствительных элементов 2 и 3 в сигналы об интенсивности обледенения и толщине отложения льда, что дает возможность практически полностью компенсировать систематическую составляющую погрешности определения параметров обледенения, обусловленную влиянием температуры наружного воздуха на форму отложения льда и его плотность.

Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда, содержащее датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, первый термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор, первым входом подключенный к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей, подключенное первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом к входу первого нелинейного элемента, а также первый индикатор и интегратор, подключенный ко второму индикатору, отличающееся тем, что в него введены измеритель температуры наружного воздуха, второй нелинейный элемент и блок умножения, причем выход измерителя температуры наружного воздуха подключен к входу второго нелинейного элемента, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выход первого нелинейного элемента соединен с первым входом блока умножения, выход которого соединен с интегратором и первым индикатором.