CN103270432A - 跑道上冰霜的预先检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
预测跑道上的冰霜厚度的沉积的预测装置，该装置包括：具有相对于跑道环境空气的非零相对速度的对象体，所述环境空气具有某一温度；能够知道所述活动对象体上存在的冰霜厚度的部件；该预测装置还包括：能够测量跑道温度的温度传感器；所述对象体的温度调节部件，以使所述活动对象体的温度基本等于或略小于跑道的温度；能够根据对象体上存在的冰霜厚度在t0时刻确定跑道在t1时刻的结冰霜水平的计算部件；能够向控制站通告由计算部件得到的结果的报警部件。
Description
技术领域
本发明涉及跑道上冰霜的预先检测方法和装置。
本发明还涉及能够准确预测和知道活动表面上的冰霜沉积的装置和方法。
本发明更特别的目标是自行车道上或车辆行驶道路上的冰霜厚度的预测。
本发明更特别的目标是航空器起飞和降落跑道上的冰霜厚度的预测。
本发明更特别但非唯一地涉及道路或高速公路上冰霜存在的预测。
本发明还涉及风轮机叶片上或对冰霜敏感的机械上冰霜存在的预测。
背景技术
目前，军用和商业航空使用起飞和降落跑道，跑道一定是长度有限的。冰霜厚度的出现明显降低可允许的起飞和/或降落的最大质量。实际上，在跑道上有冰霜存在的情况下，必要情况下的制动距离将大大增加。控制塔需要知道该冰霜的存在，控制塔将该冰霜的存在告知飞行员。夜间难以觉察冰霜的存在。因此控制塔必须派人员到跑道上以便定期核实不存在相当数量的冰霜，这导致很大的耗费。
在高速公路上问题也是相似的。迅速知道并尽可能预测马路的冰霜状态是极其重要的，以便通知司机，并组织行驶车道的除冰。
经验表明，需要至少30分钟的一段时间来组织通讯和进行除冰。因此迫切需要能够预测跑道上或道路上的相当厚度的冰霜出现。
理想的是，应能从出现冰霜时起预测冰霜的沉积。然而，只有当冰霜厚度大于导致跑道上附着力减弱的厚度时，冰霜的测量系统才运行。这已为时太晚。
由对于道路或跑道结冰霜状态的错误了解而引起的事故已经导致了非常多的事故。
在此本发明提出的目标是解决所提出的预测跑道上冰霜存在的问题。
本发明还可提出能够提高跑道上或道路上冰霜厚度测量部件的精度的解决方法。
有许多检测冰霜的检测部件。例如，作为例子可列举出使用超声波的探测件、磁致伸缩探测件、利用压力变化的探测件、使用光束或光电束的探测件……还存在振动探测件，覆盖冰霜的振动探测件具有随冰霜厚度变化的固有频率。
所有这些方法都具有优点和缺点，但是不能预测冰霜的形成。它们只能是，一旦冰霜层足够厚以被觉察和在需要时被测量时，检测冰霜的存在。
分析不同大气参数来推断冰霜出现的概率似乎是容易的。在现实中，该现象要复杂得多，并且证明通过分析大气参数预料跑道上的冰霜沉积是非常困难的甚至是不可能的。
因此需要设计一方面加速冰霜沉积和另一方面代表跑道温度条件的装置。实际上，研究后发现，环境空气温度与跑道温度之间存在很大差异。这主要是由于作为时间函数的跑道温度曲线的一阶导数与作为时间函数的空气温度曲线的一阶导数非常不同，因此在一给定时刻的跑道温度与周围空气温度可以是非常不同的。其它参数如跑道辐射，例如跑道下的土壤热惰性，更加剧该现象。
已经提出测量表面上冰霜厚度的许多装置，并且这些装置成为以下专利的申请主题：
－韩国专利KR20090096065提出能够通过研究石英的振动精确知道露点的装置。该装置不能预测跑道上的冰霜沉积；
－2007年4月11日的法国专利FR2914906提出能够检测飞行的航空器上存在冰霜的装置。该装置不能预测跑道上冰霜的存在。
－1986年10月15日的法国专利FR2605402提出包括带有冰霜厚度超声测量系统的转动体的装置。该系统不考虑可能与环境空气温度非常不同的跑道温度。因此，专利FR2605402提出的装置完全是无效的，因此当跑道温度不同于环境空气温度时不能使用，跑道温度不同于环境空气温度是经常的情况。
日本专利JP6174344提出包括在交换器的二个点的两个温度测量的装置。该装置完全没有启示环境大气中活动目标的存在。
发明内容
本发明通过提出专门适配的装置和方法解决上述问题，该装置和方法可以精确测量冰霜厚度EP并预测在表面如跑道P或道路上的冰霜形成。
为此本发明提出的装置包括：
－对象体，对象体具有相对于跑道环境空气的非零相对速度，所述环境空气具有一温度TA，
－能够知道所述对象体上存在的冰霜厚度的部件，
－温度传感器，其可以测量跑道P的温度TP，
－温度调节部件，其调节所述对象体的温度，以使所述对象体的温度基本等于或小于跑道的温度，
－报警系统，当所述对象体上的冰霜厚度达到与跑道P上显著的冰霜厚度相对应的数值时，报警系统能够通知控制站。
在一些非限制性实施方式中，根据本发明的装置可以具有单独地或以有利方式组合地取用的下面描述的附加零件和/或特征，其中可以预测跑道P上冰霜厚度EP沉积的装置包括：
－计算部件，计算部件利用在t0时刻在对象体上存在的冰霜厚度的变化曲线的厚度EO，根据时间函数的一阶导数（dEO/dt），能够在t0时刻预先确定跑道P在t1时刻的冰霜厚度EP。
还有利的是：
－通过调节部件MR调节的所述对象体的温度T0很略微地低于跑道P的温度TP；
－和/或跑道的温度与对象体被调节后的温度之间的差别等于预定值；
－该装置还包括验证部件，一旦跑道温度或环境大气温度低于预测值，验证部件能够在装置投入运行前和/或在其运行过程中验证装置的良好运行；
－对象体在环境大气中是活动的，以得到所述相对于跑道的环境空气的非零速度；
－和/或所述对象体围绕固定轴线XX’转动活动，所述对象体包括位于与转动轴垂直的平面中的纵轴线YY’，所述活动的对象体安装在具有纵轴线ZZ’的转动臂上，使轴线YY’和ZZ’形成角度ALPHA，以使对象体上形成的冰霜不会被离心力射出；
－和/或对象体位于跑道的环境空气的强制对流装置中，以便得到相对于跑道的环境空气的非零相对速度；
－和/或只有跑道温度低于预定阈值时对象体开始活动；
－和/或只有跑道温度低于预定阈值时启动环境空气的强制对流运动；
－和/或装置包括多个以不同速度转动的转动臂；
－和/或可以根据环境条件控制对象体的转动速度的部件；
－和/或可以根据要求（例如在跑道除冰之后）去除对象体上冰霜的“重置”控制，以便考虑跑道表面的状态。
在一些非限制性实施方式中，本发明还提出可以实施上述装置的方法，该方法至少包括：
－对象体，对象体具有相对于跑道的环境空气的非零相对速度，所述环境空气具有一温度TA，
－能够知道所述活动的对象体上存在的冰霜厚度EO的部件，
－温度传感器CT，其能够测量跑道P的温度TP，
－温度调节部件MR，其调节所述活动的对象体的温度TO，以使所述活动的对象体的温度TO基本等于跑道的温度TP，
－报警系统，报警系统能够通知控制站PC所述活动的对象体上存在的冰霜出现显著的厚度EG，
以及包括的步骤在于：
－测量跑道P的温度TP，
－将对象体的温度调节到基本等于跑道P的温度，
－测量对象体上存在的冰霜厚度，
－一旦对象体上的冰霜厚度超过预定值时，向控制站发送报警信息。
在一些非限定性实施方式中，根据本发明的方法可以具有单独地或以有利方式组合地取用的下面描述的附加步骤：
－测量跑道P的温度TP，
－将对象体的温度调节到略低于跑道P的温度，
－测量对象体上存在的冰霜厚度，
－一旦对象体上的冰霜厚度超过预定值时，向控制站发送报警信息。
在另一非限定性实施方式中，根据本发明的方法可以具有单独地或以有利方式组合地取用的下面描述的附加步骤：
－测量跑道P的温度TP，
－将对象体的温度调节到等于或略低于跑道P的温度，
－在t1时刻测量对象体上存在的冰霜厚度，
－在t1+dt时刻测量对象体上存在的冰霜厚度，
－利用与t1时刻对象体上存在的冰霜厚度有关的信息和与t1+dt时刻对象体表面存在的冰霜厚度有关的信息，计算在时间间隔DELTAt后跑道上的冰霜厚度将达到的临界厚度EC，
－向控制站发送报警信息，指示在多长时间后跑道上的冰霜厚度将超过临界值EC。
附图说明
下面作为非限定性实例参照附图描述本发明的一实施方式，附图中：
图1示意性示出根据本发明的装置的例子，其中对象体相对环境空气在转动方面是活动的；
图2a是根据本发明的装置的示意性俯视图；
图2b是根据本发明的装置的一变型的示意性俯视图；
图3示意性示出根据本发明的装置的另一例子，其中对象体位于环境空气的强制对流装置中。
具体实施方式
图1示意性示出包括温度探测件CT并且温度为TP的一段跑道P。转动臂B由马达M带动围绕轴线XX’转动。一个对象体1被臂B带动转动并通过温度调节器MR保持在温度TO。对象体1包括测量对象体1上冰霜厚度的测量部件。如果对象体1上检测的冰霜厚度大于预定值，则向控制站PC发送报警信息。
图2a示意性示出转动臂B的俯视图。这里，在转动臂的轴线ZZ’和对象体1的轴线YY’之间存在角度ALPHA。
图2b示意性示出转动臂B的俯视图，这里，与对象体1基本垂直并位于所述对象体端部的结构件2防止冰霜在离心力的作用下被推向外部。
图3示意性示出根据本发明的另一实施例。对象体1位于在此为柱形的管道中。在此位于对象体下游的风扇VR抽吸环境空气，因此使环境空气相对于对象体产生非零速度。对象体包括测量存在于其前部上的冰霜厚度的测量部件。对象体的温度由调节部件MR调节到基本等于跑道温度的温度TO，在此调节到比跑道P的温度TP低0.5℃的温度。对应对象体上随时间变化的冰霜厚度的信息通过计算器处理，并考虑对象体上的冰霜层厚度和该厚度随时间的变化，用于以预测的方式推断跑道上的冰霜的显著存在。该信息随后被送往控制站PC。
根据本发明的方法在于进行以下步骤序列：
－定期测量跑道的温度TP；
－如果温度TP低于预定值，例如+5℃，则使转动臂B转动；
－将活动的对象体的温度调节到略低于温度TP的温度（例如TP-0.4℃）；
－测量t0时刻对象体上存在的冰霜的厚度；
－测量接近t0的时刻对象体上的冰霜厚度的变化；
－通过分析t0时刻对象体1上存在的冰霜厚度的测量和接近t0时刻的对象体上的冰霜厚度变化的测量，由计算器确定在一临近的未来之后（例如30分钟后）跑道上将存在的冰霜厚度；
－将通过计算器得到的结果传送到控制站。
根据本发明的另一方法在于进行以下步骤序列：
－定期测量跑道的温度TP；
－如果温度TP低于预定值，例如+5℃，则使环境空气围绕对象体运动；
－将对象体的温度调节到略低于跑道温度TP的温度（例如TP-0.4℃）；
－测量t0时刻对象体1上存在的冰霜厚度；
－测量接近t0的时刻对象体上的冰霜厚度的变化；
－通过分析t0时刻对象体1上存在的冰霜厚度的测量和接近t0的时刻对象体上的冰霜厚度变化的测量，由计算确定在一临近的未来之后（例如30分钟后）跑道上将存在的冰霜厚度；
－将通过计算器得到的结果传送到控制站。
因此看到，可以以工业方式实现一装置并可设计可以预测跑道上将存在的冰霜厚度的方法。
本领于技术人员可以将该概念用于许多的其它类似系统，而不超出所附权利要求确定的本发明的范围。例如所附权利要求中确定的装置和方法将能够预测风轮机叶片上或其运行会受冰霜存在的影响的机械上的冰霜水平。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.预测跑道（P）上冰霜厚度（EP）的沉积的预测装置，该预测装置包括：
－对象体（1），对象体具有相对于跑道（P）环境空气的非零相对速度（VC），所述环境空气具有一温度（TA），
－能够知道所述对象体上存在的冰霜厚度（EO）的部件，
其特征在于，该预测装置还包括：
－温度传感器（CT），其能够测量跑道（P）的温度（TP），
－温度调节部件（MR），其调节所述对象体（1）的温度（TO），以使所述对象体（1）的温度（TO）基本等于或低于跑道的温度（TP），
－报警系统，当所述对象体上的冰霜厚度（EO）达到与跑道（P）上的显著冰霜厚度（EP）相对应的数值时，报警系统能够通知控制站（PC）。
2.如权利要求1所述的预测装置，其还包括计算部件，计算部件利用t0时刻对象体上存在的冰霜厚度（EO）的变化曲线相对时间的一阶导数（dEO/dt），能够在t0时刻预先确定t1时刻跑道（P）上的冰霜厚度（EP）。
3.如权利要求1或2所述的预测装置，其特征在于，通过温度调节部件（MR）调节的所述对象体的温度（TO）低于跑道（P）的温度（TP）。
4.如权利要求3所述的预测装置，其特征在于，跑道（P）的温度（TP）与所述对象体被调节后的温度之间的差别等于预定值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的预测装置，其特征在于，该预测装置还包括验证部件，一旦跑道温度低于预定阈值，验证部件能够验证系统的良好运行。
6.如权利要求1至5中任一项所述的预测装置，其特征在于，对象体（1）在环境空气中是活动的，以得到所述相对于跑道（P）的环境空气的非零速度。
7.如权利要求6所述的预测装置，其特征在于，所述活动的对象体围绕固定轴线XX’转动活动，所述活动的对象体包括位于与转动轴垂直的平面中的纵轴线YY’，所述活动的对象体安装在具有纵轴线ZZ’的转动臂（B）上，使轴线YY’和ZZ’形成角度ALPHA，以使对象体上形成的冰霜不会被离心力射出。
8.如权利要求1至5中任一项所述的预测装置，其特征在于，该预测装置包括跑道（P）的环境空气的强制对流装置，对象体（1）位于强制对流装置中，以便得到所述相对于跑道（P）的环境空气的非零速度（VC）。
9.跑道（P）上的冰霜厚度（EP）的沉积的预先检测方法，其包括：
－对象体（1），对象体具有相对于跑道（P）的环境空气的非零速度，所述环境空气具有一温度（TA），
－能够知道所述对象体上存在的冰霜厚度（EO）的部件，
－温度传感器（CT），其能够测量跑道（P）的温度（TP），
－温度调节部件（MR），其调节所述对象体（1）的温度（TO），以使所述对象体（1）的温度（TO）基本等于跑道的温度（TP），
－报警系统，当所述对象体上的冰霜厚度（EO）达到与跑道（P）上的显著冰霜厚度（EP）相对应的数值时，报警系统能够通知控制站（PC），
其特征在于该检测方法包括的步骤在于：
－测量跑道（P）的温度（TP），
－将所述对象体的温度调节到等于或略低于跑道（P）的温度，
－测量所述对象体上存在的冰霜厚度，
－一旦所述对象体上的冰霜厚度超过预定值时，向控制站发送报警信息。
10.根据权利要求9所述的跑道（P）上的冰霜厚度（EP）的沉积的预先检测方法，其特征在于，测量所述对象体上存在的冰霜厚度的步骤在于：
－测量t0时刻所述对象体上存在的冰霜厚度，
－测量t1=t0+dt时刻所述对象体上存在的冰霜厚度，
以便利用与t0和t1时刻所述对象体上存在的冰霜厚度有关的信息，计算在多长时间间隔DELTAt后跑道上的冰霜厚度将达到临界厚度；
以及，在向控制站发送报警信息的步骤中，报警信息指示在多长时间后跑道上的冰霜厚度将超过所述临界值。
Claims (10)
1.预测跑道（P）上冰霜厚度（EP）的沉积的预测装置，该预测装置包括：
－对象体（1），对象体具有相对于跑道（P）环境空气的非零相对速度（VC），所述环境空气具有一温度（TA），
－能够知道所述对象体上存在的冰霜厚度（EO）的部件，
其特征在于，该预测装置还包括：
－温度传感器（CT），其能够测量跑道（P）的温度（TP），
－温度调节部件（MR），其调节所述对象体（1）的温度（TO），以使所述对象体（1）的温度（TO）基本等于跑道的温度（TP），
－报警系统，当所述对象体上的冰霜厚度（EO）达到与跑道（P）上的显著冰霜厚度（EP）相对应的数值时，报警系统能够通知控制站（PC）。
2.如权利要求1所述的预测装置，其还包括计算部件，计算部件利用t0时刻对象体上存在的冰霜厚度（EO）的变化曲线相对时间的一阶导数（dEO/dt），能够在t0时刻预先确定t1时刻跑道（P）上的冰霜厚度（EP）。
3.如权利要求1或2所述的预测装置，其特征在于，通过温度调节部件（MR）调节的所述对象体的温度（TO）很略微地低于跑道（P）的温度（TP）。
4.如权利要求3所述的预测装置，其特征在于，跑道（P）的温度（TP）与所述对象体被调节后的温度之间的差别等于预定值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的预测装置，其特征在于，该预测装置还包括验证部件，一旦跑道温度低于预定阈值，验证部件能够验证系统的良好运行。
6.如权利要求1至5中任一项所述的预测装置，其特征在于，对象体（1）在环境空气中是活动的，以得到所述相对于跑道（P）的环境空气的非零速度。
7.如权利要求6所述的预测装置，其特征在于，所述活动的对象体围绕固定轴线XX’转动活动，所述活动的对象体包括位于与转动轴垂直平面中的纵轴线YY’，所述活动的对象体安装在具有纵轴线ZZ’的转动臂（B）上，使轴线YY’和ZZ’形成角度ALPHA，以使对象体上形成的冰霜不会被离心力射出。
8.如权利要求1至5中任一项所述的预测装置，其特征在于，对象体（1）位于跑道（P）的环境空气的强制对流装置中，以便得到所述相对于跑道（P）的环境空气的非零速度（VC）。
9.跑道（P）上的冰霜厚度（EP）的沉积的预先检测方法，其包括：
－对象体（1），对象体具有相对于跑道（P）的环境空气的非零相对速度（VC），所述环境空气具有一温度（TA），
－能够知道所述对象体上存在的冰霜厚度（EO）的部件，
－温度传感器（CT），其能够测量跑道（P）的温度（TP），
－温度调节部件（MR），其调节所述对象体（1）的温度（TO），以使所述对象体（1）的温度（TO）基本等于跑道的温度（TP），
－报警系统，当所述对象体上的冰霜厚度（EO）达到与跑道（P）上的显著冰霜厚度（EP）相对应的数值时，报警系统能够通知控制站（PC），
其特征在于该检测方法包括的步骤在于：
－测量跑道（P）的温度（TP），
－将所述对象体的温度调节到等于或略低于跑道（P）的温度，
－测量所述对象体上存在的冰霜厚度，
－一旦所述对象体上的冰霜厚度超过预定值时，向控制站发送报警信息。
10.预测跑道（P）上的冰霜厚度（EP）的沉积的预先检测方法，其包括：
－对象体（1），对象体具有相对于跑道（P）环境空气的非零相对速度（VC），所述环境空气具有一温度（TA）；
－能够知道所述对象体上存在的冰霜厚度（EO）的部件；
－温度传感器（CT），其能够测量跑道（P）的温度（TP）；
－温度调节部件（MR），其调节所述对象体（1）的温度（TO），以使所述对象体（1）的温度（TO）基本等于跑道的温度（TP）；
－报警系统，当所述对象体上的冰霜厚度（EO）达到与跑道（P）上相当数量的冰霜厚度（EP）相应的数值时，报警系统能够通知控制站（PC）；
其特征在于该检测方法包括的步骤在于：
－测量跑道（P）的温度（TP），
－将所述对象体的温度调节到等于或略低于跑道（P）的温度，
－测量t0时刻所述对象体上存在的冰霜厚度，
－测量t1=t0+dt时刻所述对象体上存在的冰霜厚度，
－利用与t0和t1时刻所述对象体上存在的冰霜厚度有关的信息，计算在时间间隔DELTAt后跑道上的冰霜厚度将达到的临界厚度，
－向控制站发送报警信息，指示在多长时间后跑道上的冰霜厚度将超过所述临界值。
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