CN111595386A - 一种跑道积冰自主感知装置 - Google Patents

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Abstract

一种跑道积冰自主感知装置。其包括半导体热电制冷器件、紫铜热沉、太阳花散热片、保温隔热垫片、顶部封板、隔热棉、第一至第三温度传感器、航空插座、外壳、底部封板、驱动电路模块、单片机、无线通讯模块、开关电源和测冰厚压电陶瓷。本发明效果：通过主动降温制冷，可提前预知未来一段时间内跑道结冰情况，达到机场积冰预警需求。通过单片机改变驱动电路模块电流方向，由此对装置上方道面进行加热，融化之前积冰，能进行持续地预警感知。方便民航工作人员使用，及时有效地提供预警信息，根据预警信息合理调配除冰设备等资源。通过对装置的驱动和温度控制实现道面主动降温积冰预警功能，确保航班安全和正点率，对机场道面积冰领域研究尤为重要。

Description

一种跑道积冰自主感知装置
技术领域
本发明属于民航跑道装置技术领域，具体涉及一种可以通过对该装置的驱动和温度控制实现跑道积冰自主感知的装置。
背景技术
随着我国民航业的飞速发展，人民生活水平不断提高，因此飞行出行逐渐成为人们的日常交通工具。但机场航班正点和安全是民航业关注的重点，安全是民用航空永恒的主题。根据ICAO 2018年SR安全报告，地面安全和跑道安全造成的事故分别占总事故的18％和40％。由此可知，机场跑道地面安全是影响航班安全性的重要因素。影响航班正点和飞行安全的主要因素之一就是寒冷条件下跑道结冰。2019年3月11日上午受冻雨天气影响，乌鲁木齐某国际机场出现跑道结冰现象，使得跑道临时关闭，滞留旅客近七千人。2019年12月20日位于新疆北疆的四个机场因降雪造成跑道积冰而关闭。2019年2月1日，一架从印度新德里起飞的波音787喷气式飞机在降落日本某机场时在结冰的跑道上打滑，所幸没有人员受伤。跑道结冰会使得摩擦系数降低，在飞机起飞和降落中会引发安全事故。此外，机场除冰雪大都会用到除冰液，但过量使用会造成环境污染，长期使用会损伤道面，从而影响飞机正常出行。故主动对跑道进行制冷积冰，以判断未来一段时间内跑道的积冰情况，对机场稳定运行非常重要。多年前美国马塞尔博施雄.施密顿等人发明了一种用于测定路面液体凝固点的装置(专利号：4383770)，该装置的缺点是通过需要有线连接，检测人员需要到现场进行监控，且装置使用的冷却板冷却效率不高，不能及时进行散热。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种跑道积冰自主感知装置。
为了达到上述目的，本发明提供的跑道积冰自主感知装置包括半导体热电制冷器件、紫铜热沉、太阳花散热片、保温隔热垫片、顶部封板、隔热棉、第一至第三温度传感器、航空插座、外壳、底部封板、驱动电路模块、单片机、无线通讯模、开关电源和测冰厚压电陶瓷；其中，所述的底部封板水平设置；外壳的下端口固定在底部封板的边缘；太阳花散热片设置在外壳的内部，底部一侧形成有一个电子件设置空间；顶部封板的中部形成有一个开孔，安装在外壳的上端口处；紫铜热沉设置在顶部封板的开孔中，并且紫铜热沉和顶部封板的顶面与机场跑道的道面齐平；半导体热电制冷器件安装在紫铜热沉的底面和太阳花散热片的顶面之间；保温隔热垫片设置在半导体热电制冷器件的外周，并且保温隔热垫片和顶部封板之间填充有隔热棉；第一温度传感器安装在紫铜热沉上；航空插座、单片机、驱动电路模块、无线通讯模块和开关电源安装在太阳花散热片底部的电子件设置空间内；无线通讯模块上的无线通讯模块天线紧贴在顶部封板的内表面，方便接收信号；第二温度传感器和第三温度传感分别安装在外壳内表面上下部；测冰厚压电陶瓷安装在紫铜热沉的表面；半导体热电制冷器件与驱动电路模块电连接；驱动电路模块、第一至第三温度传感器和测冰厚压电陶瓷分别与单片机电连接；单片机通过无线通讯模块及互联网与机场控制中心的计算机无线连接；上述所有用电部件均由机场电源系统供电。
所述的太阳花散热片的中间部位是实心结构，周围是散热齿，并且散热齿的外端紧贴外壳的内周面。
所述的单片机的型号是STC89C52。
所述的外壳、顶部封板和底部封板均采用铝合金材料制成。
所述的外壳与顶部封板和底部封板、顶部封板与紫铜热沉间的连接处均采用环氧树脂17进行密封。
本发明装置的特点及有益效果是：半导体热电制冷器件作为小区域制冷有着传统制冷方式不可比拟的优势，有效地控制系统设计不仅能够发挥其制冷的良好特性，更能达到稳定、精确和低耗的控制效果。本装置通过主动降温制冷，可提前预知未来一段时间内跑道结冰情况，可达到机场积冰预警需求。可通过单片机改变驱动电路模块的电流方向，由此对装置上方道面进行加热，融化之前的积冰，因此能够进行持续地预警感知。使用无线通讯模块进行通讯，解决布线，节约成本，方便民航工作人员使用，及时有效地提供预警信息，根据预警信息合理调配除冰设备等资源。通过对该装置的驱动和温度控制实现道面主动降温积冰预警功能，确保航班安全和正点率，对机场道面积冰领域研究尤为重要。
附图说明
图1为本发明提供的跑道积冰自主感知装置纵向剖面图。
图2为本发明提供的跑道积冰自主感知装置结构立体图。
图3为本发明提供的跑道积冰自主感知装置控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的原理及结构作进一步的说明。
如图1～图3所示，本发明提供的跑道积冰自主感知装置设置在机场跑道的土基中，包括半导体热电制冷器件1、紫铜热沉2、太阳花散热片3、保温隔热垫片4、顶部封板5、隔热棉6、第一至第三温度传感器7，18，19、航空插座8、外壳10、底部封板11、驱动电路模块12、单片机13、无线通讯模块14、开关电源16和测冰厚压电陶瓷20；其中，所述的底部封板11水平设置；外壳10的下端口固定在底部封板11的边缘；太阳花散热片3设置在外壳10的内部，底部一侧形成有一个电子件设置空间；顶部封板5的中部形成有一个开孔，安装在外壳10的上端口处；紫铜热沉2设置在顶部封板5的开孔中，并且紫铜热沉2和顶部封板5的顶面与机场跑道的道面齐平；半导体热电制冷器件1安装在紫铜热沉2的底面和太阳花散热片3的顶面之间；保温隔热垫片4设置在半导体热电制冷器件1的外周，并且保温隔热垫片4和顶部封板5之间填充有隔热棉6；第一温度传感器7安装在紫铜热沉2上；航空插座8、单片机13、驱动电路模块12、无线通讯模块14和开关电源16安装在太阳花散热片3底部的电子件设置空间内；无线通讯模块14上的无线通讯模块天线15紧贴在顶部封板5的内表面，方便接收信号；第二温度传感器18和第三温度传感器19分别安装在外壳10内表面上下部；测冰厚压电陶瓷20安装在紫铜热沉2的表面；半导体热电制冷器件1与驱动电路模块12电连接；驱动电路模块12、第一至第三温度传感器7，18，19和测冰厚压电陶瓷20分别与单片机13电连接；单片机13通过无线通讯模块14及互联网与机场控制中心的计算机无线连接；上述所有用电部件均由机场电源系统供电。
所述的太阳花散热片3的中间部位是实心结构，周围是散热齿，并且散热齿的外端紧贴外壳10的内周面。
所述的单片机13的型号是STC89C52，用于接收处理气象站数据和控制驱动电路模块12。
所述的外壳10、顶部封板5和底部封板11均采用铝合金材料制成。
所述的外壳10与顶部封板5和底部封板11、顶部封板5与紫铜热沉2间的连接处均采用环氧树脂17进行密封。
现将本发明提供的跑道积冰自主感知装置的工作原理阐述如下：
如图3所示，在机场运行过程中，首先打开开关电源16，在单片机13的控制下通过无线通讯模块14从互联网上接收气象数据中未来一段时间的道面温度，并判断该道面温度是否低于冰点，若低于冰点，则以该道面温度作为目标温度值控制驱动电路模块12输出相应的驱动信号驱动半导体热电制冷器件1进行工作，半导体热电制冷器件1作为热泵其上端制冷，下端制热，并通过紫铜热沉2将冷量传递给道面，同时利用第一温度传感器7检测道面温度是否达到该目标温度值；然后通过太阳花散热片3将热量通过外壳10散发至机场跑道的土基中，同时利用第二、第三温度传感器18、19分别检测太阳花散热片3上下部的实时温度，以判断装置的散热情况及半导体热电制冷器件1是否工作正常。之后单片机13将上述道面温度和装置的实时温度通过无线通讯模块14及互联网上传给机场控制中心的计算机，并在显示器上进行显示。若测冰厚压电陶瓷20检测到其平模上出现结冰时，结冰会增大平模的刚度，使平模的谐振频率增大，这时单片机13将根据谐振频率的变化量大小来判断结冰的厚度。当结冰达到某一厚度时，单片机13通过改变驱动电路模块12电流方向的方法使半导体热电制冷器件1的上端制热，下端制冷，以融化之前的积冰，待积冰融化后再按上述方法继续进行道面下一次的积冰预警，由此实现预测积冰和实测积冰信息的反馈，民航工作人员可在机场控制中心的计算机上根据两者信息误差，在线修正积冰感知预测算法，以实现控制过程的记录和干预。

Claims (5)

1.一种跑道积冰自主感知装置，其特征在于：所述的跑道积冰自主感知装置设置在机场跑道的土基中，包括半导体热电制冷器件(1)、紫铜热沉(2)、太阳花散热片(3)、保温隔热垫片(4)、顶部封板(5)、隔热棉(6)、第一至第三温度传感器(7，18，19)、航空插座(8)、外壳(10)、底部封板(11)、驱动电路模块(12)、单片机(13)、无线通讯模块(14)、开关电源(16)和测冰厚压电陶瓷(20)；其中，所述的底部封板(11)水平设置；外壳(10)的下端口固定在底部封板(11)的边缘；太阳花散热片(3)设置在外壳(10)的内部，底部一侧形成有一个电子件设置空间；顶部封板(5)的中部形成有一个开孔，安装在外壳(10)的上端口处；紫铜热沉(2)设置在顶部封板(5)的开孔中，并且紫铜热沉(2)和顶部封板(5)的顶面与机场跑道的道面齐平；半导体热电制冷器件(1)安装在紫铜热沉(2)的底面和太阳花散热片(3)的顶面之间；保温隔热垫片(4)设置在半导体热电制冷器件(1)的外周，并且保温隔热垫片(4)和顶部封板(5)之间填充有隔热棉(6)；第一温度传感器(7)安装在紫铜热沉(2)上；航空插座(8)、单片机(13)、驱动电路模块(12)、无线通讯模块(14)和开关电源(16)安装在太阳花散热片(3)底部的电子件设置空间内；无线通讯模块(14)上的无线通讯模块天线(15)紧贴在顶部封板(5)的内表面；第二温度传感器(18)和第三温度传感器(19)分别安装在外壳(10)内表面上下部；测冰厚压电陶瓷(20)安装在紫铜热沉(2)的表面；半导体热电制冷器件(1)与驱动电路模块(12)电连接；驱动电路模块(12)、第一至第三温度传感器(7，18，19)和测冰厚压电陶瓷(20)分别与单片机(13)电连接；单片机(13)通过无线通讯模块(14)及互联网与机场控制中心的计算机无线连接；上述所有用电部件均由机场电源系统供电。
2.根据权利要求1所述的跑道积冰自主感知装置，其特征在于：所述的太阳花散热片(3)的中间部位是实心结构，周围是散热齿，并且散热齿的外端紧贴外壳(10)的内周面。
3.根据权利要求1所述的跑道积冰自主感知装置，其特征在于：所述的单片机(13)的型号是STC89C52。
4.根据权利要求1所述的跑道积冰自主感知装置，其特征在于：所述的外壳(10)、顶部封板(5)和底部封板(11)均采用铝合金材料制成。
5.根据权利要求1所述的跑道积冰自主感知装置，其特征在于：所述的外壳(10)与顶部封板(5)和底部封板(11)、顶部封板(5)与紫铜热沉(2)间的连接处均采用环氧树脂(17)进行密封。
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