EA007342B1

EA007342B1 - Способ определения опасности отложения льда вследствие атмосферных осадков и устройство для реализации способа

Info

Publication number: EA007342B1
Application number: EA200500270A
Authority: EA
Inventors: Эван Нилсен
Original assignee: Далсгаард Нилсен Апс
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2006-08-25
Also published as: NO20051435L; PL375347A1; CN1684871A; CN100359339C; US7418347B2; AU2003257399A1; PL211575B1; JP4477497B2; DE60331231D1; EA200500270A1; JP2005536389A; WO2004018291A1; ATE457267T1; US20050251341A1; CA2496188A1; NO20051435D0; EP1545972A1; EP1545972B1; CA2496188C

Abstract

Изобретение относится к способу и устройству, предназначенным для определения опасности отложения льда вследствие атмосферных осадков. Согласно изобретению известные до сих пор измерения атмосферных осадков комбинируют с измерениями фактического количества льда, отложившегося из осадка. Соединение указанных измерений происходит в комбинирующем блоке, позволяющем получить дальнейшую информацию о таких параметрах, как, например, количество и тип противообледенительной жидкости. По сравнению с существующим уровнем техники реализуется значительно более достоверное определение опасности отложения льда, в частности, на крыле самолета, обработанном противообледенительной жидкостью. Таким образом, достигается надежное определение срока действия антиобледенителя (СДА), в течение которого можно быть уверенным, что самолет в данных погодных условиях свободен ото льда.

Description

Изобретение относится к способу определения опасности отложения льда вследствие атмосферных осадков. Преимущественно, но не исключительно, оно предназначено для применения в связи с определением опасности обледенения в сфере воздушного транспорта.

Уровень техники

В ситуациях, когда имеет место вероятность формирования льда, для воздушного транспорта применяют жидкости, предотвращающие обледенение (противообледенительные жидкости). Используют различные типы и концентрации таких жидкостей, причем проблема заключается в том, как определить время, в течение которого противообледенительная жидкость будет сохранять свою эффективность при данных погодных условиях. Этот отрезок времени носит название срок действия антиобледенителя, далее он обозначается аббревиатурой СДА.

Организации, связанные с международными авиалиниями, публикуют таблицы, в которых указан интервал времени, соответствующий сроку действия антиобледенителя, причем только для некоторых жидкостей такого назначения и очень небольшого числа их концентраций. Для этих таблиц, являющихся в настоящее время единственным приемлемым рабочим инструментом, можно указать два главных фактора неопределенности. Во-первых, границы интервалов времени, перечисленных в таблицах, сильно разнесены, например, минимум 30 мин/максимум 60 мин. Во-вторых, указанные таблицы можно применять только в том случае, когда имеется возможность правильно оценить характер атмосферных осадков, т.к. таблицы разделены согласно соответствующим типам, таким, например, как снег или переохлажденная вода. В конечном счете ответственность за такую оценку лежит на пилоте. Пилот, ведя наблюдение из внутреннего объема кабины через сильно нагретое наклонное окно, причем часто в таких погодных условиях, как попутные ветры, должен оценить тип атмосферных осадков и после этого установить по таблице минимальный и максимальный интервалы времени.

В аэропортах причиной самых длительных задержек являются весьма переменчивые типы атмосферных осадков, имеющие место обычно в температурном интервале на 5-8°С выше точки замерзания. Самолетам часто приходится долго ждать получения разрешения на взлет, а противообледенительная жидкость в зависимости от условий связанной с осадками ситуации расходуется быстрее или медленнее.

На сегодняшний день число описанных авиационных катастроф, вызванных накоплением льда, достигает 141, причем при этом погибло 1200 человек.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке способа, позволяющего определить величину СДА, причем указанное определение основывается на реальных измерениях, а не на субъективных оценках, используемых до настоящего времени в соответствии с существующим уровнем техники.

Эта задача решается с помощью способа, разработанного согласно отличительной части п.1 формулы изобретения. Фактически, результаты определения типа атмосферных осадков или эквивалентного количества жидкости нельзя использовать для соотнесения с количеством льда, которое будет сформировано, поскольку согласно известным способам невозможно различить между собой переохлажденную и обычную воду. Указанная неопределенность достигает максимума как раз в температурном интервале, соответствующем максимальной опасности обледенения, а именно около 0°С.

Посредством комбинации измерений, реализуемой согласно отличительной части п.1 формулы изобретения, осуществляют полное и объективное измерение условий, важных для оценки опасности формирования льда при применении противообледенительной жидкости. Указанная комбинация и ее принцип действия более детально разъясняются в контексте фиг. 2 и 3.

Каждое из двух измерений, комбинируемых согласно изобретению, можно провести отдельно от другого с помощью уже известных способов, причем это можно реализовать, используя как раздельные приборы, так и комбинированное устройство. Например, эквивалентное количество жидкости можно определить с помощью методики, описанной в патенте США № 5434778.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения фактическое содержание льда в осадке определяют посредством измерения реального формирования льда, например, с помощью метода, описанного в международной заявке АО 00/54078 (см. п.6 формулы изобретения).

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения температуру контролируемого элемента поверхности устанавливают, по существу, соответствующей температуре атмосферного воздуха. Однако в порядке альтернативы температуру указанного элемента можно регулировать, выбирая другое заранее заданное значение. При таком подходе можно исключить из рассмотрения такие параметры, как температура топлива в крыле или температура противообледенительной жидкости, нанесенной посредством распыления.

С помощью устройства, описанного в международной заявке АО 00/54078, несколько элементов поверхности вращают с угловой скоростью, приводящей к отложению льда и в то же время обеспечивающей сбрасывание большей части воды. Используя способ по изобретению таким образом, как это изложено в п.10 формулы, обеспечивают условия, при которых медленное вращение не уменьшает реального формирования льда, а большая скорость вращения гарантирует, что на вращающемся элементе к

- 1 007342 моменту взвешивания количества отложившегося льда не остается воды. Количество льда можно определить не только взвешиванием, но и другими способами.

Кроме того, целесообразно провести дополнительные измерения, например, такого типа, который охарактеризован в пп.11-14 формулы.

Комбинируя надежное измерение, оценивающее опасность формирования льда, с данными о типе и концентрации нанесенной противообледенительной жидкости, можно обеспечить более надежную оценку срока действия антиобледенителя (СДА). Ожидается, что в течение указанного срока крыло самолета в данных погодных условиях будет предохраняться ото льда. По сравнению с существующими способами при использовании изобретения можно задавать СДА, характеризующийся очень сильно сближенными границами опасной ситуации (см. комментарий при рассмотрении фиг. 2 и 3).

Однако часто, причем в особенности в сфере воздушного транспорта, практикуется довольно консервативный подход. Как следствие, неизбежно пройдет некоторое время, прежде чем пилоты привыкнут к возможности точного определения срока действия антиобледенителя. Несомненно, в течение какого-то времени еще будут применяться хорошо известные таблицы, в которых одним из элементов неоднозначности является необходимость определения типа атмосферных осадков. Используя изобретение таким образом, как это предписано в п.17 формулы, для получения достоверного указания фактического состава осадка можно использовать объективную оценку, являющуюся результатом использования изобретения.

В этом случае пилот может оценить ситуацию как безопасную, прежде всего, удостоверившись, что срок действия антиобледенителя согласно изобретению лежит в пределах максимальных интервалов, приведенных в таблицах, и при этом полностью доверяя использованию срока действия антиобледенителя согласно изобретению, поскольку указанный параметр представляет собой надежное, строго определенное ограничение.

Хотя высшим приоритетом, безусловно, является безопасность, имеет место также аспект, связанный с высокой стоимостью противообледенительной жидкости, т.е. с большими денежными затратами, а также с излишним загрязнением окружающей среды при нанесении большего количества противообледенительной жидкости, чем это необходимо для обеспечения безопасности полета. Используя изобретение таким образом, как это описано в п.15 формулы, можно определить минимальную необходимую концентрацию такой жидкости, обеспечивающую требуемый срок действия антиобледенителя.

Кроме перечисленных выше преимуществ, изобретение предлагает альтернативные варианты, открывающие совершенно новые перспективы. Посредством комбинирования измерительного оборудования, предназначенного для определения количества атмосферных осадков, с системами измерительного оборудования, измеряющими количество реально отложившегося льда, теперь появляется возможность создать самообучающуюся экспертную систему, как это описано в п.19 формулы. Согласно изобретению определяют срок действия антиобледенителя на уровне, гораздо более надежном по сравнению с используемыми до сих пор данными, хотя они и основаны на измерениях погодных условий, проведенных не более пяти или десяти минут тому назад. Предлагаемые таблицы базируются на эмпирических условиях, которые можно зарегистрировать в расчетном виде, где некоторые параметры автоматически регулируются путем сравнения количества отложившегося льда, рассчитанного в рамках расчетной модели, с реально измеренным количеством льда. Таким образом, опасность обледенения можно своевременно прогнозировать. Соединив друг с другом компьютеры в различных аэропортах и введя метеорологические данные, можно расширить границы действия модели, обеспечив на основании этих данных оценку опасности обледенения в зоне других аэропортов, причем указанную оценку можно сопоставить с данными по измеренному накоплению льда в этих аэропортах на данный момент. Затем расчетную модель можно динамичным образом оптимизировать.

Кроме того, изобретение относится к устройству для реализации способа согласно изобретению по п.1 формулы. Устройство характеризуется конфигурацией, описанной в п.21 формулы.

Предпочтительно, чтобы устройство содержало также блок хранения данных, содержащий эмпирическую информацию о сроке действия антиобледенителя. Тем самым обеспечивается гораздо более надежное определение фактического значения этого параметра (см. п.22 формулы).

Устройство может также включать в себя компьютер, содержащий математическую модель оценки, например, срока действия антиобледенителя, причем указанная модель содержит несколько (настраиваемых) регулируемых параметров. Эти параметры можно регулировать путем сопоставления результатов оценки и реально измеренных данных, как это описано в п.23 формулы. Таким образом можно создать самообучающуюся экспертную модель.

Изобретение относится также к системе, охарактеризованной в п.24 формулы.

Перечень фигур

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на чертежи, где фиг. 1 представляет собой известную таблицу, применяющуюся, в основном, в Канаде;

фиг. 2 представляет собой другую известную таблицу, применяющуюся, в частности, в Европе;

фиг. 3 иллюстрирует, каким образом на современном уровне техники оценивают СДА;

- 2 007342 на фиг. 4 показано, каким образом согласно изобретению можно с большой точностью задать интервалы времени;

на фиг. 5 схематично проиллюстрирован принцип действия изобретения;

на фиг. 6 представлен пример функционирования вычислительного блока, показанного на фиг. 5;

на фиг. 7 представлен вариант осуществления изобретения, скомбинированный с экспертной системой;

фиг. 8 иллюстрирует функционирование варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 7;

на фиг. 9 показано, каким образом изобретение можно совместить с метеорологической информацией для прогнозирования опасности обледенения, охватывающей большие расстояния и периоды времени.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 представлена таблица из издания Тгаикрой Сапаба, Лтс 2002, используемая для оценки СДА. Таблицу применяют начиная с конца, т.е. на первом этапе пилот оценивает видимость в уставных милях или в метрах (1 миля = 1609 м) - см. числа, приведенные в двенадцати ячейках табл. 1. Когда видимость оценивают в условиях снегопада, важно учесть время дня (светлое или темное); кроме того, определенное влияние оказывает также температура. Таблицу применяют, чтобы определить, является ли снегопад интенсивным, умеренным или небольшим. Затем используют другую таблицу (не показана), в которой в виде функции от параметра интенсивный/умеренный/небольшой приведены интервалы для эквивалентного количества воды в осадке. Сразу же после определения этого количества можно перейти к следующей таблице (не показана), чтобы определить интервал времени для СДА в виде функции от эквивалентного количества воды.

Таким образом, в основе способа, описанного со ссылкой на фиг. 1, лежит оценка видимости и идентификация светлого или темного времени суток.

июля 2002 г. организация Νηΐίοηηΐ Ссп1сг о£ Л1шо5р11спс Векеагсй опубликовала статью, разъясняющую научные причины непригодности характеристики видимости для применения в качестве решающего параметра при подходе, описанном со ссылкой на фиг. 1. Из статьи следует, что такая оценка имеет довольно неопределенный характер.

На фиг. 2 представлена другая известная таблица, указывающая интервалы времени СДА для ситуации, когда имеется возможность классифицировать тип атмосферных осадков в виде одного из представленных на фиг. 2 шести типов такого рода. Таблицу можно применять для различных температурных интервалов и для трех различающихся между собой концентрационных соотношений противообледенительной жидкости.

Фиг. 3 иллюстрирует способ, использующий показанную на фиг. 2 таблицу. Эта фигура построена таким образом, что она, в принципе, не требует разъяснений, поэтому к ней будет сделано лишь несколько комментариев. Особое внимание следует обратить на тот факт, что согласно фиг. 3 делаются три оценки. В связи с информацией о погоде на данный момент, распространяемой каждые полчаса (МЕТАВ, Ме1еого1ощса1 Айрой Верой), необходимо при наличии так называемой крупы установить, является ли этот осадок небольшим или интенсивным. Затем эту первую оценку преобразуют в эквивалентный тип атмосферных осадков (в приведенном примере это небольшой дождь со снегом). Согласно рассматриваемой таблице такая ситуация фактически отвечает интервалу срока действия антиобледенителя, равному 15-30 мин (соответствуя на фиг. 2 верхней строке в колонке с заголовком небольшой дождь со снегом). Таким образом, верхний предел интервала времени задается равным удвоенному нижнему пределу, что не представляется надежной оценкой. Кроме того, пилот должен установить, нужно ли понизить СДА, если скорость воздуха или влажность воздуха представляются высокими. И, наконец, пилот должен оценить, как может измениться осадок, если имеется такая вероятность.

На практике это означает, что пилот, ведущий самолет на стадии подготовки к взлету, причем обычно в условиях попутного ветра с сильной перегрузкой и нагретыми стеклами кабины, должен иметь возможность определить, из чего состоит осадок (вода, снег, крупа, переохлажденная вода и т.д.). В такой ситуации пилот должен затем занять очередь на получение разрешения на взлет и в нужное время оценить, сохраняет ли еще противообледенительная жидкость свою эффективность, причем для этого он имеет в своем распоряжении только очень размытые оценки ситуации, представленные на фиг. 2. В неблагоприятных условиях СДА может уменьшиться до 7 мин. Поэтому в том случае, когда согласно данным рассматриваемой таблицы СДА может составить величину порядка 30 мин, возможны аварии.

С помощью известного измерительного оборудования, предназначенного для измерения состава осадка, можно измерить размер капель и оценить температуры, распределение между снегом и водой, температуру конденсации и т. д. Однако это оборудование не позволяет различить, является ли капля воды переохлажденной или нет, а этот факт при оценке опасности формирования льда является ключевым.

На фиг. 4 представлена таблица, сходная с таблицей, показанной на фиг. 2. Однако в этом случае в таблицу введены новые измеряемые параметры, а именно фактор льда и эквивалентное количество воды.

Нет необходимости специально оговаривать, что эквивалентное количество воды в осадке (представленное в комбинации с температурой в левой части таблицы) является весьма важным параметром по отношению к количеству противообледенительной жидкости, подлежащему расходованию в течение

- 3 007342 данного периода времени. Поэтому для специалиста в этой области будет очевидна необходимость ввести в таблицу эквивалентное количество жидкости и далее получать информацию через МЕТЛК каждые полчаса. Этот интервал времени слишком велик, но, безусловно, в том случае, когда имеет место опасность скопления льда, возможен альтернативный вариант с более частой передачей указанного параметра. Однако гораздо важнее проблема, связанная с тем, что применявшиеся до сих пор измерительные способы определения эквивалентного количества воды имели погрешность приблизительно 30% в зоне около 0°С, т.е. там, где решаемые с помощью изобретения задачи наиболее сложны. Известные до сих пор измерительные способы не позволяют различить, какая часть осажденных жидких капель переохлаждена, а какая нет. Согласно изобретению результат измерения фактического количества латентного льда в осадке является измеряемым параметром, обозначенным на фиг. 4 цифрами 1-9. Размерность фактора льда представляет собой массу отложенного льда, приходящуюся на единицу поверхности в единицу времени.

Комбинируя согласно изобретению фактор льда и эквивалентное количество воды, теперь можно надежным образом обеспечить для СДА гораздо более точные интервалы времени. Это будет видно из сопоставления фиг. 4 с данными, которые можно было бы получить известным способом, проиллюстрированным на фиг. 2.

Например, если имеет место обращение к разделу таблицы, имеющему заголовок снег, и принимается, что фактор льда равен 2, а эквивалентное количество воды лежит в интервале между 0,4 и 0,8 мм, можно получить очень точную информацию о значении СДА в минутах. Однако часто имеет место ситуация, когда реальная опасность формирования льда (например, при факторе льда, равном 2) не всегда коррелирует с приведенным в таблице эквивалентным количеством воды, а именно со значением 0,4-0,8. В частности, может получиться, что измеренный фактор льда равен 5, хотя измеренное эквивалентное количество воды лежит в интервале между 0,4 и 0,8. Причиной этого является тот факт, что почти весь осадок представляет собой переохлажденную воду. Поэтому в одном из вариантов осуществления изобретения предлагается выбрать раздел таблицы, который соответствует фактору льда, равному 5, а эквивалентным количеством воды, составляющим величину 0,4-0,8, пренебречь.

В альтернативном примере измеренные фактор льда и эквивалентное количество воды могли бы оказаться равными соответственно 1 и 0,4-0,8. Хотя в этом случае опасность формирования льда относительно меньше, тем не менее, остается какое-то количество атмосферных осадков, например, снега при 0°С, которое может потребовать расхода большего количества противообледенительной жидкости, чем в случае с фактором льда, равным 1. Поэтому согласно одному из вариантов осуществления изобретения в качестве исходной точки вычисления СДА выбирают наихудшее из всех возможных измерений фактора льда или эквивалентного количества воды.

Такой вариант осуществления, комбинирующий фактор льда и эквивалентное количество воды, представляет собой упрощенную модификацию использования изобретения. На основании приведенных выше объяснений будет понятно, что можно определить весовые коэффициенты для этих параметров, используя тесты, вычисления и эмпирические таблицы. Тем самым гарантируется, что наносится достаточное количество противообледенительной жидкости; одновременно с этим отпадает необходимость применять ее в избыточных количествах.

Представленная на фиг. 4 таблица содержит несколько временных индикаторов для СДА, выраженных в минутах. Их значения обусловлены не только вычислениями на основе указанных измерений, но и требованиями безопасности, предъявляемыми официальными представителями организаций, связанных с воздушным транспортом.

Следует подчеркнуть, что согласно настоящему изобретению больше нет необходимости считывать тип атмосферных осадков и отдельно оценивать разницу между различными их типами, поскольку изобретение позволяет определить достаточно точное значение СДА. Причиной того, почему указанные типы все же включены в фиг. 4, является, во-первых, консервативный подход, который будет проанализирован в нижеследующей части описания. Во-вторых, учитывается то обстоятельство, что теперь посредством изобретения типы атмосферных осадков можно определить даже более точно (и это также коррелирует с тем, что с использованием изобретения можно более точно определить СДА).

Фиг. 5 представляет собой схематичное изображение известного рег 5С устройства 1, предназначенного для измерения плотности жидких и замороженных частиц, содержащихся в осадке. Здесь же изображено устройство 2 для измерения фактического количества отложившегося льда. Согласно изобретению результаты этих измерений комбинируются в вычислительном блоке, позволяющем вырабатывать различные выходные сигналы, такие как срок действия антиобледенителя (СДА), состав осадка и концентрация противообледенительной жидкости. В вычислительный блок вводят также величины других параметров, в частности, эмпирические значения для СДА, полученные в зависимости от состава атмосферных осадков, вариантов концентрации противообледенительной жидкости и т.д.

Как указывалось выше, устройство для измерения фактического количества льда в осадке можно построить, например, на основе устройства, известного из международной заявки νθ 00/54078. Последнее позволяет точно определить, какое количество осадка накопилось на стандартном элементе поверхности, установленном на территории аэропорта. Отсюда можно определить, какое количество жидкого

- 4 007342 осадка переохлаждено, но из этого нельзя вывести заключение о том, как быстро будет расходоваться противообледенительная жидкость, т. к. этот расход зависит от типа атмосферных осадков (см. таблицу, представленную на фиг. 2). Выбрав на основании типа атмосферных осадков исходный пункт в эмпирических таблицах срока действия антиобледенителя и комбинируя эти данные с данными от устройства, предназначенного для измерения фактического формирования льда, теперь можно определить тип атмосферных осадков с очень большой достоверностью. Поэтому разнесенные границы (соответствующие большой неопределенности) в известных таблицах можно сузить, а во многих случаях заменить конкретным количеством минут для СДА (речь идет о варианте, когда в представленный на фиг. 3 вычислительный блок поступают в виде параметра также данные о типе концентрации противообледенительной жидкости).

Известно, что для авиационной промышленности характерен определенный уровень консерватизма. Поэтому можно ожидать, что многие пилоты предпочтут анализы старых таблиц, а не сопоставление объективных и точных значений срока действия антиобледенителя согласно изобретению. Как уже указывалось и как следует из изобретения, в последнем случае выполняется и точное определение типа атмосферных осадков, причем этот результат можно также передать пилоту, который тем самым получает возможность обратиться к старым таблицам.

Очень высокий уровень неопределенности, ассоциировавшийся до сих пор с предотвращением аварий, вызванных отложением льда, естественно, влечет за собой избыточный расход противообледенительной жидкости, которая имеет очень высокую стоимость и к тому же загрязняет окружающую среду. С помощью точных результатов, полученных согласно изобретению, появляется также возможность произвести расчет в обратном направлении. Другими словами, если в качестве исходного параметра в вычислительный блок вводят сообщение, что необходим срок действия антиобледенителя, составляющий, например, 35 мин, указанный блок способен выработать выходной сигнал, определяющий тип и концентрацию противообледенительной жидкости. На фиг. 5 с достаточными подробностями показан пример вычисления требуемого типа противообледенительной смеси, причем одновременно эта фигура иллюстрирует, каким образом комбинируются результаты, полученные от устройств 1 и 2.

Фиг. 5 разъясняет, какие измерительные данные в типичном случае получают с помощью показанного здесь же устройства 1. Такие измерения, проводимые сами по себе, сталкиваются с препятствием, которое заключается в том, что невозможно различить дождь и переохлажденный дождь. Однако, комбинируя согласно изобретению результаты измерений, проведенных устройствами 1 и 2, можно определить фактическое количество скопившегося льда. Тем самым реализуется оценка СДА, гораздо более надежная по сравнению с оценкой, возможной на существующем уровне техники. Следует отметить, что обозначения устройство 1 и устройство 2 необязательно должны соответствовать двум физически различным устройствам. Скорее, они отражают принципы измерений, использованные и разъясненные соответственно в блоках 11 и 12 представленной на фиг. 7 блок-схемы. К этому следует добавить, что в случае физического движения устройство 2 не способно отличить интенсивные атмосферные осадки в виде очень мелкого снега с небольшой адгезионной способностью от слабых атмосферных осадков в виде мокрого снега, соответственно с большой адгезионной способностью. Однако это различие можно легко установить с помощью устройства 1, основываясь на разнице коэффициентов отражения. Поэтому, с точки зрения достижения надежного определения типа атмосферных осадков, два измерительных принципа устройств 1 и 2 дополняют друг друга особо благоприятным образом (см. блок 13 на фиг. 7).

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в устройстве 2, чтобы еще более повысить достоверность результатов, измерения проводят при различных угловых скоростях вращения измерительного элемента. Сама по себе непосредственная комбинация результатов измерений, обеспечиваемая устройствами 1 и 2, в случае типичного перемещения измерительного элемента не способна отличить крупу (вода/снег) от других смесей частиц воды и льда (например, вода/град). Такое различие можно идентифицировать посредством проведения измерений в устройстве 2 при нескольких различных скоростях вращения. Тем самым можно учесть разные характеристики различающихся частиц льда и воды, связанные со срывом с вращающегося измерительного элемента. Последний из указанных вариантов измерений проиллюстрирован в представленном на фиг. 7 блоке 14, а в смежном блоке 15 получено даже более достоверное определение природы осадка. На существующем уровне техники, когда, например, приходилось пользоваться таблицей, показанной на фиг. 2, это было главной проблемой. При комбинировании надежного определения типа атмосферных осадков с экспериментально определенными цифровыми значениями в блоках 16 и 17, в блоке 18 можно получить очень надежное определение СДА. На практике определение на таком уровне надежности позволяет также провести вычисление в обратном направлении, т.е. когда в блоке 18 известно очень точное значение СДА, можно посредством комбинации с желаемым сроком действия (блок 19) установить, что если желательно иметь срок действия 12 мин, содержание противообледенительной жидкости и воды в смеси должно составлять соответственно 88 и 12% (см. блок 20).

Следует иметь в виду, что конкретные значения, приведенные на чертежах, служат только примерами. Полный массив таких значений является весьма большим и фактически должен составляться посредством взаимодействия с органами управления воздушным транспортом.

- 5 007342

На фиг. 6 иллюстрируются некоторые дополнительные преимущества изобретения. Упомянутый в связи с фиг. 5 вычислительный блок в данном случае представляет собой элемент более крупного компьютера, содержащего математическую модель для оценки ожидаемого результата. Указанный результат сопоставляется в компьютере с последующими реальными измерениями фактического количества сформированного льда, причем в случае отклонения автоматически проводится корректировка параметров математической модели. Таким образом, эта модель становится самообучающейся экспертной моделью. Условием для такого развития модели является именно комбинация согласно изобретению: имеется в виду, что, во-первых, обеспечиваются множество надежных измерительных результатов, которые поступают в модель, а, во-вторых, обеспечивается точное знание истинного результата, использованного для проведения автоматических корректировок математической модели.

Должно быть понятно, что устройство для измерения фактического количества льда можно различным образом усовершенствовать. Например, в нем можно осуществить специальные операции, использующие различные последовательности вращений и температуры, а затем измерить такие параметры, как количество скопившегося льда, структура льда, аэродинамическое сопротивление и плотность льда, причем предусмотрена также возможность обрызгать элемент поверхности противообледенительной жидкостью. На практике в ситуации плотного графика движения не все такие измерения можно провести непосредственно перед нанесением указанной жидкости на каждое крыло. Но при менее плотном графике они могут внести свой вклад в процесс оптимизации математической модели, тем самым существенно повышая надежность довольно краткосрочных измерений, проводимых сразу же перед нанесением противообледенительной жидкости на крыло.

Фиг. 8 иллюстрирует, каким образом изобретение можно применять в комбинации с экспертной системой. Функции, перечисленные в блоках 21-24, легко интерпретировать с учетом приведенных выше объяснений. Блок 25 содержит результаты, которые можно получить посредством показанного на фиг. 5 комбинирующего блока, как это было разъяснено при рассмотрении фиг. 6. Блок 26 содержит информацию как о последнем по времени вычисленном результате, так и о ранее вычисленных результатах. При сопоставлении этих данных с абсолютно самым последним результатом параметры экспертной модели можно оптимизировать таким образом, чтобы в блоке 27 получались еще более уточненные результаты и, одновременно с этим, при необходимости, обеспечивалась экстраполяция результата во времени, например, на 20 мин вперед (см. блок 28).

Фиг. 9 показывает, в принципе, как можно построить глобальную информационную сеть, относящуюся к опасности обледенения. Согласно изобретению вычисления можно дополнить метеорологической информацией. На фиг. 9 схематично изображены фронты пониженного давления на пути их передвижения через Северное море. Показан также компьютер, находящийся в одном из аэропортов (31) Лондона и содержащий в данный момент точную информацию об опасности обледенения и о том, как она распределялась в пространстве во время прохождения фронтов. Эту информацию, а также метеорологические данные можно использовать сначала в Биллунде (32), а затем в Копенгагене (33), где корректировки, последовательно проводящиеся при прохождении фронта, можно использовать для аэропорта в Стокгольме (34) во время прохождения фронтов.

Описанные существенные улучшения в сфере безопасности воздушного транспорта не могли быть получены посредством известной экспертной системы, скомбинированной с известными до сих пор эмпирическими и очень неоднозначными определениями опасности обледенения. Высокий уровень точности, достигнутый посредством изобретения, позволяет применять упреждающие расчетные модели для передачи надежных данных в конкретные аэропорты, причем таким образом, чтобы надежность можно было дополнительно увеличить за счет измерений, проводимых в других аэропортах.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения опасности отложения льда вследствие атмосферных осадков, включающий измерение температуры воздуха и оценку типа атмосферных осадков и количества атмосферных осадков, отличающийся тем, что проводят измерения для определения фактического количества осадка и на основании результатов указанных измерений вычисляют по меньшей мере один из следующих факторов для определения опасности отложения льда: срок действия антиобледенителя, состав осадка и концентрацию и тип противообледенительной жидкости.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тип атмосферных осадков оценивают на основании измерения, направленного на определение соотношения жидких и замороженных частиц, содержащихся в осадке.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение, направленное на определение соотношения жидких и замороженных частиц, проводят посредством оптического измерения, известного рег §е, и последующего расчета.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят измерение для определения суммарного эквивалентного количества жидкого компонента атмосферных осадков.

- 6 007342
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение для определения фактического количества льда, содержавшегося в осадке, проводят в виде расчета на основе измерения температуры конденсации.
6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что измерение для определения фактического количества льда, содержавшегося в осадке, проводят в виде измерения фактически осажденного льда.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что измерение включает в себя обеспечение элемента поверхности, который имеет предварительно заданную площадь поверхности, причем в течение предварительно заданного периода времени его перемещают относительно атмосферного воздуха, после чего измеряют количество льда, накопленного на элементе поверхности в течение указанного периода времени.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что температуру элемента поверхности устанавливают, по существу, соответствующей температуре атмосферы.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что температуру элемента поверхности в течение указанного периода времени устанавливают соответствующей предварительно заданной температуре, отличной от температуры атмосферы.
10. Способ по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что после измерения количества накопленного льда в течение короткого промежутка времени осуществляют относительное перемещение между элементом поверхности и атмосферой со скоростью, которая существенно превышает скорость перемещения перед проведением указанного измерения, после чего проводят следующее измерение количества накопленного льда.
11. Способ по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что относительной скоростью перемещения между элементом поверхности и атмосферой управляют посредством управления скоростью вращения одного или нескольких элементов поверхности, установленных с возможностью вращения.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что адгезионную способность льда измеряют посредством измерения количества льда, накопленного при нескольких вращениях при взаимно различающихся скоростях вращения.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что измеряют аэродинамическое сопротивление между атмосферой и льдом, накопленным на элементе поверхности.
14. Способ по любому из пп.7-13, отличающийся тем, что перед проведением измерений на элемент поверхности наносят противообледенительную жидкость в предварительно заданной концентрации и в предварительно заданном количестве.
15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что в случае, когда поверхность покрывают противообледенительной жидкостью определенного типа, имеющей заданную концентрацию, опасность отложения льда вычисляют на основании знания типа и концентрации противообледенительной жидкости, знания результата измерения, направленного на определение соотношения жидких и твердых частиц, содержавшихся в осадке, и знания результата измерения, направленного на определение количества льда, содержавшегося в осадке на данный момент.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что опасность отложения льда вычисляют и представляют в виде срока действия антиобледенителя.
17. Способ по п.15, отличающийся тем, что для оценки срока действия антиобледенителя применяют справочные таблицы, причем таблицы группируют согласно различным типам атмосферных осадков, при этом для определения типа атмосферных осадков используют сведения о количестве льда, содержащегося в осадке на данный момент, и соотношение твердых и жидких частиц в осадке.
18. Способ по п.15, отличающийся тем, что концентрацию и противообледенительную жидкость определяют, как функции срока действия антиобледенителя и измеренной опасности отложения льда.
19. Способ по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что для осуществления указанных определений используют экспертную систему, которой придают конфигурацию, обеспечивающую возможность ее использования в компьютере, а также возможности оценивать на основе измерений опасность отложения льда, получать информацию о фактическом количестве скопившегося льда и, на основе различия между вычисленным и фактическим количеством льда, корректировать параметры расчетной модели для вычисления отложившегося количества льда.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что компьютер связывают, с возможностью коммуникации, с другими компьютерами, которые размещены в различных географических точках, а экспертной системе придают конфигурацию, обеспечивающую возможность опережающего вычисления результатов будущих изменений, касающихся опасности отложения льда, в зависимости от метеорологических параметров, введенных в систему.
21. Устройство для осуществления способа по п.1, отличающееся тем, что содержит комбинацию оптических средств для измерения отражательной способности атмосферных осадков, механических средств для перемещения измерительного элемента поверхности по отношению к воздуху и для измерения количества льда, накопленного на указанном элементе поверхности в течение данного периода времени, и

- 7 007342 электронных средств, выполненных с возможностью вычисления на основании результатов указанных измерений по меньшей мере одного из следующих факторов: срока действия антиобледенителя, состава осадка и концентрации и типа противообледенительной жидкости, причем указанные электронные средства соединены с указанными оптическими средствами и указанными механическими средствами.
22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что выполнено с возможностью вычисления срока действия противообледенительной жидкости и содержит блок хранения данных для сохранения информации об эмпирических значениях срока действия антиобледенителя в виде функции от типа атмосферных осадков и концентрации противообледенительной жидкости.
23. Устройство по п.21 или 22, отличающееся тем, что содержит математическую модель для оценки отложения льда вследствие атмосферных осадков, а электронные средства сконфигурированы с возможностью сопоставлять найденные оценочные значения с реально измеренными значениями для количества льда и для регулировки параметров модели с целью ее оптимизации.
24. Система для прогнозирования опасности отложения льда вследствие атмосферных осадков, от- личающаяся тем, что содержит несколько устройств типа охарактеризованных в пп.21-23, которые распределены по различным географическим точкам и выполнены с возможностью получения метеорологической информации о перемещении воздушных субстанций, используемой для вычисления по меньшей мере одного из следующих факторов: срока действия антиобледенителя, состава осадка и концентрации и типа противообледенительной жидкости._________________________________________

Освещенность Интервал температур Видимость в снегопад (м) °С Т Интенсивный Умеренный Небольшой Темнота -1 и выше 30 и выше <3200 3200-6400 >6400 ниже -1 ниже 30 < 1600 1600-4000 >4000 Дневной свет -1 и выше 30 и выше < 1600 1600-3200 >3200 ниже -1 ниже 30 <800 800-2000 >2000