RU2243923C1 - Device for determination of intensity of icing and thickness of ice - Google Patents

Device for determination of intensity of icing and thickness of ice Download PDF

Info

Publication number
RU2243923C1
RU2243923C1 RU2003132178/28A RU2003132178A RU2243923C1 RU 2243923 C1 RU2243923 C1 RU 2243923C1 RU 2003132178/28 A RU2003132178/28 A RU 2003132178/28A RU 2003132178 A RU2003132178 A RU 2003132178A RU 2243923 C1 RU2243923 C1 RU 2243923C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
icing
input
indicator
intensity
Prior art date
Application number
RU2003132178/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Левченко (RU)
В.С. Левченко
Ю.Н. Кабанов (RU)
Ю.Н. Кабанов
А.В. Ярош (RU)
А.В. Ярош
И.С. Сериков (RU)
И.С. Сериков
В.С. Иванов (RU)
В.С. Иванов
Л.П. Черноусов (RU)
Л.П. Черноусов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронных приборов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронных приборов" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронных приборов"
Priority to RU2003132178/28A priority Critical patent/RU2243923C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2243923C1 publication Critical patent/RU2243923C1/en

Links

Abstract

FIELD: aviation; measurement of intensity of icing and thickness of ice on flying vehicle.
SUBSTANCE: device includes first and second thermostabilizers, power difference separation unit, non-linear member, integrator and second indicator; first thermostabilizer is connected by its input to temperature sensor of working sensitive element and its output is connected to heater of working sensitive element; input of second thermostabilizer is connected to temperature sensor of compensating sensitive element and its output is connected to heat of compensating sensitive element.
EFFECT: enhanced accuracy of measurements and enhanced reliability.
1 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам измерения интенсивности обледенения и толщины отложения льда на поверхностях летательного аппарата.The invention relates to aircraft, in particular to means for measuring the icing intensity and thickness of ice deposition on the surfaces of an aircraft.

Известно устройство для определения интенсивности обледенения (заявка РФ 2000116044/28, 2000 г., B 64 D 15/20), содержащее чувствительный элемент (далее по тексту ЧЭ), включающее нагреватель, используемый также в качестве датчика температуры, термостабилизатор и индикатор. Сигнал, пропорциональный мощности нагревателя, необходимой для поддержания заданной температуры ЧЭ, подается на индикатор интенсивности обледенения. Устройство не позволяет компенсировать величину теплопотерь в "сухом воздухе" (при отсутствии капельной влаги) в широком диапазоне изменения режимов полета летательного аппарата, что ограничивает область его применения. Так при площади ЧЭ, равной 1 см2, в зависимости от реальных для летательных аппаратов диапазонов изменения температуры, давления и скорости воздушного потока изменение мощности для поддержания заданной температуры 100° С в "сухом воздухе" составит от 4 до 25 Вт.A device for determining the intensity of icing (RF application 2000116044/28, 2000, B 64 D 15/20), containing a sensing element (hereinafter referred to as SE), including a heater, also used as a temperature sensor, a temperature stabilizer and an indicator. A signal proportional to the heater power needed to maintain the set temperature of the SE is supplied to the icing intensity indicator. The device does not allow to compensate for the amount of heat loss in "dry air" (in the absence of drip moisture) in a wide range of changes in the flight modes of the aircraft, which limits its scope. So, when the area of SE equal to 1 cm 2 , depending on the actual ranges of temperature, pressure and air flow for aircraft, the power change to maintain the set temperature of 100 ° C in "dry air" will be from 4 to 25 watts.

При этом мощность нагревателя, потребная для испарения полностью уловленной ЧЭ капельной влаги в условиях обледенения при его интенсивности 1 мм/мин, равна всего ≈ 3,3 Вт. Поэтому известное устройство, имея значительный "уход нуля", не обеспечивает приемлемую точность определения интенсивности обледенения.In this case, the heater power required for the evaporation of the fully trapped SE of droplet moisture under icing conditions at its intensity of 1 mm / min is equal to only ≈ 3.3 W. Therefore, the known device, having a significant "zero", does not provide acceptable accuracy in determining the intensity of icing.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для определения наличия и интенсивности обледенения (Tенишев Р.Х., Строганов Б.А. и др. Противообледенительные системы летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967, с.219-221), содержащее рабочий и компенсирующий 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, пропорциональный разности температур UΔ T, который подается на индикатор.The closest technical solution to the claimed is a device for determining the presence and intensity of icing (Tenishev R.Kh., Stroganov B.A. et al. De-icing systems of aircraft. M: Mashinostroenie, 1967, p. 219-221), containing a worker and compensating SE, having heaters and temperature sensors located in the frontal and rear side of the cylinder, respectively, whose axis is oriented along the air flow. At a negative air temperature, the heaters of both CEs are supplied with the same electric current, and the temperature sensors are included in the bridge circuit in such a way that when the heat removal at the working CE is increased relative to the compensating SE, for example, when droplet moisture enters the working SE and its evaporation, a signal appears at its output proportional to the temperature difference UΔ T , which is fed to the indicator.

Однако постоянство мощности разогрева обоих ЧЭ приводит к значительным изменениям температур Тi ЧЭ в "сухом" воздушном потоке в зависимости от изменения режима полета, что видно из выражения для Тi However, the constancy of the heating power of both SE leads to significant changes in temperature T i SE in the "dry" air flow depending on the change in flight mode, as can be seen from the expression for T i

Тi=Ni/α s+ТB,T i = N i / α s + T B ,

где Ni - мощность нагревателей ЧЭ, Вт;where N i is the power of the CE heaters, W;

α - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м2· град;α is the coefficient of convective heat transfer, W / m 2 · deg;

s - площадь ЧЭ, м2;s is the area of the SE, m 2 ;

ТB - температура воздуха, град;T B - air temperature, degrees;

и влиянию изменения режима полета на показание интенсиметра обледенения, определяемое в видеand the effect of changes in flight mode on the icing intensimeter reading, defined as

UΔ T=kп· (Тк-Тр)=kп· Nисп/α s,UΔ T = k p · (T to -T p ) = k p · N isp / α s,

где kп - коэффициент преобразования, В/град;where k p - conversion coefficient, V / deg;

Тк и Тр - температуры компенсирующего и рабочего ЧЭ соответственно, град;T to and T p - temperature compensating and working SE, respectively, deg;

Nисп - мощность нагревателя рабочего ЧЭ, расходуемая на испарение капельной влаги, Вт.N isp - the power of the heater of the operating SE spent on the evaporation of droplet moisture, W.

Реальные изменения зависимых от режима полета значения температуры равны для ТB от нуля до минус 60° С и коэффициента конвективной теплоотдачи α более чем в 2 раза.Actual changes in the flight mode-dependent temperature are equal to T B from zero to minus 60 ° C and the convective heat transfer coefficient α by more than 2 times.

Значительные изменения температуры ЧЭ приводит к снижению надежности, а влияние изменения режима полета на показания известного устройства к увеличению погрешности определения интенсивности обледенения.Significant changes in the temperature of the SE leads to a decrease in reliability, and the effect of a change in the flight mode on the readings of the known device increases the error in determining the icing intensity.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения интенсивности обледенения поверхностей, находящихся в воздушном потоке, а также повышение надежности устройства.An object of the invention is to increase the accuracy of determining the intensity of icing of surfaces in the air stream, as well as improving the reliability of the device.

Решение задачи достигается тем, что в устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда, содержащее датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, а также первый индикатор, отличающееся тем, что в него введены первый и второй термостабилизаторы, устройство выделения разности мощностей, нелинейный элемент, интегратор и второй индикатор, причем первый термостабилизатор своим входом подключен к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор своим входом подключен к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей подключено своим первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом к входу нелинейного элемента, выход которого подключен ко входам первого индикатора и интегратора, к выходу которого подключен второй индикатор.The solution to the problem is achieved in that in a device for determining the icing intensity and thickness of ice deposition, containing an icing sensor, including working and compensating sensitive elements having heaters and temperature sensors, as well as a first indicator, characterized in that the first and second thermal stabilizers are introduced into it, a power difference extraction device, a non-linear element, an integrator and a second indicator, and the first thermostabilizer is connected to the temperature sensor of the working sensitive element by its input one, and with an output to the heater of the working sensing element, the second thermal stabilizer is connected with its input to the temperature sensor of the compensating sensitive element, and with an output to the heater of the compensating sensitive element, the power difference extraction device is connected with its first input to the output of the first thermostabilizer, and the second input to the output of the second thermostabilizer, and its output to the input of a nonlinear element, the output of which is connected to the inputs of the first indicator and integrator, to the output of which is connected the second indicator.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device.

Устройство содержит датчик обледенения 1, который включает рабочий 2 и компенсирующий 3 ЧЭ, содержащие нагреватель рабочего 4 ЧЭ и нагреватель компенсирующего 5 ЧЭ, а также термодатчик рабочего 6 и термодатчик компенсирующего 7 ЧЭ. Термодатчик 6 подключен к входу первого термостабилизатора 8, выход которого подключен к нагревателю 4. Термодатчик 7 подключен к входу второго термостабилизатора 9, выход которого подключен к нагревателю 5. Выходы первого 8 и второго 9 термостабилизаторов подключены к первому и второму входам устройства выделения разности мощностей 10, выход которого подключен к входу нелинейного элемента 11, выход которого подключен к первому индикатору 12 и входу интегратора 13, выход которого подключен к второму индикатору 14.The device comprises an icing sensor 1, which includes a working 2 and compensating 3 SE, containing a working heater 4 CE and a compensating 5 CE heater, as well as a working temperature sensor 6 and a compensating 7 CE thermal sensor. The temperature sensor 6 is connected to the input of the first thermostabilizer 8, the output of which is connected to the heater 4. The temperature sensor 7 is connected to the input of the second thermostabilizer 9, the output of which is connected to the heater 5. The outputs of the first 8 and second 9 thermostabilizers are connected to the first and second inputs of the power difference extraction device 10 the output of which is connected to the input of the nonlinear element 11, the output of which is connected to the first indicator 12 and the input of the integrator 13, the output of which is connected to the second indicator 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При переходе температуры воздушного потока в область отрицательных значений происходит включение термостабилизаторов 8 и 9, в результате чего температура поверхностей ЧЭ 1 и 2 стабилизируется на заданных одинаковых значениях 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 Δ Nп, называемой порогом срабатывания сигнализатора обледенения. Зона нечувствительности нелинейного элемента 11 равна пороговому значению Δ Nп, и поэтому на его выходе сигнал отсутствует.When the temperature of the air flow goes into the region of negative values, thermostabilizers 8 and 9 turn on, as a result of which the temperature of the surfaces of the CE 1 and 2 stabilizes at the given identical values in the range (80-100) ° С. In the "dry" air flow, the difference in the power of the heaters 4 and 5, determined by block 10, in the entire range of changes in the flight mode of the aircraft remains less than the value Δ N p , called the threshold of the icing alarm. The deadband of the nonlinear element 11 is equal to the threshold value Δ N p , and therefore there is no signal at its output.

При попадании датчика обледенения 1 в воздушный поток, содержащий капельную влагу, только рабочий ЧЭ 2 ее улавливает и испаряет. Для поддержания заданной температуры ЧЭ 2 термостабилизатор 8 вырабатывает дополнительную мощность нагревателя 4, в результате чего разность мощностей на входе блока 10 превышает зону нечувствительности нелинейного элемента 11. Выходной сигнал Δ N блока 11 пропорционален мощности Δ Nисп нагревателя 4, затрачиваемой на испарение улавливаемой ЧЭ 2 капельной влаги, далее поступает на вход интегратора 13, а с него - на второй индикатор 14, на котором отображается информация о накопленной толщине льда.If the icing sensor 1 enters the air stream containing droplet moisture, only the working SE 2 captures and evaporates it. To maintain the desired temperature ChE 2 thermostabilizer 8 generates an additional output of the heater 4, whereby the power difference at the input unit 10 exceeds the deadband nonlinear element 11. The output of block Δ N 11 Δ N is proportional to the power of the heater 4, es expended on vaporization capturable SE 2 drop of moisture, then it goes to the input of the integrator 13, and from it to the second indicator 14, which displays information about the accumulated ice thickness.

Сигнал Δ N может быть определен в видеThe signal Δ N can be defined as

Δ N=Nисп· [1+s· α · (R+1/k-η · R)-η ]-1,Δ N = N isp · [1 + s · α · (R + 1 / k-η · R) -η] -1 ,

где R - тепловое сопротивление участка ЧЭ 2 между датчиком температуры 6 и поверхностью ЧЭ 2, улавливающей капельную влагу, град/Вт;where R is the thermal resistance of the part of the CE 2 between the temperature sensor 6 and the surface of the CE 2, trapping the drip moisture, deg / W;

k - коэффициент усиления контура термостабилизатора 8, Вт/град;k is the gain of the thermostabilizer circuit 8, W / deg;

η - коэффициент тепловых потерь ЧЭ 2, определяющий долю теплового потока от нагревателя 4, не проходящего через площадь s.η is the heat loss coefficient of the SE 2, which determines the fraction of the heat flux from the heater 4, not passing through the area s.

Влияние изменения режима полета, определяемое коэффициентом α , при реальных значениях параметров устройства, например s=1,33· 10-4 м2, k=3,5 Вт/град, η =0,1, R=0,35 град/Вт, на восприятие устройством мощности Nисп, определяющей фактически интенсивность обледенения, не существенно. Так при изменении коэффициента α от 800 до 1600 Вт/м2· град фиксированный устройством сигнал Δ N изменяется в пределахThe influence of changes in flight mode, determined by the coefficient α, at real values of the device parameters, for example, s = 1.33 · 10 -4 m 2 , k = 3.5 W / deg, η = 0.1, R = 0.35 deg / W, the device’s perception of power N isp , which actually determines the icing intensity, is not significant. So when you change the coefficient α from 800 to 1600 W / m 2 · deg fixed by the device, the signal Δ N varies within

(1,0295-0,973)· Nисп.(1,0295-0,973) · N App.

Стабилизация температуры ЧЭ исключает их перегрев, что повышает надежность датчика обледенения, а также экономичность устройства.The stabilization of the temperature of the SE eliminates their overheating, which increases the reliability of the icing sensor, as well as the efficiency of the device.

Значительное снижение влияния изменения коэффициента конвективной теплоотдачи α на показание устройства повышает точность измерения интенсивности обледенения, что позволяет определять толщину отложения льда, расширить применимость устройства для различных видов противообледенительных систем и летательных аппаратов, а также расширить область его применения, например, для защиты компрессоров газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов.A significant reduction in the effect of changes in the convective heat transfer coefficient α on the reading of the device increases the accuracy of measuring the icing intensity, which makes it possible to determine the thickness of ice deposition, expand the applicability of the device for various types of anti-icing systems and aircraft, and expand its scope, for example, to protect compressors of gas pumping units gas pipelines.

Claims (1)

Устройство для определения интенсивности обледенения и толщины отложения льда, содержащее датчик обледенения, включающий рабочий и компенсирующий чувствительные элементы, имеющие нагреватели и термодатчики, а также первый индикатор, отличающееся тем, что в него введены первый и второй термостабилизаторы, устройство выделения разности мощностей, нелинейный элемент, интегратор и второй индикатор, причем первый термостабилизатор своим входом подключен к термодатчику рабочего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю рабочего чувствительного элемента, второй термостабилизатор своим входом подключен к термодатчику компенсирующего чувствительного элемента, а выходом к нагревателю компенсирующего чувствительного элемента, устройство выделения разности мощностей подключено своим первым входом к выходу первого термостабилизатора, вторым входом к выходу второго термостабилизатора, а своим выходом к входу нелинейного элемента, выход которого подключен к входам первого индикатора и интегратора, к выходу которого подключен второй индикатор.A device for determining the intensity of icing and thickness of ice deposition, containing an icing sensor, including working and compensating sensitive elements having heaters and temperature sensors, as well as a first indicator, characterized in that the first and second thermal stabilizers, a power difference extraction device, a nonlinear element are introduced into it , an integrator and a second indicator, and the first thermostabilizer is connected by its input to the temperature sensor of the working sensing element, and by the output to the working heater of the sensing element, the second thermal stabilizer is connected by its input to the temperature sensor of the compensating sensitive element, and by the output to the heater of the compensating sensitive element, the power difference extraction device is connected by its first input to the output of the first thermal stabilizer, the second input to the output of the second thermal stabilizer, and its output to the input of the nonlinear element, whose output is connected to the inputs of the first indicator and integrator, the output of which is connected to the second indicator.
RU2003132178/28A 2003-11-03 2003-11-03 Device for determination of intensity of icing and thickness of ice RU2243923C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003132178/28A RU2243923C1 (en) 2003-11-03 2003-11-03 Device for determination of intensity of icing and thickness of ice

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003132178/28A RU2243923C1 (en) 2003-11-03 2003-11-03 Device for determination of intensity of icing and thickness of ice

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2243923C1 true RU2243923C1 (en) 2005-01-10

Family

ID=34881972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003132178/28A RU2243923C1 (en) 2003-11-03 2003-11-03 Device for determination of intensity of icing and thickness of ice

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2243923C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2483530A (en) * 2010-09-10 2012-03-14 Ultra Electronics Ltd Aircraft ice detection system
RU2763473C1 (en) * 2021-05-26 2021-12-29 Виктор Александрович Бараусов Method and device for determining ice thickness on the working surface of ice-formation sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тенишев Р.Х., Строганов Б.А. и др. Противооблединительные системы летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1967, с.219-221. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2483530A (en) * 2010-09-10 2012-03-14 Ultra Electronics Ltd Aircraft ice detection system
US8517601B2 (en) 2010-09-10 2013-08-27 Ultra Electronics Limited Ice detection system and method
GB2483530B (en) * 2010-09-10 2017-03-01 Ultra Electronics Ltd Ice detection system and method
US9676485B2 (en) 2010-09-10 2017-06-13 Ultra Electronics Limited Ice detection system and method
RU2763473C1 (en) * 2021-05-26 2021-12-29 Виктор Александрович Бараусов Method and device for determining ice thickness on the working surface of ice-formation sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7416329B2 (en) Thermal icing conditions detector
JP2801156B2 (en) Dew point or gas concentration measurement method and icing prediction device
US8332161B2 (en) Method for detecting a level of contamination of a particle sensor, and particle sensor
JP6464709B2 (en) Air flow meter
US7643941B2 (en) Cloud water characterization system
US5739416A (en) Fast, high sensitivity dewpoint hygrometer
US20120266669A1 (en) Sensor Arrangement
US20140007654A1 (en) Cloud Ice Detector
DK2869040T3 (en) Flow sensor for determining a flow parameter and method for determining same
EP1109012A2 (en) Measurement method and system for a humidity of gas concentration sensor
EP3032228B1 (en) Thermal mass flow meter
RU2243923C1 (en) Device for determination of intensity of icing and thickness of ice
RU2307050C1 (en) Device for determining rate of icing and thickness of ice deposit
CN105319240A (en) Sensor device for sensing humidity of fluid medium
CN110646017B (en) Fluid sensor device and failure detection method for fluid sensor
RU62082U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING ICE INTENSITY AND ICE DEPTH THICKNESS
RU2341413C1 (en) Method of detection of presence and intensity of aircraft icing
Moreira et al. Sensors characterization and control of measurement systems based on thermoresistive sensors via feedback linearization
GB2323928A (en) Sensing humidity and prediction of icing
JPH0961259A (en) Method for measuring thermal variable using thermistor

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20121224

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141104