本發明專利技術屬于飛行器領域，并公開了一種冰晶探測器探頭和復雜結冰條件探測器，該冰晶探測器探頭包括從上至下的依次設置的第一段和第二段，所述第一段與所述第二段平滑連接，所述第一段的外表面設置為適于分離氣流中液態水滴與冰晶并接受冰晶撞擊的形狀，所述第一段內安裝有加熱裝置和多個微粒沖擊傳感器；所述第二段為隔熱層，以避免第一段與外部的探頭安裝設備產生熱交換。該復雜結冰條件探測器包括冰晶探測器探頭和結冰探測器探頭。本發明專利技術能使氣流中液態水不對探頭迎風面產生明顯沖擊，并且冰晶對冰晶探測器探頭的迎風面產生脈沖撞擊，從而實現對冰晶與液態水滴的區分,這樣，能夠實現對冰晶結冰的準確探測。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于飛行器領域，更具體地，涉及一種冰晶探測器探頭及包括該探頭的復雜結冰條件探測器。
技術介紹
在飛行器結冰安全防護領域，冰晶指水結冰形成的中值質量尺寸(median mass dimension，MMD)范圍為50-200微米(等效球尺寸)的顆粒。冰晶顆粒對飛行的威脅比雨水要嚴重的多，當飛機遇上冰晶云時易產生干結冰，在飛行中一旦發生積冰，飛機的空氣動力性能就會變差，流線型也受到破壞，表面粗糙度大大增加，使正面阻力增大，升力和推力減小，影響飛機的穩定性，使操縱困難，嚴重時會造成飛機失事。結冰嚴重的高度通常是外界溫度在-5℃至-15℃附近，此時冰晶粘度大，容易附著在機體表面。在冰晶探測研究方面，國際上的主要方法是通過飛機健康參數或粒子探測器進行探測，美國Droplet Measurement Technologies公司提出了一種基于光纖的粒子探測器，可以測量水滴粒徑及冰晶、塵霾等，但存在儀器過于昂貴、精密且笨重等問題。美國Freer等人提出了一種基于后向散射原理的云層探針技術，通過粒子散射的特性區分水滴、塵霾及冰晶，該方法具有很好的發展前景，但目前探測穩定性較差、且實現應用難度較大。NASA擬通過飛機發動機的健康參數反演出發動機表面的冰晶附著情況，該反演算法在某些固定工作狀態下可以很好地判斷冰晶附著情況，但在實際飛行中卻很難區分冰晶對發動機的影響及節流閥動作對參數的影響。申請公開號為CN103323849 A的專利技術專利申請利用機載雷達完成對云層的冰晶測量，其基本技術方案是：識別具有小于雷達回波靈敏度閾值水平的回波水平信號強度的雷達回波，當天氣條件和飛行條件中的至少一個與具有小于雷達回波靈敏度閾值水平的回波水平信號強度的識別的雷達回波同時存在是，可識別具有冰晶的空域區域。授權公開號為CN102830107 B的專利技術專利利用水的固、液態拉曼散射頻移的不同，使用激光器作為發射源，通過光學接收部分的4個探測通道歸一化水的拉曼散射信號,實現對云中水的相態進行探測，最后通過水的固、液態拉曼散射原理反演出云中水的固、液態含量。這樣的裝置雖然能夠實現對冰晶的識別和探測，但是其缺陷在于：探測器結構復雜、體積較大并且加工較為困難。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種冰晶探測器探頭及包括該探頭的復雜結冰條件探測器,冰晶探測器探頭的外形使氣流中液態水不對探頭迎風面產生明顯沖擊，并且冰晶對冰晶探測器探頭的迎風面產生脈沖撞擊，從而實現對冰晶與液態水滴的區分,這樣，能夠實現對冰晶結冰的準確探測。為實現上述目的，按照本專利技術，提供了一種冰晶探測器探頭，其特征在于，包括從上至下的依次設置的第一段和第二段，所述第一段與所述第二段平滑連接，其中，所述第一段的外表面設置為適于分離氣流中液態水滴與冰晶并接受冰晶撞擊的形狀，此外，所述第一段的外表面包括靠近氣流的迎風面和背離氣流的、與所述迎風面相連的背風面，所述迎風面的面積能滿足冰晶撞擊，并且該迎風面能使流經第一段的氣流在迎風面處產生漩渦，從而帶走氣流中的液態水，所述背風面用于使附近氣流產生邊界層分離；所述第一段內安裝有加熱裝置和多個微粒沖擊傳感器，所述加熱裝置用于使冰晶探測器探頭上無積水積冰，所述微粒沖擊傳感器用于檢測冰晶撞擊迎風面產生的壓力變化；所述第二段為隔熱層，以避免第一段與外部的探頭安裝設備產生熱交換。優選地，所述第一段的迎風面為垂直于氣流方向的梯形的平面；所述第一段的背風面為上小下大的類錐面的形狀；所述第一段的頂面為類弓形的平面。優選地，所述第一段的迎風面為兩個，每個所述迎風面均為與氣流方向的夾角為銳角的梯形平面，并且這兩個迎風面的夾角也為銳角；所述第一段的背風面為類錐面，并且其與所述迎風面平滑連接；所述第一段的頂面呈現為類水滴形的平面。優選地，所述加熱裝置以氣加熱或電加熱的方式進行加熱，或其采用具有加熱功能的復合材料制成。優選地，所述第二段隔熱層采用氣冷或水冷的方式進行隔熱，或者其采用具有隔熱功能的復合材料制成。優選地，所述冰晶探測器為上小下大的形狀，以保持飛行過程中的穩定。按照本專利技術的另一個方面，還提供了一種復雜結冰條件探測器，其特征在于，包括冰晶探測器探頭，所述冰晶探測器探頭安裝在結冰探測器探頭上。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：1.本專利技術結構簡單，體積較小，易于加工；2.本專利技術可用于機載，且能實時探測結冰狀況；3.本專利技術的冰晶探測器探頭的外形使氣流中液態水不對探頭迎風面產生明顯沖擊，并且冰晶對冰晶探測器探頭的迎風面產生脈沖撞擊，從而實現對冰晶與液態水滴的區分,這樣，能夠實現對冰晶結冰的準確探測，而且能使氣流中的不同中位容積直徑的液態水滴、不同中值質量尺寸的冰晶都能得到有效檢測。附圖說明圖1是本專利技術實施例1中冰晶探測器的主視圖；圖2是本專利技術實施例1的冰晶探測器的俯視圖；圖3是本專利技術實施例1的冰晶探測器安裝在結冰探測器上的結構示意圖；圖4是本專利技術實施例2中冰晶探測器的主視圖；圖5是本專利技術實施例2中冰晶探測器的俯視圖；圖6是本專利技術實施例2的冰晶探測器安裝在結冰探測器上的結構示意圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。實施例1參照圖1～圖3，一種冰晶探測器探頭，包括從上至下的依次設置的第一段Ⅰ和第二段Ⅱ，所述第一段Ⅰ與所述第二段Ⅱ平滑連接，其中，所述第一段Ⅰ的外表面設置為適于分離氣流中液態水滴與冰晶并接受冰晶撞擊的形狀，此外，所述第一段Ⅰ的外表面包括靠近氣流的迎風面a和背離氣流的、與所述迎風面a相連的背風面b，所述迎風面a的面積能滿足冰晶撞擊，并且該迎風面a能使流經第一段Ⅰ的氣流在迎風面a處產生漩渦，從而帶走氣流中的液態水，所述背風面b用于使附近氣流產生邊界層分離，以避免探頭后側積水積冰。這要求氣流中的水滴在側面的外表面上停留時間較短。因此，側面的外表面應具有相當短的長度以避免結冰。所述第一段Ⅰ內安裝有加熱裝置和多個微粒沖擊傳感器c，所述加熱裝置用于使冰晶探測器探頭上無積水積冰，所述微粒沖擊傳感器c用于檢測冰晶撞擊迎風面a產生的壓力變化，微粒沖擊傳感器c可以區分冰晶和少量撞擊到迎風面a的液態水滴，同時可以對冰晶的質量、速度等參數進行檢測。所述第二段Ⅱ為隔熱層，以避免第一段Ⅰ與外部的探頭安裝設備產生熱交換。當高速運動的氣流遇到障礙物(冰晶探測器探頭)時，會在探頭前產生漩渦，使氣流沿著探頭迎風面a流至側面，氣流產生的漩渦可帶走氣流中大量分散的液態水滴，而固態的冰晶仍然會直接撞擊到探頭。具體來說，液態水滴撞擊到迎風面a上，水滴破碎，由于液體具有流動性，迎風面a會檢測到一個較弱且梯度變化較慢的信號，之后水滴沿著探頭流走。而冰晶撞擊到迎風面a上，迎風面a會檢測到一個相對強烈的脈沖信號，同時冰晶被彈開，隨著氣流流動，冰晶會多次撞擊到迎風面a上，迎風面a依次檢測到逐漸減弱的脈沖信號。根據信號的類型、大小不同可區分液態水滴和冰晶，以及計算出冰晶的質量、速度等參數。其中，信號的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種冰晶探測器探頭，其特征在于，包括從上至下的依次設置的第一段(Ⅰ)和第二段(Ⅱ)，所述第一段(Ⅰ)與所述第二段(Ⅱ)平滑連接，其中，所述第一段(Ⅰ)的外表面設置為適于分離氣流中液態水滴與冰晶并接受冰晶撞擊的形狀，此外，所述第一段(Ⅰ)的外表面包括靠近氣流的迎風面(a)和背離氣流的、與所述迎風面(a)相連的背風面(b)，所述迎風面(a)的面積能滿足冰晶撞擊，并且該迎風面(a)能使流經第一段(Ⅰ)的氣流在迎風面(a)處產生漩渦，從而帶走氣流中的液態水，所述背風面(b)用于使附近氣流產生邊界層分離；所述第一段(Ⅰ)內安裝有加熱裝置和多個微粒沖擊傳感器(c)，所述加熱裝置用于使冰晶探測器探頭上無積水積冰，所述微粒沖擊傳感器(c)用于檢測冰晶撞擊迎風面產生的壓力變化；所述第二段(Ⅱ)為隔熱層，以避免第一段(Ⅰ)與外部的探頭安裝設備產生熱交換。
【技術特征摘要】
1.一種冰晶探測器探頭，其特征在于，包括從上至下的依次設置的第一段(Ⅰ)和第二段(Ⅱ)，所述第一段(Ⅰ)與所述第二段(Ⅱ)平滑連接，其中，所述第一段(Ⅰ)的外表面設置為適于分離氣流中液態水滴與冰晶并接受冰晶撞擊的形狀，此外，所述第一段(Ⅰ)的外表面包括靠近氣流的迎風面(a)和背離氣流的、與所述迎風面(a)相連的背風面(b)，所述迎風面(a)的面積能滿足冰晶撞擊，并且該迎風面(a)能使流經第一段(Ⅰ)的氣流在迎風面(a)處產生漩渦，從而帶走氣流中的液態水，所述背風面(b)用于使附近氣流產生邊界層分離；所述第一段(Ⅰ)內安裝有加熱裝置和多個微粒沖擊傳感器(c)，所述加熱裝置用于使冰晶探測器探頭上無積水積冰，所述微粒沖擊傳感器(c)用于檢測冰晶撞擊迎風面產生的壓力變化；所述第二段(Ⅱ)為隔熱層，以避免第一段(Ⅰ)與外部的探頭安裝設備產生熱交換。2.如權利要求1所述的冰晶探測器探頭，其特征在于，所述第一段(Ⅰ)的迎風面(a)為垂直于氣流方向(k)的梯形的平面；所述第一段(Ⅰ)的背風面(b)為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉林，陳欣星，桂康，葛俊鋒，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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