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加拿大测试基于LED的航发核心机结冰探测器

导读: Podium的探测器系统由一对发光二极管(LED)将光束通过发动机机匣上的小窗口打到流道内,当冰晶在光学窗口表面积聚的时候,安装在LED之间的光电二极管会感受到反射光亮度的变化,从而探测到冰晶增长。同时在光学窗口上游侧还综合了腐蚀防护和温度探测功能。

  虽然近年来研究人员对航空发动机核心机在高空结冰现象的理解已经有了很大进展,但研发为飞行员提供危险告警的可靠传感器系统的工作仍处在相对初始阶段。

航空发动机核心机

  与常规的发动机和飞机在中、低高度下由可视水汽中的液态水结冰不同,目前的气象雷达无法探测到会导致发动机核心机因冰晶积累而结冰的气象条件。另外,某些情况下会提示飞行员出现冰晶的线索,比如冰晶的静态累积和驾驶舱噪声频率的改变,对于避开潜在危险区域来说已经太晚。

  固态反射材料传感器通过测量反射光的亮度来探测冰层积累。

  冰晶在涡扇发动机导向叶片和压气机机匣表面累积会导致推力损失、熄火甚至损坏。面对遭遇冰晶概率越来越高的情况,尤其是全球空中交通增长率最高的亚热带地区,以美国航空航天局(NASA)领衔的研究工作正在设法提高气象雷达对冰晶的探测能力。其他一些机构和企业则在研究能为发动机内冰层累积提供报警的传感器。加拿大Podium能源集团的Podium航宇分部最近公布了一种利用光反射率探测冰层累积的反射材料传感器(RMS)系统的细节。这种传感器采用全固态结构,没有活动部件,比其他一些方案(包括加拿大国家研究委员会的超声波和静电粒子探测器)更简单,也更耐用。

  Podium的探测器系统由一对发光二极管(LED)将光束通过发动机机匣上的小窗口打到流道内,当冰晶在光学窗口表面积聚的时候,安装在LED之间的光电二极管会感受到反射光亮度的变化,从而探测到冰晶增长。同时在光学窗口上游侧还综合了腐蚀防护和温度探测功能。

  这种传感器安装时直接与发动机的全权限数字控制系统(FADEC)相连接,也可以连到发动机指示和机组告警系统。传感器会实时触发导向叶片的气流加热功能并开启可调放气阀门进行除冰。传感器采用双LED配置,允许在不同环境光照条件下灵活地进行校准,而且整个系统高度集成,不需要在靠近导向叶片或发动机其他零部件的位置安装测量探头。

  Podium航宇分部表示传感器系统不会对发动机性能造成明显影响,所采用的发光二极管和光电二极管的直径都只有3毫米,光学窗口的尺寸也只要13毫米左右。在加拿大蒙特利尔进行的初始地面试验显示测量单元的性能非常优秀,一套原型系统在模拟结冰条件下通过反射率的变化识别出了冰层。目前正计划进行更为广泛的试验,下一步还考虑开展高空和特种风洞测试,已经有发动机和飞机制造商在商谈协助开展进一步研发和系统的应用。
 

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