一种基于功率测量的结冰探测系统的制作方法

本发明属于防除冰领域，涉及一种基于功率测量的结冰探测系统。

背景技术：

1、为保证飞机的飞行安全，飞机在结冰气象条件下飞行时需采用结冰探测系统，用于探测飞机表面是否存在结冰。

2、老式的结冰探测装置都是基于测厚原理的，均是待外露结冰探头上累积一定结冰厚度时才可实现结冰探测，从而发出结冰告警信号。

3、随着目前战术飞机性能的大幅提升，飞机所面临的复杂环境也越来越恶劣，通过测厚式的结冰探测装置目前无法满足部分复杂多变的自然环境，特别是在强结冰环境下，往往在飞机结冰一定程度后才能发出结冰告警信号。无法满足目前主流高速无人机的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种基于功率测量的结冰探测系统。本发明具备响应速度快，在较大范围内都能进行结冰探测的特点。

2、本发明的技术方案是：一种基于功率测量的结冰探测系统，包括：

3、温度采集模块，用于采集环境温度、前置温度、后置温度；前置温度为结冰探测传感器迎风面温度，后置温度为结冰探测传感器背风面温度；

4、工作环境判断模块，用于根据环境温度判断系统工作状态；

5、前置加热电压控制模块，用于根据前置温度解算前置加热电压控制信号；

6、后置加热电压控制模块，用于根据后置温度解算后置加热电压控制信号；

7、前置加热电压解算模块，用于根据前置加热电压控制信号结合工作电源电压解算前置加热电压；

8、后置加热电压解算模块，用于根据后置加热电压控制信号结合工作电源电压解算后置加热电压；

9、前置加热电阻解算模块，用于依据前置加热电压解算前置加热电阻；

10、后置加热电阻解算模块，用于依据后置加热电阻解算后置加热电阻；

11、前置加热功率解算模块，用于根据前置加热电压与前置加热电阻解算前置加热功率；

12、后置加热功率解算模块，用于根据后置加热电压与后置加热电阻解算后置加热功率；

13、除冰功率解算模块，用于根据前、后置加热功率解算除冰功率；

14、结冰告警模块，用于基于除冰功率输出结冰告警信号，包含是否处于结冰环境、当前结冰程度、当前结冰厚度信息。

15、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，还包括支架加热电压控制模块，用于根据解算的除冰功率控制支架加热电压输出；其中支架用来将结冰探测传感器支撑在飞机蒙皮外。

16、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，环境温度为10℃以上时，系统为执勤工作模式，前、后置加热电压解算模块分别输出前、后置加热电压，以维持结冰探测传感器的迎、背风面温度保持在95～110℃，且除冰功率解算模块不工作。

17、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，环境温度为10℃以下时，系统为结冰探测工作模式，前、后置加热电压解算模块分别输出前、后置加热电压，维持结冰探测传感器的迎、背风面温度保持在90～110℃，除冰功率解算模块工作，依据除冰功率进行结冰探测解算。

18、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，结冰探测解算过程如下：

19、按下公式(1)进行加热除冰功率p除冰计算；

20、p除冰＝p前-p后-p风；…………………………………………………(1)

21、其中,p前为前置加热功率,p后为后置加热功率,p风为干空气最大影响功率；

22、按下公式(2)进行加热除冰做功w除冰计算；

23、w除冰＝∫0t p除冰；…………………………………………………(2)

24、其中w除冰为加热除冰做功差,t为结冰环境下系统的持续工作时间；

25、依据p除冰和w除冰进行结冰告警计算；

26、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，结冰告警计算的计算过程如下：

27、1)当加热除冰功率差p除冰＜p风时，计算加热除冰做功，当1min内w除冰≥10s×p风时，启动结冰告警，输出10s结冰告警信号，10s内加热做功w除冰≥1/6×10s×p风时，输出下一次结冰告警信号，否则结冰告警结束；

28、2)当加热除冰功率差p除冰≥p风时，直接输出结冰告警信号，10s内加热做功w除冰≥1/6×10s×p风时，输出下一次结冰告警信号，否则结冰告警结束。

29、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，在结冰告警信号输出的同时进行结冰程度计算，计算过程如下：

30、当前结冰程度依据平均加热除冰功率进行判断，平均加热除冰功率为加热做功w除冰与单位时间的比值；

31、平均加热除冰功率≤p风时，判断为弱结冰，结冰速率小于1mm/min；

32、平均加热除冰功率在p风～2p风范围内时，判断为中度结冰，结冰速率在1mm/min～2mm/min范围内；

33、平均加热除冰功率≥2p风时，判断为强结冰，结冰速率大于2mm/min。

34、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，当结冰告警信号持续时间小于60s时，默认输出弱结冰信号；单位时间内若持续10s计算出结冰程度小于当前结冰程度，则输出上一结冰程度。

35、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，在结冰告警信号输出的同时进行结冰厚度计算，计算过程如下：

36、输出结冰告警信号时开始进行除冰功率累积计算，当加热除冰功率累积到300s×p风时，输出厚度告警信号，持续4±1s，此时结冰厚度在5±1mm范围内；当加热除冰功率累积到900s×p风时，此时输出厚度极限信号，此时结冰厚度在16.7±3mm范围内。

37、前述的基于功率测量的结冰探测系统中，在执勤工作模式下，支架加热电压控制模块不工作；当有结冰告警信号输出时，支架加热电压控制模块工作输出支架加热电压。

38、有益效果：本发明具备探测设备当前所处的结冰环境，满足新一代飞机对结冰环境迅速响应的要求，具备响应速度快、在不积累结冰的条件下探测结冰速率、结冰厚度等优点，在较大范围内都能进行结冰探测。

39、随着目前战术飞机性能的大幅提升，飞机所面临的复杂环境也越来越恶劣，通过测厚式的结冰探测装置目前无法满足部分复杂多变的自然环境，特别是在中度以及强结冰环境下，往往在飞机结冰一定程度后才能发出结冰告警信号。无法满足目前主流高速无人机的应用需求。

40、基于功率测量的结冰探测系统其优点在于：

41、1、无需待累积结冰才可发出结冰告警信号，在进入到结冰环境中时，可迅速对当前结冰环境进行解算，具备探测设备当前所处的结冰环境，满足新一代飞机对结冰环境迅速响应的要求；

42、2、可解算的结冰环境信息包含结冰强度与结冰累积厚度等信息；

43、3、该型结冰探测系统中结冰传感器上无积冰，具备连续结冰探测功能，与传统测厚式结冰探测装置相比，无需进行除冰操作，不存在加热除冰过程中时的结冰探测真空期；

44、4、该型结冰探测系统在0℃以下均能进行结冰探测，在极强的结冰环境下也能进行结冰探测，与传统测厚式结冰探测装置相比，不存在结冰传感器累积结冰过厚导致无法有效除冰的失效模式；

45、5、依据温度信号，在不同的环境下采用不同的工作方式，有效进行结冰探测的同时可极大的降低用电功率

46、基于功率测量的结冰探测系统其有益效果在于：

47、与传统测厚式结冰探测装置相比，测厚式结冰探测装置传感器探头需要较高的稳定性，生产工艺性较复杂，生产周期较长。基于功率测量的结冰探测系统其结冰探测传感器要求较为简单，具备加热及温度采集功能即可具备结冰探测功能，生产周期较短，具备较好的经济性与实用性。

48、该结冰探测系统目前已应用于飞机上，使用范围较广，可满足所有类型飞机，比如无人机、运输机的使用需求。