民用飞机主导式结冰探测系统设计.pdf
《民用飞机主导式结冰探测系统设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《民用飞机主导式结冰探测系统设计.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年第 2 期总第 149 期 民用飞机设计与研究Civil Aircraft Design&Research 2023 No.2Sum No.149http:/ myfj_(021)20866796DOI:10.19416/ki.1674-9804.2023.02.004民用飞机主导式结冰探测系统设计沙昭君1 陈维建2 李志茂1 毛汉冬1 章儒宸1 曾飞雄1 张 强1 陈 诺1 管 宁2(1.上海飞机设计研究院,上海 201210;2.南京航空航天大学,南京 210016)摘 要:飞机结冰会造成全机气动性能下降、飞行品质降级等一系列问题,对飞行安全造成极大的威胁。现代民用飞机普遍装备
2、结冰探测器以应对飞行中的结冰问题。主导式结冰探测系统是一种新型的自动判断飞机是否进入结冰条件的飞机结冰探测系统,能够有效减少机组操作负担。首先对主导式结冰探测系统进行了详细的介绍,包括主导式结冰探测系统和传统咨询式结冰探测系统的区别、主导式结冰探测系统优势以及主导式结冰探测系统主要设计难点。然后阐述了基于磁致伸缩式结冰探测器的主导式结冰探测系统的设计方法,主要在于识别出结冰探测器无法探测的结冰条件,通过将结冰条件预设在防冰系统控制器中,来确保能够在所有结冰气象条件下及时开启防冰系统。关键词:主导式结冰探测系统;临界温度;磁致伸缩式结冰探测器中图分类号:V244.1+5文献标识码:AOSID:0
3、 引言民用飞机结冰探测系统通常由两支结冰探测器组成,对称安装在机头两侧,飞机进入结冰环境后,结冰探测器探测到结冰条件,发出结冰告警信号,提醒机组作动防冰系统或飞离结冰空域等。按照飞行机组对于结冰探测系统的依赖程度,结冰探测系统可分为咨询式结冰探测系统和主导式结冰探测系统。咨询式结冰探测系统1为飞行机组提供出现冰积聚或结冰条件的告警信息,飞行机组需结合结冰告警信息与标准飞行手册中关于结冰气象条件的定义(通常是根据总温和可见湿气),来确定是否需要启动防冰系统。飞行机组担负监控结冰气象条件和开启防冰系统的主要责任,咨询式结冰探测系统只起到提示作用。常见的采用咨询式结冰探测系统机型有空客 A350、空
4、客 A380、ARJ21 等。主导式结冰探测系统2-3是用来确定是否启动防冰系统和启动时机的唯一手段。防冰系统可由主导式结冰探测系统自动启动,或者主导式结冰探测系统为飞行员提供结冰信号,指示飞行机组手动启动防冰系统。在主导式结冰探测系统正常工作时,飞行机组完全依靠结冰探测系统告警信号开启或关闭防冰系统。主导式结冰探测系统应能够探测到适航规章 25 部4附录 C、附录 O、附录 P 等定义的结冰条件或该条件下实际的冰积聚,或者飞机必须能够在主导式探测系统无法探测到的结冰条件下无限制地安全运行。常见的采用主导式结冰探测系统的机型有波音 787 和波音777 等。民用飞机结冰探测系统主要采用的结冰探
5、测器形式为磁致伸缩式的结冰探测器,该结冰探测器通过探头结冰来反映防冰区域结冰情况(如空客 A系列、波音除 787 系列的 B 系列)。由于是通过在机头布置的结冰探测器结冰来表征机翼、短舱位置的结冰情况,存在位置差异,这种结冰探测器可能会存在结冰探测器没结冰,但机翼和短舱结冰的情况。目前国内对于主导式结冰探测系统的设计工作缺少相关内容的研究,本文提出了一种基于磁致81 通信作者.E-mail:shazhaojun comac.cc引用格式:沙昭君,陈维建,李志茂,等.民用飞机主导式结冰探测系统设计J.民用飞机设计与研究,2023(2):18-23.SHA Z J,CHEN W J,LI Z M,
6、et al.Primary ice detection system design of civil aircraftJ.Civil Aircraft Design and Research,2023(2):18-23(in Chinese).2023 年第 2 期沙昭君,等 民用飞机主导式结冰探测系统设计伸缩式结冰探测器的主导式结冰探测系统设计方法。1主导式结冰探测系统优势与设计难点1.1 主导式结冰探测系统优势主导式结冰探测系统相比于咨询式结冰探测系统具有更多优势。1)减少机组负担。咨询式结冰探测系统需要飞行员监控冰积聚或结冰气象条件,若采用了可视化提示,机组人员可能需要频繁手动去除参考平
7、面的冰,在严重结冰条件下,冰会迅速堆积,导致飞行员的工作量增加,进而影响飞行员对于飞机其他性能的关注;主导式结冰探测系统则不需要飞行员监控总温、驾驶舱外组件上的可见水汽或冰的堆积情况,能够显著减少飞行员的工作量5。2)提高飞机性能。由于咨询式结冰探测系统由飞行员担负防冰系统的开启,防冰系统的开启受人为因素影响较大;相比咨询式,主导式结冰探测系统可减少预启动阶段的结冰,使用主导式结冰探测系统探测到的冰型比使用可视化线索探测到的冰型减少至少 30 s5。3)具有更高的经济性。相比咨询式,主导式结冰探测系统更加节省燃料,根据美国国家航空咨询委员会(NACA)的数据:“当使用总温 8 和可见湿气来预测
8、结冰条件时,实际结冰发生的概率小于23%”。该项数据也被德国汉莎航空公司用波音727 飞机的服役数据验证6,采用主导式结冰探测系统能够减少开启防冰系统的次数,从而减少燃油消耗,提高经济性。1.2 主导式结冰探测系统设计难点虽然主导式结冰探测系统具有很多的优势,但是在系统设计上具有较多的难点,主要体现在:1)对于结冰探测器的探测能力要求较高,要求能够探测到 25 部附录 C 等规定的所有结冰条件或所有附录 C 等结冰条件下形成的积冰,该点对于咨询式结冰探测系统,可以通过结合总温和可见水汽辅助判断;2)若 1)条无法满足,则需要在结冰包线中筛选所有结冰探测系统无法探到的工况,分析难度和工作量大。基
9、于目前常用的磁致伸缩式结冰探测器,已发现存在结冰探测系统无法识别结冰的情况,此时飞机机翼已经结冰,但结冰探测器没有结冰,所以只能采用上述第二条方案。采用磁致伸缩式结冰探测器的结冰探测系统设计,需要在整个飞行包线中寻找出所有磁致伸缩式结冰探测器无法探测的工况,将结冰探测器信号和无法探测工况同时考虑在防冰系统开启逻辑中,实现主导式结冰探测系统。2 主导式结冰探测系统设计2.1 总体方案基于磁致伸缩式的主导式结冰探测系统主要设计流程如图 1 所示。图 1 主导式结冰探测系统设计流程图2.2 结冰的临界温度结冰的临界温度7-9定义为一定飞行条件下,若环境温度小于结冰的临界温度时,则飞机表面温度小于冰点
10、温度,此时飞机表面发生结冰。对比分析结冰探测器探头结冰的临界温度与飞机防冰区结冰的临界温度,可以表征结冰探测器探头和飞机防冰区是否结冰。例如假设结冰探测器临界温度为 tcr_detectoer,机翼防冰区的临界温度为tcr_wing,环境温度为 t0,则:1)若 t0tcr_detectoer且 t0tcr_wing,此时结冰探测器和机翼防冰区均不结冰;2)若 t0tcr_detectoer且 t0tcr_wing,此时结冰探测器和机翼防冰区均结冰;3)若 tcr_wingt0t0tcr_detectoer,此时结冰探测器不结冰但机翼防冰区结冰。根据等熵理论,临界温度计算公式10如下:tcr=
11、1 550610P1-ecrP0()-V202 0101-0.11V1V0()2+1 005WHTC4 187WHTC+1(1)其中,tcr为临界温度,结冰表面温度为 0 时的周围环境温度();e 为不同温度下水面上的饱和水蒸汽压(Pa),t0=0 时 e0=610 Pa;P0为自由来流的气压(Pa);V0为自由来流的速度(m/s);P1为附面层外边界上的气压(Pa);V1为附面层外边界上的速度(m/s);W 为水收集量(kg/m2s);HTC为对流换热系数(w/m2)。附面层外边界上的气压,计算式如式(2)所示:P1P0=1+0.7CpMa20(2)其中,Cp为压力系数,无量纲参数;Ma0为
12、飞行马赫数,无量纲参数。附面层外边界上的速度,其计算式如式(3)所示:VlV0=5Ma21-(1+0.7CpMa2)0.285 7+1(3)水收集率 W,其计算式如式(4)所示:W=LWC V0 Beta(4)其中,LWC 为液态水含量(kg/m3);Beta 为水收集系数,无量纲参数。2.3 结冰探测器无法探测工况筛选项目初步分析无法探测工况主要出现在较大攻角进行较高马赫数的飞行工况中,所以在筛选工况点时,重点考虑了较大攻角,按照飞机飞行包线,梳理出飞机飞行参数范围,将飞行高度分为 10 个范围,如表 1 所示。进行迭代计算时,取高度范围的中位数作为计算高度,对应的马赫数及攻角取值范围如表
13、1 所示。表 1 飞行参数范围H/ftMa最小值Ma最大值AOA/()最大值AOA/()最小值4006560.170.276.013.01 4761 9980.210.404.08.02 1323 4450.320.374.06.03 7735 0850.300.384.05.0表1(续)H/ftMa最小值Ma最大值AOA/()最大值AOA/()最小值5 4137 0540.300.374.04.07 38110 0000.330.443.06.010 33512 3030.310.394.08.012 95914 7600.290.434.07.015 25616 4000.330.404.
14、07.016 56821 9980.310.425.09.0 对于结冰探测器和发动机短舱,其压力系数与换热系数与攻角关系不大,因此在表 1 所示的飞行高度 H 和 Ma 范围内,各参数分别取 10 个等值间隔,即在表 1 范围内取 1010=100 个工况点进行计算;机翼的压力系数和换热系数不仅与飞行高度 H和 Ma 数相关,还与攻角 AOA 有关系,因此在表 1 所示的飞行高度 H 和 Ma 及攻角 AOA 范围内,各参数分别取 10 个等值间隔,即在表 1 范围内取 101010=1 000 个工况点进行计算。采用临界温度计算公式(1)对选定工况进行计算,可得结冰探测器、发动机短舱及机翼在
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 民用 飞机 主导 结冰 探测 系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。