近期，有一種超聲波積冰傳感器被加拿大國家研究理事會(huì)（NRC）認(rèn)可準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入工業(yè)應(yīng)用。該傳感器主要用于解決飛機(jī)高空結(jié)冰探測問題。

據(jù)報(bào)道，加拿大的特殊氣候和對(duì)航空的依賴促使這個(gè)國家成為結(jié)冰研究的中心，其最新的成果是研發(fā)了兩種冰粒探測技術(shù)，并被加拿大國家研究理事會(huì)（NRC）認(rèn)可準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入工業(yè)應(yīng)用。

一種是超聲波積冰傳感器，能夠應(yīng)對(duì)最近經(jīng)常出現(xiàn)的高空冰粒高度積聚使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)冰層迅速累積，可能會(huì)導(dǎo)致推力損失甚至熄火等威脅。這種傳感器不需要安置在被監(jiān)測環(huán)境中，避免了損壞的風(fēng)險(xiǎn)。另一種冰粒探針可以在飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)表面齊平安裝，在飛機(jī)飛過高空冰晶環(huán)境時(shí)通過測量周圍大氣的電特性變化探知冰粒。據(jù)NRC稱這兩種傳感器都達(dá)到了技術(shù)成熟度6級(jí)水平，可以轉(zhuǎn)入工業(yè)應(yīng)用。

由云層中的液態(tài)水引起的飛機(jī)結(jié)冰已經(jīng)困擾了航空界數(shù)十年，最近的研究則集中在云層中航空氣象雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)的冰晶帶來的危險(xiǎn)，高度集聚的冰晶會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作并阻塞皮托管（空速管）。NRC表示目前還沒有可靠的傳感器能夠提供對(duì)積冰的早期警示，而超聲波裝置可以彌補(bǔ)這一缺失。這種傳感器采用無損貼片形式安裝，具有體積小、輕薄和低功耗的特點(diǎn)。采用超聲波形式可以同時(shí)作為揚(yáng)聲器和收音器，通過結(jié)構(gòu)表面或壁面發(fā)送聲波，可被積冰反射回來，從而反映另一面的積冰數(shù)據(jù)。

NRC表示這種超聲波裝置與其他類型傳感器不同，不需要安裝在被監(jiān)測環(huán)境中。它可以用在發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)部件的任一非暴露表面，消除了傳感器因?yàn)楸?、拆卸或穿透發(fā)動(dòng)機(jī)而損傷的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)冰組項(xiàng)目經(jīng)理DanFuleki認(rèn)為：“知道發(fā)動(dòng)機(jī)上那些位置容易結(jié)冰就可以縮小監(jiān)測范圍，這樣當(dāng)把傳感器安裝在氣流通道另一側(cè)壁面的合適位置，就可以探測是否發(fā)生積冰。”

2015年11月，在NRC和NASA達(dá)成的結(jié)冰研究合作協(xié)議下，超聲波傳感器在霍尼韋爾和冰晶企業(yè)聯(lián)盟等協(xié)助下進(jìn)行了測試，將一臺(tái)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)降到具備結(jié)冰條件的慢車狀態(tài)。傳感器在模擬真實(shí)結(jié)冰環(huán)境的10000米高度進(jìn)行了測試，在發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)受關(guān)注的位置共安裝了12個(gè)傳感器，試驗(yàn)在NASA格林研究中心的推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)室進(jìn)行。Fuleki表示：“初步結(jié)果非常值得肯定，我們能夠在真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰環(huán)境下探測到冰粒積聚，并且傳感器還具有足夠的敏感度區(qū)分積聚的輕重程度，能有效測量積聚強(qiáng)度。”單個(gè)超聲波傳感器對(duì)于探測是否結(jié)冰就已經(jīng)足夠，但由于尺寸、重量和功耗都很小，NRC認(rèn)為可以像高空模擬實(shí)驗(yàn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣安裝多個(gè)探測器組成的陣列，這樣就可以提供冰層覆蓋范圍的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

另一種冰粒探測器也同時(shí)在由空客領(lǐng)導(dǎo)的歐盟高空冰晶項(xiàng)目中完成了研發(fā)和測試。這種探針是從6種候選冰層探測技術(shù)中經(jīng)過評(píng)估選出可以進(jìn)行飛行測試的2種探測器之一，可以齊平表面安裝，具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，單位功耗和阻力都很低。這種探針已經(jīng)經(jīng)受了超過750小時(shí)的模擬冰晶高度風(fēng)洞測試，并在NRC和空客飛機(jī)上完成四輪超過140小時(shí)的飛行試驗(yàn)。NRC表示這種探針的性能已經(jīng)在含有自然冰晶和液態(tài)水的條件下得到了證實(shí)，地理范圍包括渥太華所處的中緯度地區(qū)以及赤道附近地區(qū)，高度超過12000米。

這種探針通過測量空氣中顆粒、冰和液態(tài)水在不同高度下所帶的電荷實(shí)現(xiàn)探測功能。Fuleki表示：“在風(fēng)洞和飛行試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)在數(shù)量和質(zhì)量上都屬上乘，探針的性能給空客公司留下了深刻印象，他們因此請求在A340飛機(jī)上保留這種探針，以在下一輪飛行試驗(yàn)中對(duì)過冷液態(tài)水含量進(jìn)行探測和測量。”

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