加拿大測試基于LED的航發(fā)核心機結(jié)冰探測器

資料圖：航空發(fā)動機核心機

　　雖然近年來研究人員對航空發(fā)動機核心機在高空結(jié)冰現(xiàn)象的理解已經(jīng)有了很大進(jìn)展，但研發(fā)為飛行員提供危險告警的可靠傳感器系統(tǒng)的工作仍處在相對初始階段。

　　與常規(guī)的發(fā)動機和飛機在中、低高度下由可視水汽中的液態(tài)水結(jié)冰不同，目前的氣象雷達(dá)無法探測到會導(dǎo)致發(fā)動機核心機因冰晶積累而結(jié)冰的氣象條件。另外，某些情況下會提示飛行員出現(xiàn)冰晶的線索，比如冰晶的靜態(tài)累積和駕駛艙噪聲頻率的改變，對于避開潛在危險區(qū)域來說已經(jīng)太晚。

　　固態(tài)反射材料傳感器通過測量反射光的亮度來探測冰層積累。

　　冰晶在渦扇發(fā)動機導(dǎo)向葉片和壓氣機機匣表面累積會導(dǎo)致推力損失、熄火甚至損壞。面對遭遇冰晶概率越來越高的情況，尤其是全球空中交通增長率最高的亞熱帶地區(qū)，以美國航空航天局(NASA)領(lǐng)銜的研究工作正在設(shè)法提高氣象雷達(dá)對冰晶的探測能力。其他一些機構(gòu)和企業(yè)則在研究能為發(fā)動機內(nèi)冰層累積提供報警的傳感器。加拿大Podium能源集團(tuán)的Podium航宇分部最近公布了一種利用光反射率探測冰層累積的反射材料傳感器(RMS)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。這種傳感器采用全固態(tài)結(jié)構(gòu)，沒有活動部件，比其他一些方案(包括加拿大國家研究委員會的超聲波和靜電粒子探測器)更簡單，也更耐用。

　　Podium的探測器系統(tǒng)由一對發(fā)光二極管(LED)將光束通過發(fā)動機機匣上的小窗口打到流道內(nèi)，當(dāng)冰晶在光學(xué)窗口表面積聚的時候，安裝在LED之間的光電二極管會感受到反射光亮度的變化，從而探測到冰晶增長。同時在光學(xué)窗口上游側(cè)還綜合了腐蝕防護(hù)和溫度探測功能。

　　這種傳感器安裝時直接與發(fā)動機的全權(quán)限數(shù)字控制系統(tǒng)(FADEC)相連接，也可以連到發(fā)動機指示和機組告警系統(tǒng)。傳感器會實時觸發(fā)導(dǎo)向葉片的氣流加熱功能并開啟可調(diào)放氣閥門進(jìn)行除冰。傳感器采用雙LED配置，允許在不同環(huán)境光照條件下靈活地進(jìn)行校準(zhǔn)，而且整個系統(tǒng)高度集成，不需要在靠近導(dǎo)向葉片或發(fā)動機其他零部件的位置安裝測量探頭。

　　Podium航宇分部表示傳感器系統(tǒng)不會對發(fā)動機性能造成明顯影響，所采用的發(fā)光二極管和光電二極管的直徑都只有3毫米，光學(xué)窗口的尺寸也只要13毫米左右。在加拿大蒙特利爾進(jìn)行的初始地面試驗顯示測量單元的性能非常優(yōu)秀，一套原型系統(tǒng)在模擬結(jié)冰條件下通過反射率的變化識別出了冰層。目前正計劃進(jìn)行更為廣泛的試驗，下一步還考慮開展高空和特種風(fēng)洞測試，已經(jīng)有發(fā)動機和飛機制造商在商談協(xié)助開展進(jìn)一步研發(fā)和系統(tǒng)的應(yīng)用。