資料圖：航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)
雖然近年來(lái)研究人員對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)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(xiǎn)告警的可靠傳感器系統(tǒng)的工作仍處在相對(duì)初始階段。
與常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)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(wú)法探測(cè)到會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)因冰晶積累而結(jié)冰的氣象條件。另外，某些情況下會(huì)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(duì)于避開(kāi)潛在危險(xiǎn)區(qū)域來(lái)說(shuō)已經(jīng)太晚。
固態(tài)反射材料傳感器通過(guò)測(cè)量反射光的亮度來(lái)探測(cè)冰層積累。
冰晶在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片和壓氣機(jī)機(jī)匣表面累積會(huì)導(dǎo)致推力損失、熄火甚至損壞。面對(duì)遭遇冰晶概率越來(lái)越高的情況，尤其是全球空中交通增長(zhǎng)率最高的亞熱帶地區(qū)，以美國(guó)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(duì)冰晶的探測(cè)能力。其他一些機(jī)構(gòu)和企業(yè)則在研究能為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)冰層累積提供報(bào)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(cè)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(méi)有活動(dòng)部件，比其他一些方案(包括加拿大國(guó)家研究委員會(huì)的超聲波和靜電粒子探測(cè)器)更簡(jiǎn)單，也更耐用。
Podium的探測(cè)器系統(tǒng)由一對(duì)發(fā)光二極管(LED)將光束通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(shí)候，安裝在LED之間的光電二極管會(huì)感受到反射光亮度的變化，從而探測(cè)到冰晶增長(zhǎng)。同時(shí)在光學(xué)窗口上游側(cè)還綜合了腐蝕防護(hù)和溫度探測(cè)功能。
這種傳感器安裝時(shí)直接與發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)。傳感器會(huì)實(shí)時(shí)觸發(fā)導(dǎo)向葉片的氣流加熱功能并開(kāi)啟可調(diào)放氣閥門(mén)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(gè)系統(tǒng)高度集成，不需要在靠近導(dǎo)向葉片或發(fā)動(dòng)機(jī)其他零部件的位置安裝測(cè)量探頭。
Podium航宇分部表示傳感器系統(tǒng)不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)顯示測(cè)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(guò)反射率的變化識(shí)別出了冰層。目前正計(jì)劃進(jìn)行更為廣泛的試驗(yàn)，下一步還考慮開(kāi)展高空和特種風(fēng)洞測(cè)試，已經(jīng)有發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)制造商在商談協(xié)助開(kāi)展進(jìn)一步研發(fā)和系統(tǒng)的應(yīng)用。
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