一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构的制作方法

1.本发明涉及水滴探测领域，更具体地涉及一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构。


背景技术：

2.飞机在含有过冷水滴的云层中飞行时会发生结冰现象，飞机结冰将对其气动特性产生重大影响，造成飞行安全事故。结冰探测器是警告飞机进入结冰云层通常采用的手段，根据探测器原理及性能，还能够给出飞行中的结冰条件信息，以及结冰严重程度等信息。告知飞行系统启动飞机防除冰措施，保障飞机结冰条件下的安全飞行。主流结冰探测器技术已比较成熟，但都无法直接识别结冰条件的类型——过冷小水滴或者过冷大水滴。针对过冷大水滴结冰条件适航规章，适航审定有三种选择：第一，不允许在过冷大水滴结冰条件下飞行，遭遇这种结冰条件必须逃离；第二，允许在规定的部分过冷大水滴结冰条件下飞行，遭遇其它部分结冰条件时必须逃离；第三，飞机具备防护过冷大水滴结冰条件的能力，允许在这种结冰条件下行飞行。前两种情况都要求飞机安装过冷大水滴探测器，能够识别不被允许飞行的过冷大水滴结冰条件。因此现在迫切需要一种能够识别过冷大水滴结冰条件的结冰探测技术。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构。
4.本发明采用的具体方案为：一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，所述轮廓结构包括上管路进口段，所述上管路进口段末端与上管路扩张段连接，所述上管路扩张段的上管路扩张段下壁的内表面设置结冰球，所述上管路扩张段的末端与上管路出口段连接，所述上管路扩张段末端设置结冰棒，所述上管路进口段的下方设置下管路进口段，所述下管路进口段的末端与下管路出口段连接，所述下管路出口段的末端与上管路扩张段连通。
5.所述上管路进口段与下管路进口段之间通过隔板分隔。
6.所述结冰球的个数为6-8个，所述结冰球并列排布。
7.所述结冰球设置在上管路扩张段的中部。
8.所述结冰棒的上端与上管路扩张段上壁连接，所述结冰棒的下端与上管路扩张段下壁连接。
9.所述隔板上表面与上管路扩张段下壁的前端壁面在同一水平面上。
10.所述下管路出口段末端的宽度小于所述上管路进口段末端的宽度。
11.所述上管路扩张段的上管路扩张段下壁为弧形壁面，该弧形壁面为向探测器轮廓外部突出的弧形壁面所述上管路扩张段的上管路扩张段上壁为弧形壁面，该弧形壁面为向探测器轮廓外部突出的弧形壁面。
12.所述下管路进口段与下管路出口段连接处的角度为90
°
。
13.本发明相对于现有技术具有如下有益效果：本发明公开了一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，轮廓结构包括上管路进口段，上管路进口段末端设置上管路扩张段，上管路扩张段的上管路扩张段下壁的内表面设置结冰球，上管路扩张段的末端设置上管路出口段连接，上管路扩张段与上管路出口段连接处设置结冰棒，上管路进口段的下方设置下管路进口段，下管路进口段的末端与下管路出口段连接，所述下管路出口段的末端与上管路扩张段连通。本发明利用管路对气流的引导作用，上管路引导气流从上管路进口段进入撞击到上管路扩张段下壁面；而下管路引导气流从下管路进口进入并发生90度转角，从下管路出口流出，其气流惯性引导上管路气流中的过冷水滴改变原有运动趋势。本发明根据大小水滴的不同惯性，大水滴基本不受气流的引导作用，使气流中的大小水滴产生不同的运动趋势，小水滴从上管路出口流出，大水滴仍然按原有趋势撞击到上管路扩张段下壁面，从而可识别结冰条件中是否含有过冷大水滴。
附图说明
14.图1是本发明结构示意图；图2是本发明立体图；图3是气流运动轨迹示意图；图4是小水滴运动轨迹示意图；图5是大水滴运动轨迹示意图。
15.其中，附图标记分别为：1.上管路进口段、2.上管路扩张段上壁、3.上管路扩张段下壁、4.上管路出口段、5.下管路进口段、6.下管路出口段、7.结冰球、8.结冰棒，9.隔板，10.上管路扩张段，11.空气流线，12.空气涡流，13.小水滴运动轨迹，14.大水滴运动轨迹。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
17.结合附图1-5，本发明提供一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，所述轮廓结构包括上管路进口段1，所述上管路进口段1末端与上管路扩张段10连接，所述上管路扩张段10的上管路扩张段下壁3的内表面设置结冰球7，所述上管路扩张段10的末端与上管路出口段4连接，所述上管路扩张段10末端设置结冰棒8，所述上管路进口段1的下方设置下管路进口段5，所述下管路进口段5的末端与下管路出口段6连接，所述下管路出口段6的末端与上管路扩张段10连通。
18.所述上管路进口段1与下管路进口段5之间通过隔板9分隔。所述结冰球7的个数为6-8个，所述结冰球7并列排布。所述结冰球7设置在上管路扩张段10的中部。
19.所述结冰棒8的上端与上管路扩张段上壁2连接，所述结冰棒8的下端与上管路扩
张段下壁3连接。所述隔板9上表面与上管路扩张段下壁3的前端壁面在同一水平面上。所述下管路出口段6末端的宽度小于所述上管路进口段1末端的宽度。所述上管路扩张段10的上管路扩张段下壁3为弧形壁面，该弧形壁面为向探测器轮廓外部突出的弧形壁面所述上管路扩张段10的上管路扩张段上壁2为弧形壁面，该弧形壁面为向探测器轮廓外部突出的弧形壁面。所述下管路进口段5与下管路出口段6连接处的角度为90
°
。
20.本发明中含有过冷水滴的空气气流分别从上管路进口1和下管路进口5进入，在上管路中，气流经过上管路扩张段10；同时，下管路气流从下管路出口6流出，与上管路气流交汇，并一同从上管路出口4流出。由于惯性作用，下管路气流中的水滴绝大部分撞击到下管路出口段6壁面上。上管路气流中的水滴与下管路气流交汇时，在下管路气流的作用下，气流中的小水滴被引导至上管路扩张段上壁2的壁面区域，并从上管路出口4流出，气流中的大水滴仍然按既有方向撞击到上管路扩张段下壁3的表面上，并在结冰球7和结冰棒8上产生结冰。当气流中只有小水滴时，结冰棒8结冰，结冰球7不结冰；当气流中含有大水滴时，结冰球7和结冰棒8上将结冰。根据结冰球和结冰棒上是否结冰，判定气流中是否含有过冷大水滴。该发明专利的结构形式，在民用飞行器过冷大水滴结冰条件识别及安全飞行领域具有较好的应用前景。
21.本发明利用管路对气流的引导作用，上管路引导气流从上管路进口段1进入撞击到抬起的上管路扩张段下壁3的壁面；而下管路引导气流从下管路进口段5进入并发生90度转角，从下管路出口段6流出，其气流惯性引导上管路气流中的过冷水滴改变原有运动趋势。根据大小水滴的不同惯性，大水滴基本不受气流的引导作用，使气流中的大小水滴产生不同的运动趋势，小水滴从上管路出口段4流出，大水滴仍然按原有趋势撞击到上管路扩张段下壁3的壁面，从而可识别结冰条件中是否含有过冷大水滴。
22.当气流中的过冷大水滴尺寸越大时，越靠近下管路出口段6的结冰球7越容易结冰，从而可初步判定结冰云层中过冷大水滴的尺寸范围。
23.本发明利用小水滴和大水滴惯性不同的原理，使小水滴和大水滴的运动轨迹发生较大差异，以达到识别水滴云雾中是否含有大水滴的目的。
24.依据上述原理，当气流中只有小水滴时，小水滴跟随气流从上管路和下管路进入本发明轮廓结构内部。从下管路进入的小水滴绝大部分撞击到下管路出口段6壁面上；从上管路进入的小水滴，跟随气流到达下管路出口上方。由于小水滴惯性小，受上管路扩张段下壁3的上方形成的空气涡流的阻挡，继续跟随气流沿涡流上方到达上管路出口，排出到空气中，小水滴运动轨迹13如图4所示。图3中11为空气流线，12为空气涡流。
25.依据上述原理，当气流中含有大水滴时，大水滴跟随气流从上管路和下管路进入本发明轮廓结构内部。从下管路进入的大水滴全部撞击到下管路出口段6的壁面上；从上管路进入的大水滴，跟随气流到达下管路出口上方。由于大水滴惯性大，能够克服上管路扩张段下壁3的上方形成的空气涡流的阻力，继续保持原有运动趋势向前运动，撞击到上管路扩张段下壁3，大水滴运动轨迹14如图5所示。
26.依据上述原理，当气流中同时含有小水滴和大水滴时，小水滴和大水滴分别保持不同运动趋势，小水滴从上管路扩张段上壁2和上管路扩张段下壁3上方的空气涡流之间运动至上管路出口段，在上管路出口前方安装结冰棒，可使小水滴撞击结冰棒而结冰。大水滴保持原有运动趋势直至撞击到上管路扩张段下壁3，在上管路扩张段下壁3安装结冰球，可
使大水滴撞击结冰球而结冰。小水滴和大水滴结冰区域不同，从而达到识别气流中是否含有大水滴的目的。
27.以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述轮廓结构包括上管路进口段（1），所述上管路进口段（1）末端与上管路扩张段（10）连接，所述上管路扩张段（10）的上管路扩张段下壁（3）的内表面设置结冰球（7），所述上管路扩张段（10）的末端与上管路出口段（4）连接，所述上管路扩张段（10）末端设置结冰棒（8），所述上管路进口段（1）的下方设置下管路进口段（5），所述下管路进口段（5）的末端与下管路出口段（6）连接，所述下管路出口段（6）的末端与上管路扩张段（10）连通。2.根据权利要求1所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述上管路进口段（1）与下管路进口段（5）之间通过隔板（9）分隔。3.根据权利要求2所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述结冰球（7）的个数为6-8个，所述结冰球（7）并列排布。4.根据权利要求3所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述结冰球（7）设置在上管路扩张段（10）的中部。5.根据权利要求4所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述结冰棒（8）的上端与上管路扩张段上壁（2）连接，所述结冰棒（8）的下端与上管路扩张段下壁（3）连接。6.根据权利要求2所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述隔板（9）上表面与上管路扩张段下壁（3）的前端壁面在同一水平面上。7.根据权利要求1-6任一项所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述下管路出口段（6）末端的宽度小于所述上管路进口段（1）末端的宽度。8.根据权利要求7所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述上管路扩张段（10）的上管路扩张段下壁（3）为弧形壁面，该弧形壁面为向探测器轮廓外部突出的弧形壁面。9.根据权利要求7所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述上管路扩张段（10）的上管路扩张段上壁（2）为弧形壁面，该弧形壁面为向探测器轮廓外部突出的弧形壁面。10.根据权利要求7所述的管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，其特征在于，所述下管路进口段（5）与下管路出口段（6）连接处的角度为90
°
。

技术总结
本发明涉及水滴探测领域，公开了一种管路式过冷大水滴探测器轮廓结构，所述轮廓结构包括上管路进口段，所述上管路进口段末端与上管路扩张段连接，所述上管路扩张段的上管路扩张段下壁的内表面设置结冰球，所述上管路扩张段的末端与上管路出口段连接，所述上管路扩张段末端设置结冰棒，所述上管路进口段的下方设置下管路进口段，所述下管路进口段的末端与下管路出口段连接，所述下管路出口段的末端与上管路扩张段连通。本发明可以识别过冷小水滴或者过冷大水滴且结构简单。过冷大水滴且结构简单。过冷大水滴且结构简单。


技术研发人员：宁义君 张付昆 朱东宇 江忻锴 于雷 李斯 张志强 顾洪宇
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/6/28