ВИБРАЦИОННЫЙ ДАТЧИК ОБЛЕДЕНЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B64D15/20 

Изобретение относится к оборудованию авиационной техники, а именно к датчикам обледенения, служащим для выдачи информации об обледенении поверхности летательного аппарата и может быть использовано на других объектах, где необходимо контролировать обледенение.

Известен вибрационный датчик обледенения, содержащий установленный на кронштейне вибратор, чувствительный элемент в виде упругой мембраны с дополнительными скобами закрепленными на наружной поверхности мембраны и установленными по отношению к корпусу вибратора с зазором (Авт. св. СССР N 762332, кл. B 64 D 15/20, 1979).

Недостатком такого датчика является низкая эксплуатационная надежность, недостаточная прочность конструкции чувствительной части датчика (упругая мембрана с закрепленными на ней дополнительными скобами).

Так в условиях эксплуатации чувствительная часть датчика может быть подвержена механическим воздействиям льдом, сбрасываемым с передних кромок летательного аппарата, непредвиденным механическим повреждениям обслуживающим персоналом при выполнении регламентных работ, приводящих к нарушению величины зазора между корпусом вибратора и скобами, т.е. к изменению чувствительности датчика, отказам, ложным срабатываниям.

Ближайшим аналогом является вибрационный датчик обледенения содержащий вибратор, чувствительный элемент которого выполнен в виде упругой мембраны, воздухозаборник, установленный на корпусе вибратора, рабочую камеру, расположенную между воздухозаборником и чувствительным элементом, с выходными окнами на боковой поверхности. (Научно-технический отчет N 776-88-XII "Летные испытания доработанных сигнализаторов обледенения СО-121ВМ в условиях обледенения на летающей лаборатории АН-12 N 45-10. "Танкер", г. Жуковский, 1988, ЛИИ, с. 3-7).

Однако такой датчик имеет низкую чувствительность в условиях обледенения при околонулевых температурах наружного воздуха, ввиду значительного снижения сцепляемости льда с поверхностью и прочностью его при околонулевых температурах, что, соответственно, приводит к малым изменениям жесткости упругой мембраны. Кроме того, при определенном сочетании скоростей полета летательного аппарата и температур близких к нулю в условиях обледенения датчик перестает функционировать ввиду того, что капли не замерзают на открытой со стороны потока поверхности мембраны, соударяясь с нею нагревают ее и под действием потока растекаются в область затененную воздухозаборником от попадания "бомбардирующих" капель, в нечувствительную зону упругой мембраны, где и замерзают, образуя пленку льда.

Технической задачей является повышение чувствительности и надежности датчика.

Задача решается тем, что в вибрационном датчике обледенения, содержащем вибратор, чувствительный элемент которого выполнен в виде упругой мембраны, воздухозаборник, установленный на корпусе вибратора, рабочую камеру, расположенную между воздухозаборником и чувствительным элементом, с выходными окнами на боковой поверхности, выход воздухозаборника имеющий остроугольную в виде "ножа" торцевую поверхность, образует кольцевой зазор с плоскостью чувствительного элемента, при этом диаметр выхода воздухозаборника выбран таким образом, что кольцевой зазор проходит над плоскостью с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны вибратора.

На фиг. 1 изображена схема вибрационного датчика; на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б воздухозаборника.

Вибрационный датчик обледенения содержит вибратор 1, чувствительным элементом которого является упругая мембрана 2, воздухозаборник 5, установленный на корпусе вибратора 1, рабочую камеру 6 с входными окнами 7 для воздушного потока.

Под действием электромагнитной системы возбуждения и съема сигнала 4 упругая мембрана 2 через якорь 8 совершает изгибные колебания.

Воздухозаборник 5 изготавливается из теплопроводного металла (меди) и крепится (сварка, пайка, прессовая посадка) на корпусе вибратора цилиндрическим основанием 9 и поверхностью 10.

Таким образом сброс льда как с поверхностей вибратора 1 и упругой мембраны 2 так и с поверхности воздухозаборника 5 обеспечивается одним и тем же нагревателем 3.

Выход воздухозаборника имеет остроугольную в виде "ножа" торцевую поверхность и образует кольцевой зазор α с плоскостью упругой мембраны 2.

Кольцевой зазор a конструктивно выполняется так, что он проходит над плоскостью с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны вибратора (см. на фиг. 1 изображено штрихпунктиром).

Величина кольцевого зазора a определяет чувствительность датчика в условиях обледенения при околонулевых температурах наружного воздуха.

Вибрационный датчик работает следующим образом.

Упругая мембрана 2 вибратора 1 под действием электромагнитной системы возбуждения и съема сигнала 4 через якорь 8 начинает совершать изгибные колебания на своей резонансной частоте, определяемой конструкцией и собственной жесткостью упругой мембраны 2.

В условиях обледенения при низких минусовых температурах капли, попав через воздухозаборник 5 и рабочую камеру 6 на поверхность упругой мембраны, не растекаются, а мгновенно примерзают к ней, образуя пленку льда, что приводит к изменению жесткости упругой мембраны 2, приводящее к изменению резонансной частоты вибратора.

В условиях обледенения при околонулевых температурах капли, пройдя воздухозаборник 5 и рабочую камеру 6, соударяясь с поверхностью упругой мембраны несколько нагревают ее и под действием потока растекаются в область затененную от попадания "бомбардирующих" капель, попадая на охлажденную поверхность упругой мембраны, в зону с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны, где и замерзают, изменяя жесткость упругой мембраны 2, и соответственно, резонансную частоту вибратора датчика.

Далее при нахождении датчика в условиях обледенения при перекрытии льдом кольцевого зазора между поверхностью упругой мембраны и выходом воздухозаборника происходит резкое изменение жесткости вибрирующей мембраны, приводящее к изменению параметров вибратора (резонансной частоты, амплитуды колебаний).

Изменение резонансной частоты и амплитуды колебаний вибратора через электромагнитную систему возбуждения и съема сигнала поступает в электронный преобразователь сигнализатора обледенения, формирующий выходной сигнал "Обледенение".

Повышение чувствительности датчика в условиях обледенения при околонулевых температурах наружного воздуха получено благодаря расположению выхода воздухозаборника 5 над плоскостью с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны 2 вибратора датчика с обеспечением кольцевого зазора a между плоскостью упругой мембраны 2 и выходом воздухозаборника, величина которого определяет чувствительность датчика к приращенной пленке льда.

Повышение надежности выдачи информации об образовании льда обеспечивается тем, что при такой конструкции чувствительной части датчика, а именно, образование кольцевого зазора a над плоскостью с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны вибратора, появление льда перекрывающего кольцевой зазор a значительно увеличивает жесткость упругой мембраны, что, соответственно, приводит к значительному изменению параметров колебаний вибратора датчика.

Повышение надежности датчика обеспечивается также еще тем, что при таком конструктивном расположении чувствительного элемента (упругой мембраны) датчика, т.е. защищенного воздухозаборником от внешних механических воздействий (обслуживающим персоналом при регламентных работах; льдом, сбрасываемого с передних кромок летательного аппарата), что исключает повреждение чувствительного элемента, отказы и ложные срабатывания датчика.

Использование: в оборудовании авиационной техники, а именно, в датчиках обледенения, служащих для выдачи информации об обледенении поверхности летательного аппарата. Сущность изобретения: в вибрационном датчике обледенения, содержащем вибратор, чувствительный элемент которого выполнен в виде упругой мембраны, воздухозаборник, установленный на корпусе вибратора, рабочую камеру, расположенную между воздухозаборником и чувствительным элементом, с выходными окнами на боковой поверхности, выход воздухозаборника, имеющий остроугольную в виде "ножа" торцевую поверхность, образует кольцевой зазор с плоскостью чувствительного элемента, при этом диаметр выхода воздухозаборника выбран таким образом, что кольцевой зазор проходит над плоскостью с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны вибратора. 3 ил.

Вибрационный датчик обледенения, содержащий вибратор, чувствительный элемент которого выполнен в виде упругой мембраны, воздухозаборник, установленный на корпусе вибратора, рабочую камеру, расположенную между воздухозаборником и чувствительным элементом, с выходными окнами на боковой поверхности, отличающийся тем, что выход воздухозаборника, имеющий остроугольную в виде "ножа" торцевую поверхность, образует кольцевой зазор с плоскостью чувствительного элемента, при этом диаметр выхода воздухозаборника выбран таким образом, что кольцевой зазор проходит над плоскостью с максимальной амплитудой колебаний упругой мембраны вибратора.