СИГНАЛИЗАТОР ОБЛЕДЕНЕНИЯ ЛОПАСТЕЙ ВИНТА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2008 года по МПК B64D15/22 

Изобретение относится к устройствам противообледенительных систем, предназначенных для защиты вертолетов от обледенения и предотвращения его катастрофических последствий.

В настоящее время в противообледенительных системах вертолетов используются сигнализаторы (датчики) обледенения, которые применяются и на других типах летательных аппаратов, например самолетах. Эти сигнализаторы можно разделить на две группы - косвенного и прямого действия.

Принципы работы сигнализаторов обледенения косвенного действия основаны на регистрации изменений электрофизических характеристик чувствительных элементов, которые возникают при наличии в окружающей атмосфере переохлажденных капель воды. К представителям таких устройств относятся, например, датчики ДО-38, выпускаемые Казанским заводом «Электроприбор», датчик, описанный в патенте US №7014357В2 (2006 г.), и ряд других. Наряду с простотой реализации всем этим устройствам присущи общие недостатки - низкая достоверность точного определения факта начала и конца процесса обледенения, большое число ложных срабатываний.

Сигнализаторы прямого действия реагируют непосредственно на слой льда, образовавшийся на чувствительном элементе датчика либо контрольной поверхности, которые находятся непосредственно в потоке охлажденного воздуха. К известным устройствам этой группы относятся вибрационные сигнализаторы, регистрирующие изменение частоты колебаний чувствительного элемента при увеличении его массы за счет нарастания на нем слоя льда. Например, достаточно широко применяются в настоящее время сигнализаторы СО-121М, СО-121ВМ производства Арзамасского приборостроительного завода, СО-1М, DTL-2, DTL-4M, выпускаемые АОКБ «Импульс», и другие. Известен также оптический сигнализатор обледенения, приведенный в патенте SU №743303 А1, кл. G08B 19/02. В этом устройстве для обнаружения и измерения толщины льда использованы источник излучения и фотоприемник, которые оптически сопряжены посредством расположенных в плоскости обледенения под углом друг к другу передающего и приемного световодов, торцы которых разделены диафрагмой.

К общим недостаткам указанных выше сигнализаторов следует отнести недостаточную чувствительность устройств, их низкую помехоустойчивость, отсутствие защиты от воздействия внешних факторов. Но самый главный недостаток заключается в том, что все эти сигнализаторы крепятся на фюзеляже вертолета, условия образования льда на котором отличаются от условий его образования непосредственно на лопасти винта вертолета, где лед образуется значительно раньше. Этот факт существенно снижает эффективность действия существующих противообледенительных систем вертолета.

Известно устройство для обнаружения обледенения на лопастях винта вертолета, описанное в работе R.J.Hansman of Massachusetts Institute of Technology and R.J.Rieder and S.Krishnaswamy of Visidyne, Inc., для Glenn Research Center, г. Кливленд, штат Огайо, США. Предложенное в этой работе устройство основывается на измерении инфракрасного излучения, характеризующего распределение разности температур, возникающей в процессе обледенения между передней кромкой лопасти и ее плоскостью. Устройство включает в себя фотоприемник, работающий в инфракрасном диапазоне длин волн (3...5 мкм), установленный в верхней части фюзеляжа и смотрящий вверх на лопасти винта, оптическую систему, фокусирующую излучение с передней части лопасти на фотоприемник и электронную схему считывания и обработки сигнала приемника. Это устройство выбрано нами в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа, препятствующим его эффективному применению в качестве сигнализатора обледенения для вертолетов, следует отнести сложность обработки информации, трудность выработки критериев оценки степени обледенения, недостаточную чувствительность устройства, его низкую помехоустойчивость, отсутствие защиты от воздействия внешних факторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности и разрешающей способности сигнализатора обледенения, достижение высокого быстродействия, помехоустойчивости и защищенности от воздействия внешних факторов, достоверности определения фактов начала и окончания обледенения.

Цель изобретения достигается тем, что предлагаемое устройство включает в себя оптический излучатель, установленный в верхней части фюзеляжа вертолета, который через передающую оптическую систему, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, формирует импульсное излучение с частотой импульсного генератора, подключенного к оптическому излучателю, которое модулируется и синхронизируется с помощью модулятора и синхронизатора, управляющих импульсным генератором. Импульсное излучение, отражаясь от отражающей поверхности передней кромки лопасти винта через оптически прозрачный обогреваемый обтекатель фотоприемника, анализатор, приемную оптическую систему попадает на вход фотоприемника. Плоскость поляризации анализатора повернута относительно плоскости поляризации поляризатора на угол, обеспечивающий отсутствие излучения, проходящего через анализатор при отражении от чистой поверхности лопасти винта. К выходу фотоприемника подключен вход блока обработки сигналов, а его выход соединен с входом индикатора наличия обледенения и входом устройства управления противообледенительной системой.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже изображены синхронизатор 1, модулятор 2, импульсный генератор 3, оптический излучатель 4, передающая оптическая система 5, поляризатор 6, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 7, лопасть винта вертолета 8, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель фотоприемника 9, анализатор 10, приемная оптическая система 11, фотоприемник 12, блок обработки сигналов 13, индикатор наличия обледенения 14, устройство управления противообледенительной системой 15.

Сигнализатор обледенения работает следующим образом.

Оптический излучатель 4 излучает световые импульсы с частотой импульсного генератора 3, который управляется с помощью модулятора 2 и синхронизатора 1. Оптический сигнал проходит через передающую оптическую систему 5, поляризатор 6, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя 7 и, отражаясь от отражающей поверхности передней кромки лопасти винта вертолета 8, через оптически прозрачный обогреваемый обтекатель фотоприемника 9 попадает на анализатор 10, плоскость поляризации которого повернута относительно плоскости поляризации поляризатора 6 на угол, обеспечивающий отсутствие излучения, проходящего через анализатор 10 при отражении от чистой поверхности лопасти винта. В случае отсутствия льда на отражающей поверхности передней кромки лопасти винта вертолета излучение на выход анализатора 10 не проходит и оптический сигнал через приемную оптическую систему 11 на вход фотоприемника 12 не поступает. Соответственно не формируется сигнал с блока обработки сигналов 13 на индикатор наличия обледенения 14 и устройство управления противообледенительной системой 15. Если вследствие соответствующих условий окружающей среды на отражающей поверхности передней кромки лопасти винта вертолета начнет формироваться пленка льда, то она вызовет изменение степени поляризации проходящего через нее излучения. В результате на выходе анализатора 10 появится излучение, которое через приемную оптическую систему 11 попадет на фотоприемник 12. С выхода фотоприемника 12 оптический сигнал, преобразованный в электрический сигнал, через блок обработки сигналов 13 поступит на индикатор наличия обледенения 14 и устройство управления противообледенительной системой 15. После сброса льда деполяризующее воздействие последнего на излучение прекращается, и сигнал на выходе анализатора 10 и соответственно фотоприемника 12 и блока обработки сигналов 13 пропадает.

Если условия окружающей среды не изменились и на отражающей поверхности передней кромки лопасти винта вертолета вновь начнет формироваться лед, то вышеописанный процесс будет повторяться до тех пор, пока обледенение не прекратится.

Изобретение относится к устройствам противообледенительных систем, предназначенных для защиты вертолетов от обледенения и предотвращения его катастрофических последствий. Сигнализатор включает в себя оптический излучатель, установленный в верхней части фюзеляжа вертолета, который через передающую оптическую систему, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя, формирует импульсное излучение с частотой импульсного генератора, подключенного к оптическому излучателю. Импульсное излучение модулируется и синхронизируется с помощью модулятора и синхронизатора, управляющих импульсным генератором. Излучение, отражаясь от отражающей поверхности передней кромки лопасти винта, через оптически прозрачный обогреваемый обтекатель фотоприемника, анализатор, приемную оптическую систему попадает на вход фотоприемника. Плоскость поляризации анализатора повернута относительно плоскости поляризации поляризатора на угол, обеспечивающий отсутствие излучения, проходящего через анализатор при отражении от чистой поверхности лопасти винта. К выходу фотоприемника подключен вход блока обработки сигналов, а его выход соединен с входом индикатора наличия обледенения и входом устройства управления противообледенительной системой. Устройство позволяет с высокой точностью фиксировать моменты начала и окончания процесса обледенения непосредственно лопастей несущего винта вертолета, что существенно повышает эффективность действия противообледенительных систем и безопасность полетов. 1 ил.

Сигнализатор обледенения лопастей винта вертолета, состоящий из приемной оптической системы, фотоприемника, блока обработки сигналов, отличающийся тем, что в него введены импульсный генератор, модулятор, выход которого подключен к управляющему входу импульсного генератора, а вход - к выходу синхронизатора, оптический излучатель, соединенный с выходом импульсного генератора, излучающий через введенные передающую оптическую систему, поляризатор, оптически прозрачный обогреваемый обтекатель излучателя в направлении отражающей поверхности передней кромки лопасти винта вертолета и оптически сопряженный через дополнительно введенные оптически прозрачный обогреваемый обтекатель фотоприемника, анализатор и приемную оптическую систему с фотоприемником, соединенным с входом блока обработки сигналов, к выходу которого подключены входы индикатора наличия обледенения и устройства управления противообледенительной системой.