圖像式過冷大水滴結冰探測技術研究

《圖像式過冷大水滴結冰探測技術研究》是依託華中科技大學，由葛俊鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：圖像式過冷大水滴結冰探測技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：葛俊鋒
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

SLD（過冷大水滴）結冰是飛機結冰防護領域的新問題和難點，目前國內外尚無探測SLD結凍的成熟技術。本項目針對常規探頭型結冰探測器在SLD結冰探測中存在凍結係數過小，不能區分常規結冰與SLD結冰等問題，研究一種全功能型SLD結冰探測方法。項目提出用主動製冷技術解決探頭凍結係數過小問題，並用模擬計算研究SLD結冰機理，進而在此基礎上設計特殊外部構型的探頭，使常規和SLD條件下，不同粒徑範圍的水滴都能在探頭的不同部位結冰。同時，結合圖像處理技術，提出一種圖像式結冰探測方法，該方法既能實現對常規結冰進行探測的功能，也能解決SLD結冰中遇到的大厚度結冰以及結冰類型、形狀的識別難題。具有分辨SLD結冰後流特性能力的探頭與新的結冰探測方法相結合，有望解決SLD結冰探測難題。本項目緊扣國家大飛機及其他航空裝備研製中的飛機結冰安全防護需求，旨在研製SLD結冰探測的新方法，促進我國飛機結冰探測技術的發展。

結題摘要

飛機結冰嚴重危害飛行安全，其結冰嚴重程度與液態水含量，水滴粒徑和溫度等氣象參數密切相關。1994年發生在美國印第安納州的一起飛行事故使人們認識到，飛機在飛行中遇到的水滴還有可能是粒徑超過適航規範規定的過冷大水滴。過冷大水滴結冰與常規結冰有很大的不同，容易形成粗糙的冰脊，造成飛機機翼大面積、不規則的外形破壞。因此，過冷大水滴結冰比常規結冰產生的破壞更加嚴重，其探測技術的研究也更為迫切和重要。 過冷大水滴結冰是飛機結冰防護領域的新問題和難點，傳統基於諧振桿的結冰探測技術存在探頭凍結係數過小，不能解決常規結冰與過冷大水滴結冰區分探測等問題，需要在結冰探測原理和方法上有所突破。 本項目針對過冷大水滴結凍的特殊性，重點對常規水滴和過冷大水滴的結冰機理，常規水滴結冰與過冷大水滴結凍的區分方法，結冰探測器特殊外形探頭的設計，凍的光學特性，圖像式結冰探測方法，光纖式結冰探測方法，結冰風洞試驗驗證方法等進行研究，以實現能夠區分常規水滴結冰與過冷大水滴結凍的全功能型結冰探測方法。 本項目利用常規水滴和過冷大水滴在流場中不同的撞擊特性，使得常規水滴和過冷大水滴撞擊到探頭不同位置，成功突破了探測器探頭外形分析及設計的關鍵技術，實現了對常規結冰與過冷大水滴結凍的區分探測。通過結冰前後圖像特徵的對比實現在探頭不同部位的結冰厚度、結冰速率、結冰形狀等參數的獲取，成功突破了圖像式結冰探測關鍵技術。研製了圖像式及光纖式過冷大水滴結冰探測器原理樣機，並通過試驗驗證了項目設計的探頭外形及結冰探測方法的有效性。本項目研究並制定了過冷大水滴結冰風洞試驗方法，並完成多次結冰風洞試驗對設計的探頭外形及探測方法進行了驗證。 圖像式結冰探測方法實現了結冰信息的自動採集和識別，由於圖像信息比傳統感測器獲得的信息更加豐富，該方法與特殊外形的探頭結合，實現了本項目提出的全功能型過冷大水滴結冰探測方法，在國內率先實現了一種能夠區分常規結冰與過冷大水滴結凍的探測方法，與國外探測方法相比，不存在探頭凍結係數過小的問題。本項目的研究成果有望推動相關技術在我國自主研發的大型客機上的套用，促進我國飛機結冰探測技術的發展。 另外，國外已經開展結冰條件探測技術的研究，新方法直接對結冰氣象條件進行測量。本項目研究的結冰探測技術具有區分不同水滴粒徑結冰條件的功能，在本項目研究的基礎上可以進一步擴展研究具有結冰條件反演能力的結冰預警探測技術。