图像式过冷大水滴结冰探测技术研究

SLD（过冷大水滴）结冰是飞机结冰防护领域的新问题和难点，目前国内外尚无探测SLD结冰的成熟技术。本项目针对常规探头型结冰探测器在SLD结冰探测中存在冻结系数过小，不能区分常规结冰与SLD结冰等问题，研究一种全功能型SLD结冰探测方法。项目提出用主动制冷技术解决探头冻结系数过小问题，并用模拟计算研究SLD结冰机理，进而在此基础上设计特殊外部构型的探头，使常规和SLD条件下，不同粒径范围的水滴都能在探头的不同部位结冰。同时，结合图像处理技术，提出一种图像式结冰探测方法，该方法既能实现对常规结冰进行探测的功能，也能解决SLD结冰中遇到的大厚度结冰以及结冰类型、形状的识别难题。具有分辨SLD结冰后流特性能力的探头与新的结冰探测方法相结合，有望解决SLD结冰探测难题。本项目紧扣国家大飞机及其他航空装备研制中的飞机结冰安全防护需求，旨在研制SLD结冰探测的新方法，促进我国飞机结冰探测技术的发展。

飞机结冰严重危害飞行安全，其结冰严重程度与液态水含量，水滴粒径和温度等气象参数密切相关。1994年发生在美国印第安纳州的一起飞行事故使人们认识到，飞机在飞行中遇到的水滴还有可能是粒径超过适航规范规定的过冷大水滴。过冷大水滴结冰与常规结冰有很大的不同，容易形成粗糙的冰脊，造成飞机机翼大面积、不规则的外形破坏。因此，过冷大水滴结冰比常规结冰产生的破坏更加严重，其探测技术的研究也更为迫切和重要。.过冷大水滴结冰是飞机结冰防护领域的新问题和难点，传统基于谐振杆的结冰探测技术存在探头冻结系数过小，不能解决常规结冰与过冷大水滴结冰区分探测等问题，需要在结冰探测原理和方法上有所突破。.本项目针对过冷大水滴结冰的特殊性，重点对常规水滴和过冷大水滴的结冰机理，常规水滴结冰与过冷大水滴结冰的区分方法，结冰探测器特殊外形探头的设计，冰的光学特性，图像式结冰探测方法，光纤式结冰探测方法，结冰风洞试验验证方法等进行研究，以实现能够区分常规水滴结冰与过冷大水滴结冰的全功能型结冰探测方法。.本项目利用常规水滴和过冷大水滴在流场中不同的撞击特性，使得常规水滴和过冷大水滴撞击到探头不同位置，成功突破了探测器探头外形分析及设计的关键技术，实现了对常规结冰与过冷大水滴结冰的区分探测。通过结冰前后图像特征的对比实现在探头不同部位的结冰厚度、结冰速率、结冰形状等参数的获取，成功突破了图像式结冰探测关键技术。研制了图像式及光纤式过冷大水滴结冰探测器原理样机，并通过试验验证了项目设计的探头外形及结冰探测方法的有效性。本项目研究并制定了过冷大水滴结冰风洞试验方法，并完成多次结冰风洞试验对设计的探头外形及探测方法进行了验证。.图像式结冰探测方法实现了结冰信息的自动采集和识别，由于图像信息比传统传感器获得的信息更加丰富，该方法与特殊外形的探头结合，实现了本项目提出的全功能型过冷大水滴结冰探测方法，在国内率先实现了一种能够区分常规结冰与过冷大水滴结冰的探测方法，与国外探测方法相比，不存在探头冻结系数过小的问题。本项目的研究成果有望推动相关技术在我国自主研发的大型客机上的应用，促进我国飞机结冰探测技术的发展。.另外，国外已经开展结冰条件探测技术的研究，新方法直接对结冰气象条件进行测量。本项目研究的结冰探测技术具有区分不同水滴粒径结冰条件的功能，在本项目研究的基础上可以进一步扩展研究具有结冰条件反演能力的结冰预警探测技术。