专利名称：防止航空器发动机结冰的保护装置和相关的除冰方法
技术领域：
本发明涉及防止航空器发动机结冰(givrage)的保护装置和方法。
背景技术：
由于运营的限制且特别是由于起飞前的等候时间，航空器尤其是民用航空器，会有某些时间暴露于严重结冰的气象条件下，发动机同时怠速运转。
尽管发动机在运行，但是这些气象条件导致可能在以下部位积聚大量的冰霜在发动机的静止或非静止的上游部分，且尤其在通常称为增压器(soufflante)的低压压气机的叶片上——所述低压压气机以低速度使发动机怠速转动，或者在增压器下游的固定部分上，或者在发动机舱前部的内壁上、特别是在围绕增压器的区域内。
为限制发动机结冰，存在一些地面程序以便确保定期对发动机进行除冰(dégivrage)。
这些程序在于周期性地增大发动机转速，以便离心分离积聚在转动部分上的冰霜，且提高增压器下游的发动机气流的温度，而这用于除去可能积聚在发动机固定部分上的冰霜。
这些程序要求从机组人员方面监测在着陆时和起飞前的滑行期间转入结冰状态的气象条件和外部温度。
此外，这些一旦达到设定的结冰条件则系统地运行的程序，并不考虑所积聚的实际的冰或霜数量，且导致增加燃料的消耗和造成对机场无益的污染。
存在冰霜检测装置以用于检测飞行中的结冰条件。这些系统以一探测器为基础，所述探测器配有一冰霜敏感元件，当航空器穿过一成霜云层时，所述冰霜敏感元件提供信息。
这些装置——其主要目的是用于提醒机组人员，但是也可用于自动启动防止飞机结冰的保护系统——包括一探测器，该探测器需要气流以提供可靠的信息。
这种探测器还可安装在发动机的进气口内，并经受发动机抽吸的气流，这也允许在飞机进行地面操作时提供信息。
对此，探测器同样用于提供一指示冰霜存在的示警信号，但却不能确定所积聚的实际冰霜数量。
发明内容
本发明旨在实施防止航空器发动机部分结冰的保护装置，其首先具有一检测器，以检测所积聚的冰霜的数量或厚度，以便仅在回应一实际的和确定的结冰时才执行所述除冰程序。
为此，本发明首先涉及防止航空器发动机结冰的保护装置，其特征在于，所述保护装置具有一传感器，其对所积聚的冰霜数量敏感，所述传感器布置在航空器发动机的进气口内；一测定和比较系统，其测定所述冰霜数量，并将所述数量与一预定的界限值进行比较；以及一启动系统，其用于对超过预定界限值的检测结果作出一响应。
这种响应尤其可包括启动一报警装置和/或在仪表板上显示增大发动机转速的指令。
根据一优选实施方式，本发明旨在提出防止航空器发动机结冰的保护装置，使得可以解除驾驶员监控发动机结冰条件的任务。根据该实施方式，所述装置连接于一发动机控制系统，该系统具有发动机转速调节部件，所述响应包括增大发动机转速。
优选地，所述启动系统和/或所述发动机控制系统连接于温度测定部件，并具有控制部件，所述控制部件根据温度和测得的冰霜数量，控制发动机转速增大的持续时间。
本发明还包括航空器发动机除冰方法的实施，所述方法主要包括测定发动机一元件的至少一壁上的冰霜数量的测定阶段；将测得的冰霜数量与预定的界限数量值相比较的阶段；以及在超过预定的界限值时启动一响应的阶段。
有利地，所述方法还具有增大发动机转速的阶段和/或作为对超过确定的界限值作出响应而在发动机上游输送热空气的阶段。
根据本发明的一优选实施方式，所述方法具有这样的阶段由发动机控制系统根据代表结冰条件持续时间的参数存储延迟发动机转速的增大，并按照所述参数调适所述延时(temporisation)。
通过参照附图，阅读下文对本发明的一非限制性实施例的描述，本发明的其它特征和优点将得到更好的理解，附图如下[21]图1是根据本发明配有一传感器的航空器发动机的剖面示意图；[22]图2是根据本发明的一装置的一实施例的示意图；[23]图3是根据本发明的除冰方法的示意图。
具体实施例方式如前所述，根据本发明的防止结冰的保护装置基于检测积聚在如图1所示的航空器发动机进气口20的一元件处的冰霜数量。为此，所述装置具有至少一传感器1，所述传感器1对所积聚的冰霜数量敏感，所述传感器被布置在发动机2的进气口内、在相对于该发动机的结冰而言具有代表性的一位置处。
所述就结冰而言具有代表性的位置通过对结冰条件的试验和测定加以确定，根据所涉及的发动机的构型，该位置可如图1所示位于增压器21的前面，或位于该增压器的后面。
如图2更确切地示出，所述装置具有一测定系统3，该测定系统测量由传感器1检测到的冰霜数量。所述测定系统可集成于传感器盒，或布置在一发动机控制系统7、例如一发动机运行控制计算机的附近。
所述装置还具有一比较系统4，其将所述数量值与一预定界限值S进行比较；以及一启动系统5。所述比较系统可集成于所述测定系统3或所述启动系统5中，对于所述启动系统5，它用于对超过所述预定界限值的检测结果作出一响应。
所述确定的界限值是航空器计算机中具有的一数据。该数据可以是根据外部数据——例如滑行的或发动机怠速运行的累计时间、和外部条件且尤其是室外温度——计算出的一数据，但该数据也可以是与发动机可接受的最大的冰霜极限值相对应的一固定数据。
至于响应，可理解为启动一用于发动机除冰的程序，并且根据本发明，所述响应出现在检测到一冰霜数量的情况下。
发动机除冰最常用的程序是提高发动机转速。
根据一简化的实施方式，所述启动系统5连接于航空器仪表板上的一警报装置6，所述响应包括启动所述警报装置6和/或在仪表板上显示一增大发动机转速的指令，驾驶员负责进行发动机转速的增大，以便对发动机除冰。
在这种情况下，所述装置可仅具有检测部件，用以检测由驾驶员执行的发动机加速，并且所述装置配置成在一持续时间——其与根据该加速进行的正常发动机除冰相一致——内，保持所述报警信号。
相对于以前的程序来说，该实施方式的优越性已经体现在不再迫使驾驶员监控结冰条件和发动机转入怠速运转的时间，以及不再迫使驾驶员启动系统的及周期性的发动机加速阶段，而允许他们只在有效时间内启动这些除冰阶段。
根据一优选实施方式，尤其是根据图2所示的对象，所述启动系统5还连接于一发动机控制系统7，所述发动机控制系统7具有发动机转速调节部件，所述响应包括发动机转速的自动增大，而该自动增大被所述发动机控制系统7延迟(temporiser)。
优选地，所述警报装置仍然存在，因为既然除冰需要发动机转速增大到增压器21的转速N1的70％，则告知驾驶员所述装置投入运行是合适的。
根据该实施方式，发动机转速被自动加快，以便启动所述除冰阶段，在这种情况下，报警信号是给驾驶员发出的除冰阶段开始或将要开始的一种指示，以便例如允许驾驶员使飞机减速。
根据本发明的一第一实施方式，所述启动系统5和/或发动机控制系统7连接于发动机进气口温度测定部件8，且具有控制部件，所述控制部件根据测得的温度和冰霜数量控制发动机转速增大的持续时间。
实际上，根据本发明，可设计使除冰方法达到最佳化，这种最佳化在于，将所述发动机加速阶段限制在一段所述除冰实际所需的且足够的持续时间上，该持续时间不仅随被监控部分处积聚的冰霜数量而变化，而且随外部条件而变化，所述外部条件的严重性可能使得其它区域有滞积大量冰霜的危险。
作为可选的或补充的实施方式，所述装置连接于发动机上游的一热空气提取和热空气输送系统22。因此，所述装置可以首先开启一热空气提取阀23，在发动机的一发热部分中、典型地是在一低压或中压的压气机级中，提取热空气，在所述压气机级上热空气可以被提取而无损于发动机的良好工作，而且通过将所述热空气输送到所述发动机的关键部分上或这些关键部分的上游，优化对易遇冰霜积聚的发动机关键部分的除冰。
使用由根据本发明的装置控制的这种热空气提取系统，允许在安装有该热空气提取系统的发动机上限制、或者甚至取消所述发动机加速阶段，并因此允许降低发动机的消耗，且减少噪声危害。
作为补充，根据本发明的装置还可包括存储部件和计算部件，它们配置成对相应于结冰条件的持续时间进行累计，并使发动机转速增大的延时适配于所述累计值。这些部件可包括在所述测定系统3和发动机控制系统7之一内。
所述传感器1可由一表面探测器构成，所述表面探测器集装在发动机的一遭遇冰霜的表面上，并测定冰霜范围，但是优选地，所述传感器由一振动指杆式探测器构成，其承受进入发动机的气流。多个传感器可布置在进气口的不同部位。
所述振动指杆式探测器是一种磁致伸缩(magnétostrictif)传感器式探测器，其包括一柱形杆，该柱形杆在一约40Hz频率的电子振荡电路作用下振动；以及一检测电路，该电路检测所述探测器的振动频率。所述杆的振动频率随传感器上的冰霜积聚而减小，从而测定出需监控区域中的冰霜数量，并可根据一选用的结冰界限值启动所述除冰装置，其中所选用的结冰界限值或者预先确定为固定的，或者根据航空器的运营条件动态地加以确定。
因此，所述除冰装置的工作原理使得可以实施根据本发明的航空器发动机除冰方法。
如图3简化示出的，该方法包括一测定阶段10，其测定发动机一元件的至少一壁上的冰霜数量；一比较阶段11，其将测得的冰霜数量与一预定的界限数量值进行比较；以及一启动阶段12，其在超过所述预定的界限值的情况下发出一响应。如前所述，所述响应可启动一报警器16，但是根据一优选实施方式，所述响应是这样的一增速阶段13作为对超过所述确定界限值的响应而增大发动机转速。根据该实例的所述阶段的持续时间取决于被存储的条件，所述方法包括一延迟阶段14，在所述延迟阶段14，所述发动机控制系统根据代表结冰条件持续时间的参数存储15延迟发动机转速的增大，并根据所述参数调适所述延时。
当延时结束时，或者当测得的冰霜数量恢复到一下限之下(阶段17)时，所述发动机转速恢复至怠速运转，且所述系统重新处于监控条件下。
本发明不局限于所述的实施方式，且尤其是，所述发动机控制系统可具有外部事件检测部件，所述外部事件检测部件允许在外部事件——例如某些涉及驾驶员进行的控制或涉及发动机转速的手动增加的动作——发生的情况下，取消增大发动机转速的指令。
权利要求
1.防止航空器发动机结冰的保护装置，所述保护装置具有至少一传感器(1)，其对一所积聚的冰霜数量敏感，并布置在一航空器发动机(2)的进气口内；一测定所述冰霜数量的测定系统(3)和将所述冰霜数量与一预定界限值(S)进行比较的比较系统(4)；以及一启动系统(5)，其用于对超过所述预定界限值的检测结果作出一响应，其特征在于，所述启动系统(5)连接于一发动机控制系统(7)，所述发动机控制系统(7)具有发动机转速调节部件，所述响应包括所述发动机转速的增大，而所述发动机转速的增大被所述发动机控制系统(7)延迟。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述启动系统(5)连接于航空器仪表板上的一警报和/或发动机转速增大指令显示的装置(6)，所述响应包括启动所述的警报和/或指令显示的装置(6)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述启动系统(5)和/或所述发动机控制系统(7)连接于发动机进气口温度测定部件(8)，且具有控制部件，所述控制部件根据所测得的温度和冰霜数量控制所述发动机转速增大的持续时间。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测定系统和所述发动机控制系统中的至少之一包括存储部件和计算部件，所述存储部件和计算部件配置用于实现对相应于结冰条件的时间进行累计，并且用于使所述发动机转速增大的延时适配于所述累计值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器具有一表面探测器，所述表面探测器集装在所述发动机的一遭遇冰霜的表面上，且测定冰霜范围。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器(1)包括一振动指杆式探测器，其承受进入所述发动机中的气流。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述启动系统(5)连接于在所述发动机上游的一热空气提取和热空气输送系统(22)。
8.航空器发动机的除冰方法，其特征在于，所述方法具有一测定阶段(10)，其测定所述发动机的一元件的至少一壁上的冰霜数量；一比较阶段(11)，其将所述测得的冰霜数量与一预定的界限数量值进行比较；以及一启动阶段(12)，其对超过所述预定的界限值作出一响应。
9.根据权利要求8所述的航空器发动机的除冰方法，其特征在于，该方法还具有一阶段(13)，该阶段在于作为对超过所述确定的界限值的响应而增大所述发动机转速。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法具有一阶段(14)，该阶段在于由所述发动机控制系统根据代表结冰条件持续时间的一参数存储(15)，延迟所述发动机转速的增大，并根据所述参数调适所述延迟。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，该方法具有一阶段，该阶段在于作为对超过所述确定的界限值的响应，而在所述发动机的上游输送热空气。
全文摘要
本发明涉及防止航空器发动机结冰的保护装置，所述保护装置具有至少一个布置在航空器发动机(2)进气口内的传感器(1)，其对所积聚的冰霜数量敏感；一测定所述冰霜数量的测定系统(3)和使所述冰霜数量与一预定的界限值(S)相比较的比较系统(4)；一用于对超过预定界限值的检测结果作出响应的启动系统(5)，所述响应可以是警报、由所述发动机控制系统(7)延迟的发动机转速的增大、或在发动机上游输送热空气。
文档编号F02C9/52GK101023254SQ200580031831
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月12日 优先权日2004年9月21日
发明者P·雅凯-弗朗西永, G·谢纳 申请人:空中客车法国公司