冰晶结冰发动机事件概率估计装置、系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体涉及确定大气状况，并且更具体地涉及确定大气中的冰水含量以及估 计冰晶结冰发动机事件的概率。
【背景技术】
[0002] 大气中的冰水含量被定义为大气中的冰颗粒的浓度。大气中某些区域趋于比另一 些区域具有更高的冰水含量。
[0003] 具有低冰水含量的大气区域对于飞行器的飞行会更安全。作为一个示例，高冰水 含量可能与飞行器发动机内的冰晶结冰事件关联。当空气中的冰颗粒浓度进入飞行器发 动机之后融化并在发动机的表面上再冻结时，发生此类冰晶结冰发动机事件，对发动机工 作特性产生影响。更具体地，冰晶结冰发动机事件能够被定义为当冻结或混合的相云颗粒 (例如，缺少明显量的过度冷却液体和机身结冰）在发动机内逐渐增多时。此类事件在发动 机内能够引起发动机退化。
【发明内容】
[0004] 响应于本领域的当前状态，并且具体地响应于常规大气冰水确定系统和/或用于 估计冰晶结冰发动机事件的概率的系统的缺点，研发本申请的主题。其中一种此类缺点包 括常规大气冰水确定系统不能精确确定（例如，预测）或检测大气中包含小颗粒、高浓度冰 水含量或高浓度小颗粒冰水的区域，并因此不能确定可能遭受更大概率的冰晶结冰发动机 事件的大气区域。一些广泛可用的天气和大气状况检测系统（诸如车载雷达）可能能够检 测具有大的冰颗粒的冰水的浓度。然而，这类系统不能充分检测具有小的冰颗粒的冰水浓 度。
[0005] 任意天气和大气状况检测系统不能依赖凭经验观察到的、与实际冰晶结冰发动机 事件有关的数据，因为此类事件常常发生在远程的大气区域（诸如远程的热带水域），其中 凭经验观察到的天气和大气状况不可用。例如，远程地球位置趋于缺乏基于地面的经验数 据，诸如来自天气雷达覆盖的数据、天气气球数据和表面观察值。因此，难于检测有利于形 成小颗粒、高浓度冰水含量的一般天气形态或大气状况。
[0006] 本申请的主题已经经研发以提供一种克服至少一些上述讨论的现有技术的缺点 的装置、系统和方法。更具体地，在一些实施例中，本文所述的一种装置、系统和方法用于确 定（例如，估计）潜在地包含高浓度的小颗粒冰水并因此存在较高概率的冰晶结冰发动机 事件的大气区域。在某些实施方式中，本公开的装置、系统和方法不依赖于来自常规雷达检 测系统的冰颗粒数据来估计常常由具有小颗粒、高浓度冰水含量的区域引用的冰晶结冰发 动机事件的概率。相比之下，在此类实施方式中，利用所确定的、与小颗粒、高浓度冰水含量 的形成有关的更可靠的大气状况数据。此外，尽管基于地面的经验数据可能不可用，但在一 些实施方式中，本公开的装置、系统和方法利用直接与飞行器发动机中的实际冰晶结冰发 动机事件有关和/或在该事件期间获得的可用经验数据（例如，基于飞行的经验数据），估 计冰晶结冰发动机事件的概率。
[0007] 鉴于对现有技术的先前改进，在一些实施例中，本公开建立天气形态或大气状况， 以在全球范围内估计冰晶结冰发动机事件的概率（其可以直接或间接基于小颗粒、高浓度 冰水含量的估计），并因此在全球范围内确定有利于飞行器发动机中的冰晶结冰事件的近 实时状况。通常地，如本公开所建立的，最大概率的冰晶结冰发动机事件在与对流云天气系 统（诸如所谓的中尺度对流系统）有关的大气状况中飞行期间发生，其中主要在暖和与潮 湿大气区域中形成中尺度对流系统。尽管许多可变因素会影响对流云天气系统（其引起高 浓度、小颗粒冰水含量的大气区域）的形成和演变，但是已经发现仅一些可变因素（例如， 来自卫星的红外云顶温度数据、可降水量数据以及具体高度温度数据）的组合占主导地 位，并因此仅这些可变因素用于在地图上确定与高浓度、小颗粒冰水含量有关的冰晶结冰 发动机事件的高概率的潜在区域。
[0008] 这些区域能够代表冰晶结冰发动机事件的高概率，所述事件能够与大于约lg/cm3 的小颗粒（l〇〇nm或刚好大于100nm)冰水浓度有关，在某些实施方式中，内含更高的浓度。 发动机内的冰晶结冰事件（即，冰晶结冰发动机事件）可以在较低浓度（例如，大约lg/m3) 的小颗粒冰水含量下、长距离（例如，至少100海里）飞行期间发生。可替代地，冰晶结冰 发动机事件可以在较高浓度（例如，大于约3g/m3)的小颗粒冰水含量下、较短距离（例如， 小于100海里）飞行期间发生。或者，最后，冰晶结冰发动机事件可以在飞行通过长距离的 内含较低浓度冰水含量的高冰水含量区域期间发生。
[0009] 同时，确定引入足够高概率的冰晶结冰发动机事件的地球周围区域允许飞行器在 飞行时改变航线，或者允许飞行航线计划者提前准备航线以避免此类区域。
[0010] 根据一种实施例，一种装置包括估计模块，该估计模炔基于红外卫星数据、数值天 气预测数据和与至少一个实际冰晶结冰发动机事件对应的经验数据来估计冰晶结冰发动 机事件的概率。该装置还包括数据产品模块，该数据产品模块产生指示冰晶结冰发动机事 件的概率的估计值的数据产品。附加地，该装置包括输出模块，该输出模块将数据产品通信 到接收方。
[0011] 在该装置的一些实施方式中，红外卫星数据包括大气的红外亮度温度，并且数值 天气预测数据包括大气的具体高度温度和大气中的可降水量。估计模块可以将大气的红外 亮度温度、大气的具体高度温度和大气中的可降水量与各自的预定阈值执行比较。估计模 块能够基于该比较估计冰晶结冰发动机事件的概率。在一些实施方式中，各自的预定阈值 基于与实际冰晶结冰发动机事件对应的经验数据。
[0012] 根据该装置的某些实施方式，冰晶结冰发动机事件的概率可识别为至少第一冰晶 结冰发动机事件概率和第二冰晶结冰发动机事件概率中的一者。如果大气的红外亮度温 度、大气的具体高度温度和大气中的可降水量中的任一个不满足各自的预定阈值中的对应 一个，则估计模块将冰晶结冰发动机事件的概率估计为第二冰晶结冰发动机事件概率。相 比之下，如果大气的红外亮度温度、大气的具体高度温度和大气中的可降水量的全部都满 足各自的预定阈值，则估计模块将冰晶结冰发动机事件的概率估计为第一冰晶结冰发动机 事件概率。第一冰晶结冰发动机事件概率能够与较高概率的冰晶结冰发动机事件对应，而 第二冰晶结冰发动机事件概率能够与较低概率的冰晶结冰发动机事件对应。在一些实施方 式中，与红外亮度温度对应的预定阈值在大约200K和大约220K之间，并且在某些实施方式 中，大约为209K。在一些实施方式中，与具体高度温度对应的预定阈值处于在500mb下约 为-20°C和在500mb下为0°C之间，并且在某些实施方式中，在500mb下约为-10°C。在一些 实施方式中，与可降水量对应的预定阈值在大约25mm与大约45mm之间，并且在某些实施方 式中大约为35mm。
[0013] 在一些实施方式中，估计模块同时估计地球上的多个位置处的冰晶结冰发动机事 件的概率。能够针对多个位置中的每个进行比较。该装置包括验证模块，在一些实施方式 中，该验证模炔基于大气的至少一种状况的物理测量来验证冰晶结冰发动机事件的概率的 准确性。根据某些实施方式，估计模炔基于为能够在大气中飞行的飞行器提供动力的发动 机类型来估计冰晶结冰发动机事件的概率。此外，在一些实施方式中，数据产品包括电子二 进制数据文件和图像文件中的一种。
[0014] 根据另一个实施例，一种系统包括飞行器、估计模块和输出模块。估计模炔基于大 气的红外亮度温度、大气的具体高度温度、大气中的可降水量以及与至少一个实际冰晶结 冰发动机事件对应的经验数据来估计冰晶结冰发动机事件的概率。输出模块将冰晶结冰发 动机事件的概率的估计值通信到飞行器。在一些实施方式中，估计模炔基于为飞行器提供 动力的发动机类型来估计冰晶结冰发动机事件的概率。
[0015] 在另一些实施例中，一种方法包括获取红外卫星数据和数值天气预测数据。该方 法还包括将红外卫星数据和数值天气预测数据与各自的预定阈值进行比较。附加地，该方 法包括基于红外卫星数据和数值天气预测数据与各自的预定阈值的比较来估计冰晶结冰 事件的概率。
[0016] 根据该方法的一些实施方式，红外卫星数据包括红外亮度温度数据，并且数值天 气预测数据包括具体高度温度数据和可降水量数据。该方法可以进一步包括当红外亮度温 度数据、具体高度温度数据和可降水量数据中的每个满足各自的预定阈值时，设定冰晶结 冰事件的概率以指示较高概率的冰晶结冰事件；以及当红外亮度温度数据、具体高度温度 数据和可降水量数据中的至少一个不满足各自的预定阈值时，设定冰晶结冰事件的概率以 指示较低概率的冰晶结冰事件。在某些实施方式中，红外亮度温度数据从多个卫星获取，并 且具体高度温度数据和可降水量数据从全球数值天气预测模型获取。
[0017] 在该方法的一些实施方式中，冰晶结冰事件是飞行器的发动机上的冰晶结冰事 件。在方法的某些实施方式中，冰晶结冰事件是飞行器的非发动机部件的冰晶结冰事件。
[0018] 所描述的本公开的主题的特征、结构、优点和/或特性可以以任意合适方式在一 种或更多种实施例/实施方式中组合。在以下描述中，提供若干具体细节以能够全面理解 本公开的主题的实施例。相关领域的技术人员将意识到，可以在没有具体实施例或实施方 式的具体特征、细节、部件、材料和/或方法中的一个或更多个的情况下实现本公开的主 题。在另一些实例中，某些实施例和/或实施方式中可能意识到附加特征和优点，但它们可 能不在所有实施例或实施方式中。此外，在一些实例中，已知结构、材料或操作未详细示出 或描述以避免模糊本公开的主题的各个方面。本公开的主题的特征和优点根据以下描述和 随附的权利要求将变的更加明显，或者可以通过下文所阐述的主题的实践来获悉。
【附图说明】
[0019] 为了更加容易理解主题的优点，以上简单描述的主题的更详细描述将通过参考具 体实施例来表达，其中具体实施例在附图中被图示说明。应当理解，这些附图仅仅描述主题 的典型实施例，因此它们不应被认为限制主题范围。将通过使用附图以、利用附加特异性和 细节描述和解释本主题，其中：
[0020] 图1是根据一个实施例的用于估计冰晶结冰发动机事件的概率的一个系统的示 意图；
[0021] 图2是根据另一个实施例的用于估计冰晶结冰发动机事件的概率的一个装置的 示意