2024 年 3 月 8 日

 

• 研究人員在結冰風洞和飛行測試中測試了十項新​​技術。
• 最好的結果來自於檢測大氣結冰條件與識別飛機上實際積冰的結合，並透過監測飛行性能來支持。
• 經過成功測試的感測器和系統開啟了廣泛的應用可能性。
• 重點領域：航空

 

當大的、過冷的水滴在飛行過程中在飛機上結冰時，這通常會給飛行操作帶來特殊的挑戰，由此產生的結冰可能會出現在飛機上已知保護系統無法到達的位置。此外，冰通常比其他類型的結冰（例如較小的水滴）生長得更快。在歐盟計畫 SENS4ICE（用於結冰環境中更安全航空的感測器和可認證混合架構）中，德國航空航天中心(DLR) 和其他16 個計畫參與者研究了用於檢測所謂的過冷大液滴(SLD) 的新技術。

該計畫歷時五年，研究人員開發了十項飛行中直接冰探測技術，並初步在 SLD 條件下的結冰風洞中成功進行了測試。其中一種新方法是由DLR 輕型系統研究所開發的局部冰層探測器 (LILD) ，它可以整合到機翼或水平尾翼等飛機結構中。為此，科學家評估了受飛機結冰影響的超音波。

其他專案參與者開發了基於熱、光或電原理的飛機感測器技術。另一種研究方法是利用衛星數據：研究人員能夠利用遙感來識別大氣結冰狀況並改善氣象預報。

 

軟體監控結冰狀況

在德國航太中心飛行系統技術研究所，科學家尋求一種新穎的、以飛機為基礎的方法。他們開發了具有監控演算法的軟體，可以連續檢查飛行性能，從而得出有關結冰情況的結論。如果飛機結冰，就會導致偏離正常飛行條件，因此可以間接偵測到。新穎之處在於，該專案採用了混合方法：研究人員結合了各種檢測選項，以便利用各自感測器的速度和準確性等優勢，快速且準確地檢測飛機上的 SLD 結冰。「混合結冰探測是一種很有前途的方法，可以在罕見的 SLD 結冰條件下進行早期和可靠的預警，」來自DLR 飛行系統技術研究所的專案負責人 Carsten Schwarz 解釋道。

 

過冷大水滴雲飛行試驗技術演示

兩次飛行測試是在特殊的 SLD 結冰條件下進行的。這些很少發生並且難以預測。因此，德國航太中心大氣物理研究所協調了 一群氣象學家和科學家，他們在活動之前和活動期間（特別是飛行期間）為天氣預報提供了重要支援。他們使用精確的雲儀器測量了兩架測試飛機上的大氣條件。透過這種方式獲得的數據為評估冰探測新技術提供了參考。

 

在北美和歐洲進行飛行測試

2023 年 2 月和 3 月，巴西航空工業公司營運的飛鴻 300 飛機在北美執行了 15 次飛行，總計 25 個飛行小時。在歐洲空域，法國 Safire 的 ATR 42 研究飛機也於 2023 年 4 月在法國南部進行了 15 次飛行，飛行時間約 50 小時。總的來說，研究人員在這兩項活動中在結冰條件下飛行了超過 14 小時，在 SLD 條件下飛行了兩個半小時以上。他們能夠收集數據並成功測試他們的技術的寶貴時間。

經過成功測試的傳感器和系統開闢了廣泛的應用可能性 - 不僅為未來商用飛機的批准和安全運行以及考慮到未來節能和可持續航空的挑戰 - 而且為新型飛機，例如例如UAV（無人駕駛飛行器）、UAM（城市空中交通）領域。「最好的結果來自於檢測大氣結冰條件與識別飛機上實際積冰的結合，此外還透過監測飛行性能提供支持，」施瓦茨在評估計畫結果時說道。「透過收集的數據和經驗，很明顯需要對特定 SLD 結冰條件進行更多研究，以加深了解。然而，已經很清楚的是，不僅了解大氣條件和飛機上的積冰，而且最重要的是了解對飛行特性的影響對於確保安全飛行操作至關重要。”

 

[照片]

(A) Safire ATR 42 機翼下方塔架上的參考感測器用於確定大氣條件

使用經過驗證的科學儀器對結冰條件進行的參考測量構成了評估新開發的 SLD 結冰檢測技術的基礎。

(B) Safire ATR 42 飛行中水平安定面前緣結冰

飛行期間結冰會導致飛行性能和飛行特性受損。

(C) 使用 Safire ATR 42 研究飛機進行測量活動

SENS4ICE 計畫參與者開發的結冰感測器安裝在機翼下方和機身上。 在飛行測試期間，有些測量大氣結冰條件，有些測量飛機上的積冰，特別是過冷大液滴條件。

(D) 巴西航空工業公司飛鴻 300 配備用於檢測結冰條件的參考感測器和專門針對 SLD 結冰條件的新型感測器技術

經過廣泛的修改，不僅可以容納 SENS4ICE 專案中開發的參考儀器和感測器，還可以容納飛機外部和機艙內的多個攝影機，用於測量資料處理和資料記錄。