飞机地面结冰预测基础理论与关键技术研究

本项目主要研究飞机地面积冰预测及除冰的基础理论及关键技术，并应用于民航机场飞机地面除冰系统之中。研究内容包括：飞机地面积冰机理以及预测、探测基础理论和方法研究、飞机地面除冰机理及除冰液保持时间预测方法研究、适于飞机地面除冰工艺参数控制的理论和应用研究、飞机表面残留冰实时在线检测的理论和方法研究。在上述研究的基础上，探索有效的民航机场飞机积冰预测及除冰系统方案。项目的研究成果可应用于民航机场飞机地面安全、快速除冰系统中，本研究对于探索新的飞机地面除冰技术、解决传统的民航机场飞机地面除冰效率低、安全性差等问题具有重要的理论意义和实用价值，将有助于促进我国民航飞机地面除冰雪技术的发展，形成自主知识产权有重要意义。

针对安全、高效的民航机场飞机地面除冰的理论及核心关键技术问题进行了研究和探讨，提出了从飞机地面结冰预测检测、飞机地面除冰装备及多参数控制、飞机地面除冰调度与过程控制及除冰液技术等方面的完备性飞机地面除冰系统理论和技术。项目具体研究工作和结论包括：温度、湿度、风速等气象信息参数对积冰冰型及积冰增长率等将产生直接影响，以温度、湿度等气象信息参数作为控制条件，基于积冰动力学方法可实现飞机表面积冰过程的理论表达模型，利用该模型可依据气象参数对飞机积冰状态进行短时预测及估计，为后续除冰过程调度与除冰装备控制提供依据。研制开发了适用多种冰型的积冰探测传感器，不同类型积冰检测传感器对不同冰型的敏感度存在差异，提出了面向多传感器数据融合的冰型检测识别算法，实现了对不同冰型的识别及积冰厚度的检测，检测数据为积冰理论模型修正提供基准数据。表面活性剂和温度对除冰液的除冰液保持时间有直接影响，表面活性剂在除冰液中的吸附行为和聚集行为表现出的界面特性及延展布膜行为直接影响除冰液的保持时间。在结冰或实验条件下，冰晶在液膜表面的形成以及在液膜中的生长是影响除冰液保持时间的关键因素。除冰过程的各参与方对除冰资源的竞争行为可抽象为包括机场、航空公司、空管及除冰公司在内的多方合作博弈过程，通过博弈策略的设计和构造，实现除冰过程的有序性，从而提高除冰效率减少延误。在飞机除冰装备参数控制中，项目提出的飞机除冰液供液流量脉动抑制算法及系统可消除70%左右的脉动,同时设计的鲁棒及智能控制方法可以在一定程度上补偿由于延时和模型参数不确定所带来的系列控制问题，从而获得在不同条件下除冰液温度的稳定控制。同时，通过构建多参数优化模型，可在保证飞机除冰安全的前提下提高除冰效率，减少延误。根据冰水反射光普的差异，构造出基于冰水反射光谱的残冰检测模型，依据此模型设计了基于多光谱的残冰检侧算法，并通过理论和实验分析，提出了在环境光及照明光源影响下的补偿算法。研制了红外多光谱飞机表面残冰检测试验系统，为飞机除冰质量的检测和评估提供了技术依据。. 上述研究结论和成果较为全面地涵盖了民航机场飞机地面除冰过程中涉及的若干理论和技术问题，从理论的角度验证了技术的可行性，开发了相应的原型实验系统，验证了相关理论和技术的可行性和有效性，取得了预期结果。