一种可重构式智能飞机除冰系统及方法

1.本发明属于飞机除冰技术领域，尤其涉及一种可重构式智能飞机除冰系统及方法。


背景技术：

2.秋冬季节气温最低时可达到零下几十摄氏度，并常伴随降雨降雪。恶劣的天气造成飞机表面容易霜冻、结冰。飞机机翼一旦结冰会急剧破坏飞机的飞行升力，发动机部位结冰会严重破坏飞机的气动性能，各种传感器一旦结冰会造成仪器仪表失灵，结冰严重时甚至会造成严重的飞行事故。到目前为止，几乎每隔几年就会出现一起由飞机引发的事故，因此飞机表面的抑冰除冰对飞机安全飞行至关重要。液体防冰作为一种主要物理除冰方法，根据飞机不同结冰情况及天气情况，利用醇类和水按一定比例混合、加热，对飞机表面进行喷洒除冰。大型枢纽机场主要通过设置除冰液集中配比、混合加热站，利用除冰车和加液车对起飞前的飞机进行除冰作业，此作业方式存在以下缺点：(1)加液车容量有限，内部除冰液一旦完全消耗无法快速补给，甚至会造成飞机的二次结冰，延长了除冰时间；(2)预加热的除冰液在转运过程中会产生大量的能量损耗，不利于提高除冰作业效率；(3)加液车在机场内频繁穿梭，为机场管理增加调度工作量，存在安全隐患；(4)飞机不同部位、不同结冰情况对除冰液量调控需求难以满足，造成除冰液的无效消耗和浪费。
3.针对现有的除冰模式弊端，中国专利cn106477052a，公开日：2017年03月08日，公开了一种飞机用轨道式机械臂除冰系统；中国专利：cn112455718a，公开日：2021年03月09日，发明公开了一种新型飞机除冰液喷洒作业方法及装置，上述两个现有技术均提出采用机械臂系统进行除冰，这种除冰方式的不足之处在于：机械臂移动控制复杂，并且每个机械臂可作业的除冰区域有限，飞机某些部位可能处于除冰盲区；机械臂运动需要一定空间，因此一个除冰位可设置机械臂有限，除冰效率低下。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种可重构式智能飞机除冰系统及方法。
5.所述技术方案如下：可重构式智能飞机除冰系统，包括：
6.除冰液隐藏式喷嘴单元，用于在不同除冰坪区域内实现不同压力下的喷射除冰，在除冰完成后自动下沉隐藏；
7.除冰检测单元，用于实时采集机身冰雪覆盖面积、厚度和冰雪覆盖类型，并确定飞机机型和停靠位置；
8.除冰废液检测单元，布置于飞机头部、飞机两侧机翼的下方、飞机机身和飞机尾翼的下方地面，用于实时检测除冰作业时除冰废液的物性参数；
9.智能控制单元，用于实时控制不同压力的喷嘴组件的流量、温度、压力、角度，实现除冰效率的最优化；
10.除冰液供给单元，用于不同浓度除冰液的调配、混合；
11.除冰液输运单元，用于加热除冰液并运输至不同除冰坪区域；
12.除冰液回收单元，用于废液的渣滓过滤和再提纯；
13.其中，除冰液供给单元、除冰液运送单元和除冰液回收单元共同进行除冰液的不间断供应及循环利用。
14.在一个实施例中，所述除冰液隐藏式喷嘴单元包括：高压喷嘴组件、中压喷嘴组件、低压喷嘴组件；
15.所述不同除冰坪区域包括：
[0016]ⅰ除冰区域，位于除冰坪的前端，安装中压喷嘴组件，并呈弧线分布；
[0017]ⅱ除冰区域，位于除冰坪前中部，安装高压喷嘴组件，高压喷嘴组件喷嘴沿横向分前后两排布置，且每排高压喷嘴组件在左右两边布置；
[0018]ⅲ除冰区域，位于除冰坪中间区域，安装低压喷嘴组件，所述ⅲ除冰区域并位于ⅱ除冰区域两排高压喷嘴组件中间；
[0019]ⅳ除冰区域位于ⅲ除冰区域后侧，安装高压喷嘴组件，在左右两侧的高压喷嘴组件沿纵向排列为两列；
[0020]
ⅴ
除冰区域位于除冰坪左右两侧，安装高压喷嘴组件，纵向布置，左右各一列。
[0021]
在一个实施例中，所述中压喷嘴组件下方敷设轨道并沿轨道纵向滑动，喷射除冰液完成飞机头部除冰作业。
[0022]
在一个实施例中，所述ⅱ除冰区域安装的高压喷嘴组件下方敷设轨道并沿轨道纵向滑动，喷射除冰液完成飞机机翼除冰作业。
[0023]
在一个实施例中，所述低压喷嘴组件在左右两个矩形内进行阵列布置，喷射除冰液完成飞机发动机除冰作业；
[0024]
所述ⅳ除冰区域安装的高压喷嘴组件沿轨道纵向滑动，喷射除冰液完成飞机尾翼除冰作业；
[0025]
所述
ⅴ
除冰区域位安装的高压喷嘴组件沿轨道横向滑动，喷射除冰液完成飞机机舱表面除冰作业；
[0026]
所述高压喷嘴组件、中压喷嘴组件均采用可隐藏滑轨式以及可移动式喷嘴组件，在上方的地表处安装联动盖板，在下方连接用于控制滑移的轨道，轨道安装在升降底座上；
[0027]
所述低压喷嘴组件采用固定式喷嘴组件，固定安装在升降底座上，并在上方安装联动盖板。
[0028]
在一个实施例中，所述除冰检测单元包括安装在除冰坪前端的图像采集装置和集成在除冰废液检测单元的位置传感器，图像采集装置用于实时采集机身冰雪覆盖面积、厚度和冰雪覆盖类型，以及与位置传感器配合确定飞机机型和停靠位置；
[0029]
所述除冰废液检测单元内集成有折射率传感器、温度传感器、粘度传感装置，所述除冰废液检测单元上方的地表安装有联动盖板，并固定安装在控制升降的底座上；
[0030]
所述除冰供给单元包括：水箱、丙二醇溶液箱，水箱的出口连接水流量控制阀，丙二醇溶液箱的出口连通丙二醇溶液流量控制阀，两个流量控制阀的出口连接除冰液混合池，除冰液混合控制器控制两个流量控制阀，通过处理浓度检测装置检测的除冰液混合池的浓度信息，计算水和丙二醇溶液比例，控制两种液体的流量；除冰液混合池的出口连接除
冰液输运单元上的高压水泵，利用高压水泵提供的动力把除冰液供给单元的除冰液输运到各个除冰坪上的除冰液隐藏式喷嘴单元。
[0031]
本发明的另一目的在于提供一种可重构式智能飞机除冰方法，应用所述的可重构式智能飞机除冰系统，该方法包括以下步骤：
[0032]
s1，检测除冰坪上是否有飞机停靠；
[0033]
s2，开启除冰系统，进行飞机机型、停靠位置检测及积冰数据收集；
[0034]
s3，根据采集到的数据，采用粒子群算法以能量耗散最小为原则进行迭代计算，以获得除冰最优参数；
[0035]
s4，通过智能控制单元中的中控系统控制高压喷嘴组件、中压喷嘴组件、低压喷嘴组件上升移动到指定位置并旋转到指定角度，开启除冰液供给输运系统，进行喷射作业；
[0036]
s5，实时监测除冰液废液物性参数及飞机积冰情况，并将数据反馈至中控系统以求解除冰最优参数配置；
[0037]
s6，积冰清除完毕后，高压喷嘴组件、中压喷嘴组件、低压喷嘴组件下沉隐藏。
[0038]
在步骤s1中，图像采集装置实时采集除冰坪上的图像信息，检测除冰坪上是否有飞机停靠；
[0039]
在步骤s2中，除冰检测单元进行飞机机型、停靠位置检测及积冰数据收集，首先根据相机的内外参数建立摄像机与机体的线性关系，确定图像与实物的比例关系；之后对获取图像进行预处理、图像分割以及边缘检测，以此获得冰层的边界特征；最后结合三维重建的机体模型，获取机身冰雪覆盖面积、厚度以及冰雪覆盖类型。
[0040]
在步骤s4中，所述智能控制单元基于流体质量微团的运动微分方程组，采用龙格库塔算法，迭代求解高压喷嘴组件、中压喷嘴组件、低压喷嘴组件在不同角度下的喷射轨迹，并进行比对以获得动能损耗最少轨迹，获得对应的高压喷嘴组件、中压喷嘴组件、低压喷嘴组件起始点坐标和落点坐标，并控制移动到相应的位置。
[0041]
在步骤s5中，通过除冰液废液检测单元安装于飞机头部、机翼两侧以及飞机尾翼下方的地面，实时采集除冰废液的温度t
ac
、折射率w
ac
、黏度η
ac
，在除冰工作过程中把采集的除冰废液信息反馈给智能控制单元；
[0042]
根据q
in
＝m
lcl
(t
in-t
ac
)实时调节除冰液供给时的温度和除冰液喷射时的用量，其中，t
in
，m
l
和c
l
分别表示输入除冰液的温度，体积和比热容，q
in
为系统输入能量，通过折射率和黏度的函数f(w
ac
,η
ac
)判断除冰液的损耗情况，从而调节除冰液配比浓度。
[0043]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明作为一种可隐藏的地表喷射的作业方式，可应用于飞机除冰液智能喷射除冰作业，除冰液是一种醇类或烯类有机物和水按照一定比例配比的混合液体，与冰雪接触作用后，其温度、粘度、密度等物性参数将会发生改变。本发明所述系统埋地安装于机场集中除冰坪地表，可以智能感知升降启停，飞机无障碍停靠后，系统上升开启除冰作业，除冰作业完成后，系统下沉隐藏于地面下层；可以智能移动组装喷嘴阵列，适用于各种不同的机型除冰作业；可以根据飞机除冰要求智能调配除冰液喷射参数。
[0044]
本发明可以通过可隐藏滑轨式可移动喷嘴及可隐藏固定式点阵喷嘴的配合可满足不同型号飞机的除冰需求。通过控制系统、动力装置和旋转装置可实现喷嘴喷射角度、流量、温度、压力等参数的控制，使飞机各重点除冰部位实现了有效、针对性的同时除冰，大大
提升了飞机的除冰效率，极大避免了飞机二次结冰的可能。除冰检测单元和除冰废液检测单元，通过对飞机表面除冰进程和地下废液多因素检测、反馈，使得除冰液喷射系统的控制更加精准，最大限度避免了能量的无效损耗。除冰液供给单元、除冰液运送单元、除冰液回收单元形成除冰液循环利用圈，实现了除冰液的再利用。
[0045]
作为本发明的优点，还体现在以下几个方面：
[0046]
a.提高安全性。采用智能控制系统，可以快速、准确地对机体进行除冰，提高飞行安全性。
[0047]
b.减少航班延误。相较于传统除冰作业，可节省除冰工作需要时间和人力，提高航班的准点率。
[0048]
c.降低成本。根据实时检测的积冰情况，智能调控除冰液用量，并且可回收地面多余除冰液，减少人力和物力投入，降低成本。
[0049]
e.自动化除冰：传统的除冰系统需要人工干预，而隐藏式智能飞机除冰系统可以自动检测飞机表面的结冰情况，并根据需要自动进行除冰操作。
[0050]
f.精准控制：隐藏式智能飞机除冰系统可以精确控制除冰过程，保证冰雪天气下航班安全运行，同时避免除冰液用量过多造成的环境污染和资源浪费。
[0051]
g.节能环保：增加了除冰液回收单元，可以实现除冰液的收集和提纯并进行二次使用。
[0052]
h.物体表面积分布不均匀的问题：在传统的固定式喷嘴系统中，无论物体表面是否均匀，喷嘴都会以相同的方式对其进行除冰，这可能导致一些区域没有得到充分的覆盖，而另一些区域则可能过度清理。可重构式智能除冰喷嘴系统通过使用多个喷嘴和传感器来检测物体表面的温度和状态，并调整每个喷嘴的工作方式，以便更加准确地进行除冰。
[0053]
i.复杂表面结构的问题：某些物体的表面结构非常复杂，例如飞机的机翼和直升机的旋翼桨。传统的固定式喷嘴系统很难覆盖这些区域，因为它们的形状和角度变化很大。可重构式智能除冰喷嘴系统可以根据表面结构自适应地调整每个喷嘴的位置和方向，使得喷嘴可以有效地覆盖整个表面。
[0054]
k.传统除冰工作为了实现高效除冰，需要人工使用升降平台采用目视检测飞机结冰状况，以此来控制单个的除冰喷嘴喷射除冰液。然而这并不能有效减小除冰液浪费，其喷洒量、喷洒方向和喷洒范围都需要在操作中进行手动调整，操作复杂，效率低下。而可重构式除冰系统采用智能控制技术，可以实现多个喷嘴之间的精密协调和自动调节，喷洒范围和喷洒量可以实时调整，提高了除冰操作的效率和精确度。可重构式除冰系统通过多个喷嘴的排列组合，成功克服了传统除冰作业只能人工操作的技术偏见，实现了更加高效、准确、灵活的除冰操作。
附图说明
[0055]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理；
[0056]
图1是本发明实施例提供的可重构式智能飞机除冰系统示意图；
[0057]
图2是本发明实施例提供的除冰位五个除冰区域分布及除冰废液检测单元分布图；
[0058]
图3(a)是本发明实施例提供的可隐藏滑轨式可移动喷嘴(高压喷嘴组件；或中压喷嘴组件)示意图；
[0059]
图3(b)是本发明实施例提供的可隐藏固定式喷嘴(低压喷嘴组件)示意图；
[0060]
图3(c)是本发明实施例提供的除冰废液检测单元中折射率传感器、温度传感器、粘度传感装置示意图；
[0061]
图4是本发明实施例提供的可重构式智能飞机除冰方法流程图；
[0062]
图5(a)是本发明实施例提供的iii除冰区域安装的低压喷嘴组件和v除冰区域安装的高压喷嘴组件射流流线示意图；
[0063]
图5(b)是本发明实施例提供的i除冰区域安装的中压喷嘴组件、ii除冰区域安装的高压喷嘴组件和iv除冰区域安装的高压喷嘴组件射流流线示意图；
[0064]
图6是本发明实施例提供的图像检测流程图；
[0065]
图7是本发明实施例提供的控制算法流程图；
[0066]
图中：1、除冰液隐藏式喷嘴单元；2、除冰检测单元；3、除冰废液检测单元；4、智能控制单元；5、除冰液供给单元；6、除冰液输运单元；7、除冰液回收单元；8、水箱；9、水流量控制阀；10、丙二醇溶液箱；11、丙二醇溶液流量控制阀；12、除冰液混合池；13、除冰液混合控制器；14、浓度检测装置；15、高压水泵；16、加热器；17、高压喷嘴组件；18、中压喷嘴组件；19、低压喷嘴组件；20、除冰液回收沟；21、过滤地漏；22、除冰液回收管路；23、除冰液回收池；24、滤网；25、过滤池；26、抽水泵；27、回收液提纯装置；28、折射率传感器；29、温度传感器；30、粘度传感装置；31、位置传感器；32、图像采集装置。
具体实施方式
[0067]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0068]
实施例1，如图1所示，本发明实施例提供的可重构式智能飞机除冰系统包括：除冰液隐藏式喷嘴单元1、除冰检测单元2、除冰废液检测单元3、智能控制单元4、除冰液供给单元5、除冰液输运单元6和除冰液回收单元7。
[0069]
其中除冰液隐藏式喷嘴单元1包括：高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19。
[0070]
如图2所示，将一块除冰坪划分为五个区域：ⅰ除冰区域位于除冰坪的前端，安装中压喷嘴组件18，呈弧线分布，中压喷嘴组件18下方敷设轨道，中压喷嘴组件18可沿轨道纵向滑动，可喷射除冰液完成飞机头部除冰作业；此处的轨道纵向布置；
[0071]ⅱ除冰区域位于除冰坪前中部，安装高压喷嘴组件17，高压喷嘴组件17喷嘴沿横向分前后两排布置，且每排高压喷嘴组件17在左右两边布置(中间区域不安装)，高压喷嘴组件17下方敷设轨道，高压喷嘴组件17可沿轨道纵向滑动，可喷射除冰液完成飞机机翼除冰作业；此处的轨道纵向布置；
[0072]ⅲ除冰区域位于除冰坪中间区域，安装低压喷嘴组件19，ⅲ除冰区域并位于ⅱ除冰区域两排高压喷嘴组件17中间，低压喷嘴组件19在左右两个矩形内进行阵列布置，可喷
射除冰液完成飞机发动机除冰作业；
[0073]ⅳ除冰区域位于ⅲ除冰区域后侧，安装高压喷嘴组件17，在左右两侧的高压喷嘴组件17沿纵向排列为两列，高压喷嘴组件17下方敷设轨道，高压喷嘴组件17可沿轨道纵向滑动，可喷射除冰液完成飞机尾翼除冰作业；此处的轨道纵向布置；
[0074]
ⅴ
除冰区域位于除冰坪左右两侧，安装高压喷嘴组件17，纵向布置，左右各一列，高压喷嘴组件17下方敷设轨道，高压喷嘴组件17可沿轨道横向滑动，可喷射除冰液完成飞机机舱表面除冰作业，此处的轨道横向布置。
[0075]
示例性的，如图3(a)所示，高压喷嘴组件17采用可隐藏滑轨式可移动式喷嘴组件，在高压喷嘴组件17上方的地表处安装联动盖板，在高压喷嘴组件17下方连接用于控制高压喷嘴组件17滑移的轨道，轨道安装在可以控制升降的底座上；
[0076]
中压喷嘴组件18也采用可隐藏滑轨式可移动式喷嘴组件，在中压喷嘴组件18上方的地表处安装联动盖板，在中压喷嘴组件18下方连接用于控制中压喷嘴组件18滑移的轨道，轨道安装在可以控制升降的底座上；
[0077]
如图3(b)所示，低压喷嘴组件19采用固定式喷嘴组件，低压喷嘴组件19固定安装在可以控制升降的底座上，并在每个低压喷嘴组件19上方安装联动盖板。
[0078]
在本发明实施例中，如图2所示，除冰检测单元2包括安装在除冰坪前端的图像采集装置32和集成在除冰废液检测单元3的位置传感器31(如图3(c))，图像采集装置32用于实时采集机身冰雪覆盖面积、厚度和冰雪覆盖类型，以及与位置传感器31配合确定飞机机型和停靠位置。图像采集装置32图像检测流程如图6所示；
[0079]
除冰废液检测单元3分别在飞机头部、两侧机翼的下方、机身和飞机尾翼的下方地面布置，用于实时检测除冰作业时除冰废液的物性参数。
[0080]
如图3(c)所示，除冰废液检测单元3内集成有折射率传感器28、温度传感器29、粘度传感装置30，与低压喷嘴组件19类似在检测单元上方的地表安装联动盖板，整个检测单元固定安装在可以控制升降的底座上，不工作时隐藏于地表之下，当进行除冰工作时除冰废液检测单元3升出地表。
[0081]
智能控制单元4作为重构式智能飞机除冰系统进行除冰作业时的核心控制，将按照图4所示的可重构式智能飞机除冰方法步骤进行飞机除冰工作，具体包括以下步骤：
[0082]
第一步，图像采集装置32实时采集除冰坪上的图像信息，检测除冰坪上是否有飞机停靠；
[0083]
第二步，确定飞机停止后，开启除冰系统，除冰检测单元2进行飞机机型、停靠位置检测及积冰数据收集；的图像检测流程如图6所示；
[0084]
第三步，智能控制单元4根据采集到的图像和位置信息，确定除冰工作区域，选择除冰参数及除冰喷嘴配置方案；
[0085]
第四步，开启除冰液供给输运系统，智能控制单元4通过控制总线传送控制信息给高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19，打开相应的联动盖板，调整高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19移动到相应的喷射位置，除冰液隐藏式喷嘴单元1中相应的高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19升出地表，调整高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19的喷射角度，按图5(a)是本发明实施例提供的iii除冰区域安装的低压喷嘴组件19和v除冰区域安装的高压喷嘴组件17射流流线以及图5(b)
是本发明实施例提供的i除冰区域安装的中压喷嘴组件18、ii除冰区域安装的高压喷嘴组件17和iv除冰区域安装的高压喷嘴组件17射流流线轨迹进行除冰工作；其中智能控制单元4的除冰控制算法如图7所示。
[0086]
第五步，除冰废液检测单元3伸出地表，实时采集除冰过程中除冰废液的浓度信息和温度信息，并反馈给智能控制单元4(控制器)，实时调节喷射时除冰液的流量，减少除冰液的浪费，并调整加热器16的温度，确保喷射的除冰液处于合适温度；
[0087]
第六步，积冰清除完毕后，除冰喷射系统关闭，喷嘴下沉隐藏。
[0088]
在完成相应的除冰工作后，除冰液回收单元7开始进行除冰废液的收集与过滤，喷洒的除冰废液由于除冰坪地面的坡度设计，自动地流入两旁的除冰液回收沟20，收集的除冰液经过过滤地漏21的一次过滤后进入除冰液回收管路22，各部分回收的除冰废液经由除冰液回收管路22汇入除冰液回收池23中，流入回收池的除冰废液经过滤网24的二次过滤存入过滤池25中，过滤后的除冰废液通过抽水泵26的作用，流入地上的回收液提纯装置27进行蒸馏浓缩工作，提纯后的丙二醇溶液存入丙二醇溶液箱10中。
[0089]
除冰供给单元5包括水箱8、丙二醇溶液箱10，水箱8的出口连接水流量控制阀9，丙二醇溶液箱10的出口连通丙二醇溶液流量控制阀11，两个流量控制阀的出口连接除冰液混合池12，除冰液混合控制器13控制两个流量控制阀，通过处理浓度检测装置14检测的除冰液混合池12的浓度信息，计算水和丙二醇溶液比例，进而控制两种液体的流量；除冰液混合池12的出口连接除冰液输运单元6上的高压水泵15，利用高压水泵15提供的动力把除冰液供给单元5的除冰液输运到各个除冰坪上的除冰液隐藏式喷嘴单元1。
[0090]
实施例2，作为本发明的另一种实施例方式，本发明实施例提供的可重构式智能飞机除冰系统包括若干个除冰位，每个除冰位设置除冰隐藏喷嘴单元1、除冰检测单元2、除冰废液检测单元3、智能控制单元4；若干除冰位共用除冰液供给单元5、除冰液运送单元6、除冰液回收单元7。
[0091]
每个除冰位由五个除冰喷嘴区组成，包括第一中压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区、第二中压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区、第三低压可隐藏固定式点阵喷嘴区、第四高压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区、第五高压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区。
[0092]
第三低压可隐藏固定式点阵喷嘴区包含联动盖板、低压喷嘴组件19、可上升下沉底座。
[0093]
第一中压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区、第二中压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区均包含联动盖板、中压喷嘴组件18、喷嘴滑移控制轨道、可上升下沉底座。
[0094]
第四高压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区、第五高压可隐藏滑轨式可移动喷嘴区均包含联动盖板、高压喷嘴组件17、喷嘴滑移控制轨道、可上升下沉底座。
[0095]
高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19均包含旋转控制装置，控制喷嘴的旋转角度。
[0096]
可上升下沉底座中包含除冰液缓存装置、动力装置及可升降装置，控制除冰液流量、压力，喷嘴的高度。
[0097]
除冰检测单元2采用图像识别装置，该装置位于机坪四周，其升降结构允许在未作业时隐藏地下，可对待除冰飞机进行实时位置检测，确保飞机进入合适除冰作业位置，从而整体调度高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19位置及高压喷嘴组件17、中压
喷嘴组件18、低压喷嘴组件19作业数量。
[0098]
除冰废液检测单元3包括折射率传感器28、温度传感器29、粘度传感装置30，均位于可隐藏地下集成检测装置中，可对废液的温度、浓度实时检测，并将数据反馈给智能控制单元4，调控喷头作业。
[0099]
智能控制单元4可根据检测数据实时控制高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19的流量、温度、压力、角度，实现除冰效率的最优化。控制算法流程如图7所示。
[0100]
除冰液供给单元5包括醇类供给装置、水供给装置、混合池、浓度检测装置14，分别优选丙二醇溶液箱10、水箱8、除冰液混合池12，可实现不同浓度除冰液的调配、混合。
[0101]
除冰液运送单元6包括除冰液运送动力装置，除冰液加热装置，分别优选高压水泵15、加热器16；为不同除冰位提供加热的除冰液。
[0102]
除冰液回收单元7包括地下积液排液槽、地漏、过滤池25、废液蒸馏装置，地下积液排液槽可包括除冰液回收沟20、除冰液回收管路22，地漏可采用过滤地漏21，废液蒸馏装置可采用抽水泵26、回收液提纯装置27组合结构；用来实现废液的渣滓过滤和再提纯。除冰液供给单元5、除冰液运送单元6和除冰液回收单元7共同实现除冰液的不间断供应及循环利用，减少浪费。
[0103]
实施例3，作为本发明的另一种实施例方式，本发明实施例提供的可重构式智能飞机除冰系统，可用于机场集中除冰作业中除冰液的智能喷射。除冰液是一种醇类或烯类有机物和水按照一定比例配比的混合液体，与冰雪接触作用后，其温度、粘度、密度等物性参数将会发生改变。本发明所述可重构式智能飞机除冰系统埋地安装于机场集中除冰坪地表，可以智能感知升降启停，飞机无障碍停靠后，可重构式智能飞机除冰系统上升开启除冰作业，除冰作业完成后，可重构式智能飞机除冰系统下沉隐藏于地面下层；可以智能移动组装喷嘴阵列，适用于各种不同的机型除冰作业；可以根据飞机除冰要求采用粒子群算法以能量耗散最小为原则迭代计算，实时配置除冰最优参数(喷嘴编号和位置，喷射压力和角度，除冰液浓度、流量和温度)，如图7所示；可以根据除冰液废液物性参数反馈除冰信息(废液温度和浓度)，实时调整除冰液供给参数(温度、浓度、流量)。
[0104]
所述可重构式智能飞机除冰系统包括除冰液隐藏式喷嘴单元1、除冰检测单元2、除冰废液检测单元3、智能控制单元4、除冰液供给单元5、除冰液输运单元6、除冰液回收单元7。
[0105]
所述除冰液隐藏式喷嘴单元1为嵌入式安装于除冰坪地面下层的喷嘴集合，可升降，可沿轨道移动，喷嘴头部可360
°
旋转。
[0106]
所述喷嘴集合包括高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19。高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18属于可移动式喷嘴组件，其移动坐标根据待除冰飞机的结构参数和喷嘴的喷射轨迹计算得出；
[0107]
除冰检测单元2确定飞机类型及停靠位置，智能控制单元4基于流体质量微团的运动微分方程组，采用龙格库塔算法，迭代求解高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18在不同角度下的喷射轨迹，并进行比对以获得动能损耗最少轨迹，从而获得对应的高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19起始点坐标和落点坐标，最后借助滑轨移动到相应的位置。
[0108]
多个低压喷嘴组件19组成的低压喷嘴阵列式嵌入安装于地表下层，根据飞机发动机积冰的三维坐标结合喷嘴的有效作用距离，确定相应位置低压喷嘴组件19的编号，开启
相应的低压喷嘴组件19，对机翼下方的飞机发动机部位进行除冰作业。低压喷嘴组件19的喷射角度可以通过摆动电机实时调整，智能控制单元4根据流体的运动轨迹方程，结合除冰检测单元2获取的飞机三维信息，调整角度确定除冰液可以喷射到除冰区域的中线位置，之后摆动电机逐渐增大低压喷嘴组件19的喷射角度，使两侧低压喷嘴组件19的喷射落点从除冰区域的中心线向外侧移动；用于飞机头部除冰作业的中压喷嘴组件18，其喷射落点从飞机顶部向下移动。
[0109]
所述的除冰检测单元2包括飞机机型和飞机积冰的图像采集装置32。其中，图像采集装置32安装于除冰坪的四周，多角度地收集待除冰飞机的图像信息。首先根据相机的内外参数建立摄像机与机体的线性关系，以此确定图像与实物的比例关系；之后对获取图像进行预处理、图像分割以及边缘检测，以此获得冰层的边界特征；最后结合三维重建的机体模型，获取机身冰雪覆盖面积、厚度以及冰雪覆盖类型，如图6所示。
[0110]
所述除冰液废液检测单元3为集成传感系统，安装于飞机头部、机翼两侧以及飞机尾翼下方的地面，实时采集除冰废液的温度t
ac
、折射率w
ac
、黏度η
ac
，在除冰工作过程中把采集的除冰废液信息反馈给智能控制单元4，根据q
in
＝m
lcl
(t
in-t
ac
)实时调节除冰液供给时的温度t
in
和除冰液喷射时的用量m
l
，其中q
in
和c
l
分别为系统输入能量和除冰液的比热容，通过折射率和黏度的函数f(w
ac
,η
ac
)判断除冰液的损耗情况，从而调节除冰液配比浓度。
[0111]
所述智能控制单元4按照以下步骤调控运行，实施飞机除冰作业：
[0112]
1)检测除冰坪上是否有飞机停靠；
[0113]
2)开启除冰系统，进行飞机机型、停靠位置检测及积冰数据收集；
[0114]
3)根据采集到的数据，采用粒子群算法以能量耗散最小为原则进行迭代计算，以获得除冰最优参数；
[0115]
4)通过智能控制单元4中的中控系统控制高压喷嘴组件17、中压喷嘴组件18、低压喷嘴组件19上升移动到指定位置并旋转到指定角度，开启除冰液供给输运系统，进行喷射作业；
[0116]
5)实时监测除冰液废液物性参数及飞机积冰情况，并将数据反馈至中控系统以求解除冰最优参数配置；
[0117]
6)积冰清除完毕后，除冰喷射系统关闭，喷嘴下沉隐藏。
[0118]
所述除冰液供给单元5内设置有可通过除冰液混合控制器13调节除冰液浓度的除冰液混合池12，除冰液混合池12的进口通过水流量控制阀9、丙二醇溶液流量控制阀11分别与水箱8和丙二醇溶液箱10相连，除冰液混合池12的出口连接出除冰液输运单元6的主供给管路，主供给管路设置有可调节压力和温度的高压水泵15和加热器16。
[0119]
所述除冰液回收单元7包括，设置在除冰坪两侧的除冰液回收沟20，各个除冰液回收沟20通过过滤地漏21与除冰液回收管路22相连，除冰作业后的除冰废液最终汇入除冰液回收池23中，经过滤网24的过滤进入过滤池25，后通过抽水泵26进入回收液提纯装置27，最终存储在与回收液提纯装置27相连的丙二醇溶液箱10中。
[0120]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0121]
上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
[0122]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程。
[0123]
基于上述本发明实施例记载的技术方案，进一步的可提出以下应用例。
[0124]
根据本技术的实施例，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
[0125]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
[0126]
本发明实施例还提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤，所述信息数据处理终端不限于手机、电脑、交换机。
[0127]
本发明实施例还提供了一种服务器，所述服务器用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤。
[0128]
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。
[0129]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如u盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
[0130]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0131]
为进一步证明上述实施例的积极效果，本发明基于以下技术方案进行如下实验。
[0132]
实验目的：验证可重构式隐藏喷嘴除冰系统的喷嘴能够在不同的环境中精确控制冰雪与飞机表面的接触时间，实现高效、自动化、可靠的除冰服务。
[0133]
实验过程：
[0134]
实验设备：本发明选择了一种常用的可重构式隐藏喷嘴除冰系统，并将其安装在一架模拟飞机模型上。模拟飞机模型的外壳贴有模拟冰层。
[0135]
环境模拟：本发明采用实验室空调、加湿器等设备模拟不同的环境，如低温多湿的环境、低温低湿的环境等等，并将模拟器具体环境参数记录下来。
[0136]
系统测试：本发明将喷嘴参数设置为自动控制模式，并在各个环境下进行系统测试，记录喷嘴喷射除冰液的浓度、流量和压力等参数，以确保除冰效果最佳。
[0137]
结果分析：针对不同的测试环境和喷嘴参数设置，进行实时数据记录和结果分析，以验证系统的效果和可靠性。
[0138]
实验结果，通过实验得出了以下结论：
[0139]
可重构式隐藏喷嘴除冰系统可以在不同环境下实现除冰目标。
[0140]
在不同的环境下，系统能够自动调整喷嘴喷射除冰液的浓度、流量和压力等参数，以确保除冰效果最佳。
[0141]
系统能够自动检测，并保证航班除冰过程的安全性和正常运行。
[0142]
系统操作简便、安全可靠，可广泛应用于各种型号飞机。
[0143]
同时本发明还运用数学公式对系统进行更为精确的分析，表现其优势所在：
[0144]
(1)控制参数检测与优化：
[0145]
假设环境参数为θ，可靠度为r，使用的控制算法为a，实时检测到的喷嘴流量和压力分别为f和p，现在需要确定喷嘴参数的最优值，则可根据最大熵原理和最小二乘法等数学公式计算出如下的优化模型：
[0146][0147]
其中，第一项为熵的计算，第二项为流量的变化率，第三项为压力的平方和。h表示模型的熵或交叉熵(cross-entropy)，用于衡量模型的预测结果与实际结果的差异，越小表示模型拟合得越好。β表示模型的权重参数，用于平衡模型的拟合能力和泛化能力。γ表示正则化系数，用于控制模型的复杂度，避免过拟合。
[0148]
(2)除冰液融冰过程分析：
[0149]
假设冰层厚度为l，温度为t，环境温度为t
env
，冰雪密度为ρ，比热容为c
p
，热传导率为λ，则冰层表面的温度变化δt可由如下热传导方程描述：
[0150][0151]
t(0,t)＝t
env
[0152]
t(l,t)＝t
[0153]
其中x代表距离冰层顶端的位置，t代表冰雪融化过程中的时间。表示温度随时间的变化率，即温度变化的速度。表示温度随空间垂直位置x的二阶导数，也就是温度在空间上的变化率。它代表了热能从高温度区域向低温度区域的传递过程。t(0,t)表示t时刻冰层顶端的温度，其值等于环境温度t
env
；t(l,t)表示t时刻冰层低端的温度，其值等于t。
[0154]
(3)系统可重构化能力分析：
[0155]
假设系统的扩展性为e，易用性为u，硬件可重构性为h，软件可重构性为s，即现有
系统在各种应变下，能够迅速进行组合、协调、运维与控制，并且具有易用性、可扩展性、可修复性和可定制性。则系统的可重构能力可用如下公式进行计算：
[0156]
r＝e
·u·h·s[0157]
其中，r代表系统的可重构能力。
[0158]
综上所述，实验验证了可重构式隐藏喷嘴除冰系统的功效和可靠性，通过数学公式的运用，更加全面和精确地分析可重构式隐藏喷嘴除冰系统的优势，从而进一步加强对系统的性能分析和优化，能够满足航班除冰过程的高效、自动化和可靠化要求，适用范围广泛，为航班的安全保驾护航。
[0159]
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可重构式智能飞机除冰系统，其特征在于，该系统包括：除冰液隐藏式喷嘴单元(1)，用于在不同除冰坪区域内实现不同压力下的喷射除冰，在除冰完成后自动下沉隐藏；除冰检测单元(2)，用于实时采集机身冰雪覆盖面积、厚度和冰雪覆盖类型，并确定飞机机型和停靠位置；除冰废液检测单元(3)，布置于飞机头部、飞机两侧机翼的下方、飞机机身和飞机尾翼的下方地面，用于实时检测除冰作业时除冰废液的物性参数；智能控制单元(4)，用于实时控制不同压力的喷嘴组件的流量、温度、压力、角度，实现除冰效率的最优化；除冰液供给单元(5)，用于不同浓度除冰液的调配、混合；除冰液输运单元(6)，用于加热除冰液并运输至不同除冰坪区域；除冰液回收单元(7)，用于废液的渣滓过滤和再提纯；其中，除冰液供给单元(5)、除冰液运送单元(6)和除冰液回收单元(7)共同进行除冰液的不间断供应及循环利用。2.根据权利要求1所述的可重构式智能飞机除冰系统，其特征在于，所述除冰液隐藏式喷嘴单元(1)包括：高压喷嘴组件(17)、中压喷嘴组件(18)、低压喷嘴组件(19)；所述不同除冰坪区域包括：ⅰ除冰区域，位于除冰坪的前端，安装中压喷嘴组件(18)，并呈弧线分布；ⅱ除冰区域，位于除冰坪前中部，安装高压喷嘴组件(17)，高压喷嘴组件(17)喷嘴沿横向分前后两排布置，且每排高压喷嘴组件(17)在左右两边布置；ⅲ除冰区域，位于除冰坪中间区域，安装低压喷嘴组件(19)，所述ⅲ除冰区域并位于ⅱ除冰区域两排高压喷嘴组件(17)中间；ⅳ除冰区域位于ⅲ除冰区域后侧，安装高压喷嘴组件(17)，在左右两侧的高压喷嘴组件(17)沿纵向排列为两列；
ⅴ
除冰区域位于除冰坪左右两侧，安装高压喷嘴组件(17)，纵向布置，左右各一列。3.根据权利要求2所述的可重构式智能飞机除冰系统，其特征在于，所述中压喷嘴组件(18)下方敷设轨道并沿轨道纵向滑动，喷射除冰液完成飞机头部除冰作业。4.根据权利要求2所述的可重构式智能飞机除冰系统，其特征在于，所述ⅱ除冰区域安装的高压喷嘴组件(17)下方敷设轨道并沿轨道纵向滑动，喷射除冰液完成飞机机翼除冰作业。5.根据权利要求2所述的可重构式智能飞机除冰系统，其特征在于，所述低压喷嘴组件(19)在左右两个矩形内进行阵列布置，喷射除冰液完成飞机发动机除冰作业；所述ⅳ除冰区域安装的高压喷嘴组件(17)沿轨道纵向滑动，喷射除冰液完成飞机尾翼除冰作业；所述
ⅴ
除冰区域位安装的高压喷嘴组件(17)沿轨道横向滑动，喷射除冰液完成飞机机舱表面除冰作业；所述高压喷嘴组件(17)、中压喷嘴组件(18)均采用可隐藏滑轨式以及可移动式喷嘴组件，在上方的地表处安装联动盖板，在下方连接用于控制滑移的轨道，轨道安装在升降底座上；
所述低压喷嘴组件(19)采用固定式喷嘴组件，固定安装在升降底座上，并在上方安装联动盖板。6.根据权利要求1所述的可重构式智能飞机除冰系统，其特征在于，所述除冰检测单元(2)包括安装在除冰坪前端的图像采集装置(32)和集成在除冰废液检测单元(3)的位置传感器(31)，图像采集装置(32)用于实时采集机身冰雪覆盖面积、厚度和冰雪覆盖类型，以及与位置传感器(31)配合确定飞机机型和停靠位置；所述除冰废液检测单元(3)内集成有折射率传感器(28)、温度传感器(29)、粘度传感装置(30)，所述除冰废液检测单元(3)上方的地表安装有联动盖板，并固定安装在控制升降的底座上；所述除冰供给单元(5)包括：水箱(8)、丙二醇溶液箱(10)，水箱(8)的出口连接水流量控制阀(9)，丙二醇溶液箱(10)的出口连通丙二醇溶液流量控制阀(11)，两个流量控制阀的出口连接除冰液混合池(12)，除冰液混合控制器(13)控制两个流量控制阀，通过处理浓度检测装置(14)检测的除冰液混合池(12)的浓度信息，计算水和丙二醇溶液比例，控制两种液体的流量；除冰液混合池(12)的出口连接除冰液输运单元(6)上的高压水泵(15)，利用高压水泵(15)提供的动力把除冰液供给单元(5)的除冰液输运到各个除冰坪上的除冰液隐藏式喷嘴单元(1)。7.一种可重构式智能飞机除冰方法，其特征在于，应用权利要求1～6任意一项所述的可重构式智能飞机除冰系统，该方法包括以下步骤：s1，检测除冰坪上是否有飞机停靠；s2，开启除冰系统，进行飞机机型、停靠位置检测及积冰数据收集；s3，根据采集到的数据，采用粒子群算法以能量耗散最小为原则进行迭代计算，以获得除冰最优参数；s4，通过智能控制单元(4)中的中控系统控制高压喷嘴组件(17)、中压喷嘴组件(18)、低压喷嘴组件(19)上升移动到指定位置并旋转到指定角度，开启除冰液供给输运系统，进行喷射作业；s5，实时监测除冰液废液物性参数及飞机积冰情况，并将数据反馈至中控系统以求解除冰最优参数配置；s6，积冰清除完毕后，高压喷嘴组件(17)、中压喷嘴组件(18)、低压喷嘴组件(19)下沉隐藏。8.根据权利要求7所述的可重构式智能飞机除冰方法，其特征在于，在步骤s1中，图像采集装置(32)实时采集除冰坪上的图像信息，检测除冰坪上是否有飞机停靠；在步骤s2中，除冰检测单元(2)进行飞机机型、停靠位置检测及积冰数据收集，首先根据相机的内外参数建立摄像机与机体的线性关系，确定图像与实物的比例关系；之后对获取图像进行预处理、图像分割以及边缘检测，以此获得冰层的边界特征；最后结合三维重建的机体模型，获取机身冰雪覆盖面积、厚度以及冰雪覆盖类型。9.根据权利要求7所述的可重构式智能飞机除冰方法，其特征在于，在步骤s4中，所述智能控制单元(4)基于流体质量微团的运动微分方程组，采用龙格库塔算法，迭代求解高压喷嘴组件(17)、中压喷嘴组件(18)、低压喷嘴组件(19)在不同角度下的喷射轨迹，并进行比对以获得动能损耗最少轨迹，获得对应的高压喷嘴组件(17)、中压喷嘴组件(18)、低压喷嘴
组件(19)起始点坐标和落点坐标，并控制移动到相应的位置。10.根据权利要求7所述的可重构式智能飞机除冰方法，其特征在于，在步骤s5中，通过除冰液废液检测单元(3)安装于飞机头部、机翼两侧以及飞机尾翼下方的地面，实时采集除冰废液的温度t
ac
、折射率w
ac
、黏度η
ac
，在除冰工作过程中把采集的除冰废液信息反馈给智能控制单元(4)；根据q
in
＝m
l
c
l
(t
in-t
ac
)实时调节除冰液供给时的温度和除冰液喷射时的用量，其中，t
in
，m
l
和c
l
分别表示输入除冰液的温度，体积和比热容，q
in
为系统输入能量，通过折射率和黏度的函数f(w
ac
，η
ac
)判断除冰液的损耗情况，从而调节除冰液配比浓度。

技术总结
本发明属于飞机除冰技术领域，公开了一种可重构式智能飞机除冰系统及方法。除冰液隐藏式喷嘴单元通过不同压力的喷嘴组件对划分的不同除冰坪区域喷射除冰液进行飞机发动机除冰作业；除冰检测单元采用图像识别技术实时采集机身冰雪覆盖面积、厚度和冰雪覆盖类型，并确定飞机机型和停靠位置；除冰废液检测单元实时检测除冰作业时除冰废液的物性参数；智能控制单元实时控制同压力的喷嘴组件的流量、温度、压力、角度，实现除冰效率的最优化；除冰液供给单元、除冰液运送单元和除冰液回收单元共同进行除冰液的不间断供应及循环利用。本发明大大提升了飞机的除冰效率，极大避免了飞机二次结冰的可能，最大限度避免了能量的无效损耗。耗。耗。


技术研发人员：崔静 白娟 岳茂昌 牛书鑫
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/9/20